[发明专利]一种Helmholtz共振腔声学特性的预测方法

说明书

本发明公开了一种Helmholtz共振腔声学特性的预测方法，属于声学特性预测领域，包括基于任意喉管长度Helmholtz共振腔的声阻抗，通过入射波在主管两侧的声压参数及振动速度参数或入射波在主管内的传递系数，构建Helmholtz共振腔管口位置的声学传递矩阵或传声损失计算公式；根据所需分析声波频率范围，逐个频率计算得到Helmholtz共振腔管口位置的声学传递矩阵或传声损失；利用声学传递矩阵或传声损失随入射声波频率的变化特征，确定Helmholtz共振腔的共振频率。本发明相对于解析预测方法的优势在于能够适用于任意喉管长度的Helmholtz共振腔，相对于区域离散数值方法的优势在于计算耗时更短。

技术领域

本发明属于声学特性预测领域，更具体地，涉及一种Helmholtz共振腔声学特性的预测方法。

背景技术

Helmholtz共振腔是一种典型的声学共振结构，其主要由两部分组成：容积为V的腔体、喉管截面积和长度分别s和l的喉管。Helmholtz共振腔存在大量的工程应用领域，如消声器、声学滤波器、声学测距、传感器和声能采集器以及用于气体和液体的强化换热等。

上述应用领域的核心基础是预测Helmholtz共振腔模型的声学特性，即声阻抗、传声损失和共振频率。当Helmholtz共振腔三个特征尺寸均满足声学紧凑条件时，即和l＜＜λ，其中λ表示声波波长，可以采用解析方法准确、快速的预测Helmholtz共振腔的共振频率以及声阻抗和传声损失随频率的变化特征。但是，当Helmholtz共振腔的特征尺寸不满足声学紧凑条件时，采用上述解析方法预测Helmholtz共振腔的声学特性时则会出现明显的误差。

当Helmholtz共振腔的特征尺寸不满足声学紧凑条件时，通常需要借助基于区域离散的数值模拟方法，如有限元或边界元方法，预测Helmholtz共振腔的声学特性。但是，这种方法在执行过程中需要进行区域离散导致不可避免的存在离散误差，此外，区域离散的数值模拟方法通常耗时较长。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Helmholtz共振腔声学特性的预测方法，不仅适用于满足声学紧凑条件的经典Helmholtz共振腔结构也适用于不满足声学紧凑条件的任意喉管长度Helmholtz共振腔结构声学特性参数的预测。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种Helmholtz共振腔声学特性的预测方法，该方法包括以下步骤：

基于任意喉管长度Helmholtz共振腔的声阻抗，通过获取入射波在主管两侧的声压参数及振动速度参数或入射波在主管内的传递系数，构建Helmholtz共振腔管口位置的声学传递矩阵或传声损失计算公式；

根据所需分析的声波频率范围，逐个频率计算得到Helmholtz共振腔管口位置的声学传递矩阵或传声损失；

利用声学传递矩阵或传声损失随入射声波频率的变化特征，确定Helmholtz共振腔的共振频率，从而完成Helmholtz共振腔声学特性的预测。

优选地，所述声阻抗的获取方法包括以下步骤：

建立以Helmholtz共振腔腔体的容积、喉管的长度及截面积和入射主管的声波频率为关联参数的声阻抗计算公式其中V为腔体的容积，l为喉管的长度，s为喉管的截面积，为单位虚数，c₀为共振腔体内流体的音速，k＝2πf/c₀为声波波数；

给定Helmholtz共振腔腔体容积、喉管的长度及截面积从而得到声阻抗。

优选地，所述构建Helmholtz共振腔管口位置的传声损失计算公式包括以下步骤：

获取入射波在主管进口侧和出口侧的声压级功率的比值，得到入射波在主管内的传递系数；

将所述传递系数取对数从而得到传声损失的计算公式。