声学仿真基础介绍
鞋盒式房间室内声学建模仿真
鞋盒式房间室内声学建模仿真Modeling and Simulation of theShoebox Room Acoustic1摘要鞋盒式房间是指不能够处理室内几何形状复杂和室内有任何物体的矩形空间。
室内声学建模是通过计算机建立封闭环境的房间模型，借助特定的算法求出房间的冲激响应函数，模拟室内声波传播情况。
本文推导了利用镜像源法对鞋盒式房间室内声场进行建模的基本原理和算法。
镜像源法是建立在镜面反射虚像的原理上，用几何法作图将反射声看成与声源对称的镜像源发出的。
该算法可以获得给定环境条件下声源至接收麦克风之间的冲激响应函数。
利用MATLAB平台，仿真建立一个具有可操控房间温度、湿度及墙壁材料的矩形房间模型，再利用计算机完成数据分析处理。
通过改变鞋盒式房间的内部环境，模拟声波在这些环境的改变下的传播情况，研究房间的混响情况，房间环境对混响的影响，找出房间的最佳混响时间。
关键词:镜像源法混响时间 MATLAB2AbstractShoebox room is not able to handle complex geometry and interior room of any object in the rectangular space. Room acoustics modeling is the establishment of a closed environment through the computer room model, with a particular algorithm the room impulse response function to simulate the spread of indoor sound. Image source is derived using method of shoebox rooms to model the interior sound field the basic principles and algorithms. Image source method is based on the principleof mirror reflection on the virtual image, using the geometric mapping method will be reflected sound and the sound source as the source mirror symmetry issued. That it can reach the given environmental conditions between the sound source to the microphone to receive the impulse response function. Using MATLAB platform, simulation can be manipulated to establish a room temperature, humidity and wall materials, rectangular room model, and then complete the data analysis using computer processing. Shoebox room by changing the internal environment to simulate the sound wave changes in these environments spread under conditions of room reverberation conditions, the environment of the reverberation of the room to find the best room reverberation time.Key words: image source method reverberation MATLAB3第1章绪论1.1 引言鞋盒式房间声场的模拟研究有助于人们了解室内声音传播的物理规律，从而可在各种封闭结构的声学设计中得到应用。
声学仿真功能指标
声学仿真功能指标
声学仿真功能指标。
一、最大声压级。
是指扩声系统在厅堂听众区产生的最高稳态准峰值声压级。
所谓准峰值声压级是对于非简谐波形的声音与她具有相同峰值的稳态简谐信号声压的有效值表示的声压级。
二、传输频率特性。
扩声系统达到最高可用增益时，厅堂内各听众区稳态声压的平均值相对于扩声系统传声器处声压或扩声设备输入端电压的幅频响应。
三、最高可用增益。
扩声系统在厅堂内产生声反馈自激临界增益减去时的增益。
四、传声增益是指在扩声系统达到最高可用增益时，厅堂内各听众区（可取典型听众区位置）稳态声压级平均值与扩声系统传声器处声压级的差值。
清晰度、可懂度下降。
外部的噪声需要隔音处理，内部的噪声需要在选择设备时控制。
背景噪声越低越好。
扩散性，扩散性是当今建筑声学的重要指标。
声音扩散的均匀是指在各个点的声压级控制在一定的范围内，这要求在一定的扩声增益下，声音在包房内分布得均匀。
声学仿真基础介绍
3）. 有限元方法及边界元方法介绍 4）. Virtual. lab-Acoustic 启动与图形界面介绍 5）. Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
• 单位制； • 网格要求； • 单元的法线方向.
6）. Virtual. Lab 建模分析流程
Source Engine
Microphones Array Muffler
Virtual. Lab中的实现
Lw1
模拟试验中的 ISO3744场点
Lw2
传递损失: TL
TL Lwi Lwt
声衰减: NR
NR 20 log(Pn / P1)
Source
Engine
Lwi
Muffler
P Source
2. 时域2与pr频,t域 c1的2 关2 pt系r2,t： 0
时域
pr,t ~p(r) eit
k 2 2 f c c
2 ~p k 2 ~p 0
频域
求解方程都为运动学方程与结构运动学方程相同，可以将振动与声学方程进行
3. 有限元方法：
耦合求解，从而实现声振耦合的效果。
运动学方程： H i A 2Q p i F
• 映射规则是按照权重进行网格节点进行映射：
网格格式要求：
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
单元法向要求：
有限元网格模型的法线方向总是指向声腔的一面； DBEM的法线必须指向流体存在的一面； IBEM的法线可以指向内也可以指向外，法线方向确定了单元的正方向与负
方向，为了保证计算结果的正确性，有必要让单元法向方向保持一致。
• 在施加边界条件时一定要主要单元的法线方向，与法线方向一致是正值，否则为 负值。
Matlab声学仿真摘要+结论
Matlab声学仿真摘要+结论摘要随着科学技术的发展，声学已经延伸到了许多不同的领域，成为学习现代科学技术必备的基础知识之一，对于声学的研究在通信领域更是有着重要的意义。
本文选择了在声学研究中最为常见的五个基本问题进行了重点的探讨，其中包括回声、多普勒效应、声音滤波、交混回响和短时傅立叶变换。
由于MATLAB 软件具有易学、功能强大和开放性好的优点，所以本文选择应用MA TLAB软件来进行声学仿真研究。
利用MATLAB编程仿真功能和Simulink的模块式仿真功能，并将两者有机地结合起来，可以很容易地对声音进行模拟、观察声音波形，以及进行声音信号的分析和处理。
由于滤波和短时傅立叶变换是对声音信号进行分析和处理的重要方法，所以，在本文的仿真部分对它们进行了更为细致的研究。
关键字：声学；仿真；MATLAB；Simulink结论本文介绍了声学发展的状况，指出了进行声学仿真研究在实际应用中的重要作用。
通过对声学研究中最为常见的五个基本问题（包括回声、多普勒效应、声音的滤波特性、交混回响、短时傅立叶变换）的理论研究与仿真，得到以下结论：1.回声现象主要受两个反射体间的距离和回声衰减速度的影响，适当地调整它们的值就可以有效地减小回声，甚至可以利用回声使原声加强。
2.当听者和声源的相对速度大到可以与声速相比拟时，就可以明显感觉到声音频率的变化，即发生了多普勒效应。
3.在声学滤波过程中，在正确选择采样频率的基础上，正确选择通带和阻带的截止频率，就可以有效地滤掉和保留下预想的频率。
4.在一间有若干个扬声器的礼堂里，扬声器的布置位置决定了交混回响的产生与否。
5.短时傅立叶变换非常适合声音信号的时频分析。
本文只是对声学问题及其仿真研究的初步探讨，考虑问题也不是很全面，这些都有待在日后的实践中进行更加细致的研究和不断的完善。
振动声学仿真培训 李红
8
边界元法的主要优点：
1. 将问题的维数降低一维，因此对空间的离散只须在边界上离散化，而不像 有限元法需将整个求解域离散，可大大减少单元，同时，求解声场时不对时 间进行离散，而是对所计算的频率区间进行离散，减少了数据量和计算时间。 2. 边界元法是一种半解析数值方法，在求解域内是解析的，具有解析与离散 相结合的特点，因而精度也较高，误差主要来源于边界单元的离散，累积误 差小，便于控制。 3. 由于边界元方程自动满足无穷远的边界条件，因此特别适用于无界声场的 求解。同时边界元法只须对边界进行单元剖分，利用形函数插值求出边界节 点上的未知值，就可以通过边界上的已知值计算声场内任意点的解析值，这 对无界区域上的问题特别有意义。
边界元法：
直接边界元法：直接边界元法是采用结构表面的声压值和法向 振动速度作为边界条件来求解Helmholtz 边界积分方程 （网格要求封闭的，所以不能同时计算内外部声场，只能计算 内部声场或是外部声场。）
间接边界元法：间接边界元法是采用结构表面的声压差和速度 差作为边界条件来求解Helmholtz 边界积分方程 （网格要求可以封闭可以不封闭，所以能同时计算内外部声 场。）
3. 声学基本方程：声学方程的任何一种形式都可以流体（空气） 的连续方程、运动方程、能量方程、物态方程推导而来。通过 对流体方程进行线化和不同的假设可以得到不同形式的声学方 程如声学波动方程
3
主要内容： 声学基本概念 声学有限元FEM 声学边界元BEM 声辐射 统计能量法
4
噪声
随着科学技术的发展，噪声污染日益严重，控制噪声污染已成为环境保护的 重要内容。噪声已同空气污染和水污染一起被列为当今世界的三大主要污染源。 为了控制环境噪声污染，改善人们的生活和工作环境，世界各国都投入了大量 的人力、物力开展减振降噪方面的研究，并制定了一系列的标准与法规，取得 了较大的发展。 结构振动所辐射的噪声是噪声的主要来源之一，因此结构声辐射的预测对于 噪声的控制与降低有着重要的意义。目前用于结构振动声辐射的数值方法主 要是离散方法与能量方法，离散方法主要有有限元(Finite Element Method)、 边界元(Boundary Element Method)和无限元(Infinite Element Method)；能量 方法主要有统计能量方法(Statistical Energy Analysis)和能量有限元(Energy Finite Element Method)
声学仿真结果分析报告
声学仿真结果分析报告声学仿真是通过计算机模拟声波的传播和反射过程，用于预测和分析声学环境中的声压级、声波传播路径和声场特性等参数的一种方法。
声学仿真结果分析报告是对声学仿真结果进行系统性统计和分析的文档，旨在提供给相关技术人员参考。
首先，声学仿真结果应包括声波传播路径和声压级的分布图。
通过对声场中各点的声波传播路径和声压级进行仿真模拟，可以直观地观察到声波的传播规律和声压级的分布情况。
通过分析声波的传播路径和声压级的分布，可以找出噪声源、声源受到的衰减程度，以及可能引起噪声源及其衰减的因素。
同时，还可以据此评估声音的传播效果，为改善声场环境提供依据。
其次，声学仿真结果还应包括声音频谱图的分析。
声音的频谱图可以展示不同频率声波的强度和分布情况，通过对频谱图的分析，可以判断声音的主要频率成分和其他频率成分的强度大小。
根据声波的频谱特性，可以评估声音的质量和特点。
同时，还可以据此判断噪声源的频率特性和可能的干扰因素，为减少噪声源的干扰和优化声音的质量提供依据。
另外，声学仿真结果还应包括声音传播中的反射和折射过程的分析。
声音在传播过程中会发生反射和折射现象，通过对这些现象的仿真模拟和分析，可以评估并预测声音的反射和折射路径和强度。
根据声音的反射和折射情况，可以判断声音的传播路径是否遇到了障碍物，以及声音的传播路径和声音本身的变化。
同时，还可以据此评估声音的传播效果和干扰因素，为优化声学环境提供依据。
最后，声学仿真结果还应包括声学参数的统计分析。
声学参数如声压级、声速和声能等是对声音进行量化和描述的参数，通过对声学参数的统计分析，可以评估声音的能量大小、传播效果和干扰因素。
通过对声学参数的统计分析，可以得出声音的特点和特性，为优化声学环境和改善声音质量提供依据。
综上所述，声学仿真结果分析报告应包括声波传播路径和声压级的分布图、声音频谱图的分析、声音传播中的反射和折射过程的分析，以及声学参数的统计分析等内容，这些分析结果可以为优化声学环境和改善声音质量提供依据。
声波在声学建模与仿真中的应用研究
声波在声学建模与仿真中的应用研究声波是一种机械波，通过分子之间的振动传递能量，是人类日常生活中常见的一种波动现象。
声波的传播速度与介质的性质密切相关，不同介质对声波的传播速度有不同的影响。
声波在声学建模与仿真中的应用研究，涉及到声波传播的原理、声学模型的构建以及声波仿真技术的应用等方面。
声波传播的原理是声学建模与仿真的基础。
声波的传播速度可以通过介质的密度、弹性模量和介质的物理性质等参数来计算。
在声学建模与仿真中，研究人员可以通过对声波传播原理的深入研究，建立数学模型来描述声波在不同介质中的传播规律。
这些模型可以用于预测声波在特定环境中的传播路径、传播速度以及传播损耗等信息，为声学建模与仿真提供理论基础。
声学模型的构建是声学建模与仿真的核心内容。
声学模型是对声波传播环境的一种抽象描述，可以包含介质的物理性质、几何形状以及边界条件等信息。
通过对声学模型的构建，研究人员可以模拟不同环境中声波的传播特性，进而预测声波的传播效果。
例如，在建筑设计中，可以通过声学模型来评估室内的声音吸收效果，为室内声学设计提供指导。
在城市规划中，可以通过声学模型来评估建筑物对周围环境的声音传播影响，为城市环境的声学设计提供参考。
声波仿真技术的应用是声学建模与仿真的重要手段。
声波仿真技术通过模拟声波的传播过程，可以预测声波在特定环境中的传播效果。
声波仿真技术可以基于声学模型进行，也可以基于数值计算方法进行。
在声学建模与仿真中，研究人员可以利用声波仿真技术来评估不同声学设计方案的效果，优化声学设计方案。
例如，在汽车工程中，可以通过声波仿真技术来评估汽车的噪声控制效果，为汽车噪声控制提供技术支持。
在音响系统设计中，可以通过声波仿真技术来评估音响系统的声场分布，优化音响系统的设计。
声波在声学建模与仿真中的应用研究不仅仅局限于建筑设计和汽车工程等领域，还涉及到医学、地震学、水声学等多个领域。
在医学领域，声波可以用于医学成像，如超声波成像技术可以通过声波的传播来获取人体内部组织的影像信息。
声学仿真标准
声学仿真标准是用于评估和比较声学仿真模型准确性和可靠性的准则。
这些标准包括以下几个方面：
1.准确性：声学仿真模型应能够准确地模拟声音在各种环境条件下的传播和衰
减。
这要求模型能够考虑声波的反射、折射、吸收和散射等物理现象，以及温度、湿度、材料特性等环境因素对声音传播的影响。
2.分辨率：声学仿真模型应具有足够的分辨率，以便能够捕捉到声音传播过程
中的细节和微小变化。
这要求模型能够处理高频率、高精度和大规模的数据集。
3.可扩展性：声学仿真模型应具有可扩展性，以便能够适应不同的应用场景和
需求。
这要求模型能够灵活地调整参数和算法，以适应不同的环境和条件。
4.可靠性：声学仿真模型应具有可靠性，以便能够在实际应用中提供可靠的结
果和预测。
这要求模型经过充分的验证和测试，以确保其准确性和可靠性。
总之，声学仿真标准是评估和比较声学仿真模型的重要准则，包括准确性、分辨率、可扩展性和可靠性等方面。
这些标准有助于确保声学仿真模型在实际应用中提供准确、可靠的结果和预测。
声学设计入门知识点
声学设计入门知识点声学设计是指通过科学的方法和技术手段，对建筑空间、环境和设备进行声学参数的优化和调整，以达到良好的音质和声学环境的目的。
声学设计的重要性在于提供一个舒适的声学环境，保护人们的听觉健康，提高声音的传递效果。
本文将介绍声学设计的入门知识点，包括声学基础、声音传播特性、声学设计原则以及常用的声学调节手段等。
一、声学基础声学是研究声音产生、传播和接受的科学，其基本概念包括声音、声压、频率、声速等。
声音是由物体振动产生的机械波动，通过压力波的形式传播，人耳能够感知到的声音频率范围约为20Hz至20kHz。
声压是指声音波对介质产生的压力变化，单位为帕斯卡（Pa）。
声速则是指声波在介质中传播的速度，其取决于介质的密度和弹性模量。
二、声音传播特性声音在传播过程中会受到反射、吸收、折射和漫射等影响，这些特性决定了声音在空间中的分布和声音体验的质量。
反射是指声音波遇到边界时发生的反射现象，不同材质的表面对声音的反射程度各异。
吸收是指材料对声能的吸收能力，一般使用吸声材料来减轻室内声音的反射和回音。
折射是指声波由一种介质传播到另一种介质时的偏转现象。
漫射是指声波遇到不规则面时发生的扩散现象，使声音在空间中均匀分布。
三、声学设计原则声学设计的目标是创造一个良好的声学环境，使声音在空间中均匀分布，不产生过多的回声和噪音，同时保持声音的适当衰减。
在设计过程中，应注意以下原则：1. 合理规划空间布局：根据空间用途和声学需求，合理规划各功能区的位置和大小，避免噪音交叉和声场不均匀的问题。
2. 使用合适的材料：合理选择各种吸声材料和隔声材料，以提高声学环境的质量。
吸声材料可用于减少室内回音和噪声，隔声材料可用于减少室内外声音的传递。
3. 控制噪声污染：合理设计隔声设施和系统，控制来自室外的噪声传入，同时降低室内设备和机械设备产生的噪音。
4. 考虑声学细节：在设计中考虑细节问题，如声学隔断、地板材料、天花板设计等，以最大程度地优化声学环境。
3.1声学基础
p p0 0
p p0 1 将上式两边对时间求导得到： t 0 t
③
根据公式①的连续性方程、公式②的动力学方程和公式③的理想气体方
• 频率与周期的关系： f=1/T • 波长、频率与声速的关系: c = λ f 在一定媒质中，c不变，所以，f↑=λ↓，f↓=λ↑
2.怎么来描述声音？ 声波的频率与周期
2.怎么来描述声音？ 纯音和噪声
2.怎么来描述声音？
2.声学基本概念
1.声速 物体的振动会引起周围空气的振动，空气是一种具有质量、弹性和可压缩 性的物质。由于空气的压缩与扩张这种不间断的运动就形成了声波，声波 在空气中传播，它的速度只与介质的特性和热力学温度有关系。在理想气
c RTa 其中 是流体的比热比；R 体中，声速c可用下面表达式定义：
是气体常数； Ta 是热力学温度。
2.声压
当地气压与大气压的差值就是声压。声压是一个与时间和位置相关的物理
量，用p(x,t)来表示。
2.怎么来描述声音？
3.声阻抗
介质的特性决定着声音的传播，介质的特性用声阻抗来表示，是一个十分 重要的物理参数，它可由声压与体积速度的复数比值得到：
I
I
穿过微小面积单元的声功率： dW I dS I dS cos
穿过任意曲面声功率： W I dS I cos dS
声功率
穿过波振面的声功率可直接用面积乘以声强。
I
r
S
I
声强均匀的平面波功率：
指向均匀点声源功率：
W IS
音响设备的声学仿真技术考核试卷
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.声学仿真技术在音响设备设计中的应用包括预测声场分布、优化扬声器布局和改善音质。声学仿真技术如波前合成法、边界元法、有限元法和房间模拟法等，分别基于波动方程、边界积分方程、有限元离散化和几何声学原理。
2.利用声学仿真技术优化声场分布，可以通过模拟不同扬声器布局下的声场，选择最佳位置和角度，减少干扰和反射，提升声音清晰度和均匀性。
A.反射系数
B.吸声系数
C.衰减系数
D.透射系数
11.在声学仿真中，以下哪个概念表示声波在传播过程中的相位变化？（）
A.相位
B.频率
C.波长
D.波速
12.以下哪个部件在音响系统中负责信号的放大？（）
A.调音台
B.功放
C.扬声器
D.延时器
13.在声学仿真中，以下哪个方法用于模拟声波在复杂环境中的传播？（）
A.扬声器指向性
B.房间反射
C.噪声
D.功放功率
8.以下哪个参数用于描述声波在传播过数
C.吸声系数
D.传播距离
9.在音响设备的声学仿真中，以下哪个方法可以有效地降低混响时间？（）
A.增加房间体积
B.减少吸声材料
C.调整扬声器位置
D.使用声音吸收体
10.以下哪个参数用于描述声波在反射过程中的能量损失？（）
A.波前合成法
B.边界元法
C.矢量声束法
D.有限元法
20.以下哪个因素在音响设备的声学仿真中与声波传播的延迟相关？（）
A.扬声器间距
B.房间尺寸
C.声速
D.温度
（结束）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
声学总结报告范文(3篇)
第1篇一、引言声学作为一门研究声音的产生、传播、接收和效应的科学，广泛应用于工业、建筑、医学、军事等多个领域。
本报告旨在总结声学领域的研究进展、技术应用以及未来发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。
二、声学基础知识1. 声音的产生：声音是由物体振动产生的，振动频率决定了声音的音调，振动幅度决定了声音的响度。
2. 声音的传播：声音在空气、水、固体等介质中传播，传播速度与介质的密度和弹性有关。
3. 声音的接收：人耳通过外耳道收集声音，中耳将声音传递到内耳，内耳中的耳蜗将声音转化为神经信号，最终由大脑解析。
4. 声学参数：声学参数包括声压级、声强级、频谱等，用于描述声音的特性。
三、声学研究进展1. 声学材料研究：新型声学材料的研究取得了显著进展，如超细纤维、泡沫材料等，具有优异的吸声性能。
2. 声学仿真技术：计算机辅助声学仿真技术的发展，使得声学设计更加精确和高效。
3. 噪声控制技术：噪声控制技术不断发展，如吸声降噪、隔声降噪、消声降噪等，广泛应用于建筑、交通、工业等领域。
4. 声学测量技术：声学测量技术不断提高，如声级计、频谱分析仪等，为声学研究和应用提供了准确的数据。
四、声学技术应用1. 建筑声学：建筑声学设计注重室内声音的传播和反射，以创造舒适、安静的声学环境。
2. 工业声学：工业声学关注噪声对设备和人员的影响，采取有效措施降低噪声。
3. 医学声学：医学声学利用声波进行诊断和治疗，如超声波成像、超声治疗等。
4. 军事声学：军事声学研究声波在军事领域的应用，如声纳、声波武器等。
五、声学发展趋势1. 绿色声学：随着环保意识的提高，绿色声学成为研究热点，如开发低噪声设备、环保型声学材料等。
2. 智能声学：人工智能技术在声学领域的应用，如声学识别、噪声监测等，将进一步提高声学技术的智能化水平。
3. 跨学科研究：声学与其他学科的交叉融合，如声学与生物学、物理学、材料学等，将推动声学领域的创新发展。
六、结论声学作为一门重要的基础学科，在现代社会中具有广泛的应用前景。
声学基础知识PPT课件
2arctg
sin 2 i n2 m cosi
发生全内反射现象时，声波反射时发生 角的相
位跳跃。
可编辑
23
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
•非均匀平面波
波阵面（等相位面）上振 幅随离分界面的距离增大作指 数衰减。
低频声波深入海底的深度较大，高频声波只能在 海底表面传播。
可编辑
9
3 声场中能量
能流密度
单位时间内通过垂直声传播方向的单位面积的声能 pu
声波强度或平均声能流密度
通过垂直声传播方向的单位面积的平均声能流
I 1
T
pudt
T0
可编辑
10
4 介质声阻抗和声阻抗率
介质特性阻抗 0c 声阻抗率
声场中某点声压与振速之比 ，它为一个复数（声压 与振速存在相位差）
可编辑
26
7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
声场的方向性函数
D
pr pr
,
,0
, ,
t t
1 n
n1
e jkdisin
i0
sin n d sin
n sin d sin
可编辑
27
7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
dS
S
可编辑
35
9 无限大障板上平面辐射器的声辐射
轴线上声压变化
注意：轴线声压随距离 起伏变化，呈现很强的 相干效应。
远场声压
pr
,
, t
j
k0cu a a 2
2r
2
J1 ka sin
kasin
声学专业课程
声学专业课程声学是研究声波传播和声学现象的学科，是物理学的一个分支。
声学专业课程涵盖了声学的基本理论和实践应用，培养学生在声音领域的专业能力和技术技能。
下面将介绍声学专业的一些典型课程。
1. 声学基础课程声学基础课程是声学专业的入门课程，主要介绍声学的基本概念和理论知识。
包括声波的产生、传播和接收原理，声学参数的测量与分析方法，声学现象的数学描述等内容。
通过学习这门课程，学生能够建立起对声学学科的整体认识和理解。
2. 声学实验与测量课程声学实验与测量课程是声学专业的实践课程，主要培养学生的实验操作和数据处理能力。
学生将学习声学实验仪器的使用方法，掌握声学实验的基本原理和实验技巧。
通过实际操作，学生将能够进行声学参数的测量与分析，理解声学理论在实际应用中的意义。
3. 声学信号处理课程声学信号处理是声学专业的重要课程，主要介绍声音信号的获取、分析和处理方法。
学生将学习数字信号处理的基本原理和算法，掌握声学信号的数字化技术和处理方法。
通过学习这门课程，学生将能够应用数字信号处理技术对声音信号进行滤波、降噪、分析和识别等操作。
4. 声学建模与仿真课程声学建模与仿真课程是声学专业的应用课程，主要介绍声学模型的建立和仿真方法。
学生将学习声学模型的数学描述和计算方法，掌握声学仿真软件的使用技巧。
通过学习这门课程，学生将能够利用计算机模拟声学现象，预测声学系统的性能和优化设计。
5. 声学工程与应用课程声学工程与应用课程是声学专业的实践应用课程，主要介绍声学在工程和实际应用中的应用和设计方法。
学生将学习声学工程的基本原理和设计方法，了解声学在音频、通信、声学材料等领域的应用案例。
通过学习这门课程，学生将能够应用所学知识解决实际声学问题。
6. 声学研究与创新课程声学研究与创新课程是声学专业的科研课程，主要培养学生的科研能力和创新思维。
学生将学习声学研究的方法和技巧，参与科研项目的设计和实施。
通过学习这门课程，学生将能够进行独立的声学研究，发表科研论文并参与学术交流。
lms virtuallab acoustics 声学
lms virtuallab acoustics 声学简介LMS b Acoustics（简称为b Acoustics）是一种声学仿真软件，它是由LMS公司开发的。
b Acoustics提供了一种强大的工具，用于预测和优化产品在各种声学环境下的性能。
本文将介绍b Acoustics的基本概念、功能和应用。
功能b Acoustics提供了一系列功能，用于分析和优化产品的声学性能。
以下是其中一些主要功能：声学模拟b Acoustics使用有限元方法（FEM）进行声学模拟。
用户可以创建复杂的声学模型，并应用各种边界条件和激励来模拟不同的声学环境。
该软件能够精确地预测声学场的分布、声压级、振动模式等参数。
声学优化b Acoustics提供了优化工具，用于改善产品的声学性能。
用户可以设置优化目标，例如减少噪声、提高声质量等，并利用软件的优化算法自动搜索最佳解决方案。
通过优化，产品的声学性能可以得到显著提升。
声学材料建模b Acoustics包含了广泛的声学材料数据库，用户可以根据其产品的特性选择合适的材料。
此外，软件还提供了材料性能预测工具，用户可以根据材料的物理特性和声学特性进行定制建模。
声学设计评估b Acoustics可以进行声学设计评估，帮助用户优化产品的声学性能。
通过对不同设计方案的模拟和比较，用户可以选择最佳的设计方案，并预测其声学性能。
应用b Acoustics广泛应用于各个领域，以下是一些典型的应用场景：•汽车工业：b Acoustics可以用于汽车噪声和振动控制，以改善车辆的舒适性和安静性。
它可以预测和优化车内外噪声水平，并评估不同材料和设计方案对噪声的影响。
•航空航天工业：b Acoustics可用于航空航天器件和结构的声学设计和优化。
它可以模拟飞机发动机噪声、飞机机身振动等，并优化设计以减少噪声和振动。
•电子产品：b Acoustics可以应用于电子产品的声学设计和优化。
通过模拟和分析，可以改善电子设备的音质和降低噪声水平，提供更好的用户体验。
声学仿真ppt课件
ABSTRACT
带有多个腔,多孔挡板和管道穿孔部分组成的复杂的汽车消声器已经利 用线性和非线性在道声学方面进行了仿真。目标就是去预测消声器的声学性能 和由于消声器结构的变化而带来的影响。线性求解器是一个频域编码利用传递 矩阵方法去预测消声器的声学性能。非线性的求解器是一个时域编码，利用有 限体积方法去预测消声器的声学性能与压降。最近一个关于穿孔的声学线性模 型已经被运用。这包括不同配置的消声器在有无流体的情况下。带有流体的穿 孔模型需要正确的流量分布,对于每个穿孔部分来说包括通过流域擦过流 （grazing flow）。擦过流是由不同配置的消声器非线性仿真决定的。相同的 编码可以去确定压降和带有发动机的消声器的效果。对于有无流体的不同消声
1.1NON LINEAR SIMULATION
非线性的仿真是一个时域的仿真用来预测发动机性能和气体的动力性。 用体积和发动机热力计算的初始条件决定着阀管内一维非稳态流。
3.THEORY
穿孔的声阻抗是消声器模型当中最重要的参数。阻抗是一个复杂的不同 几何摩擦参数，包括壁厚穿孔直径等。通过穿孔和擦过孔的流体的马赫 数是个很重要的因素。
3.1IMPEDANCE MODEL
归一化电阻
归一化电感
这个关于穿孔的新声学模型是由 Elnady & bom提出。这个模型是一个在分割 方法和模拟穿孔元素（基于两个端口网络的一个集总内联元素）的发展。这个提出 的穿孔的归一化阻抗模型包括实部（电阻）和虚部（电感）。
空口交互效果的校正因子
归一化阻抗的新描述
4.实验
为了验证结果，对不同配置的消声器进行了实验。
5mm直径 9mm间隔 24%穿孔率
为了去验证不同配置的真实的传递矩阵,传递矩阵在整个频域中进行了计算 运用了两麦克风多载的方法在消声器的每个边。
声学仿真方法
声学仿真方法嘿，咱今儿就来聊聊这声学仿真方法。
你说声学这玩意儿，就像个神秘的魔法世界，而声学仿真方法呢，那就是打开这个魔法世界大门的钥匙呀！想象一下，我们生活中的各种声音，汽车的喇叭声、鸟儿的叫声、人们的说话声，这些声音是怎么传播的呀？这背后可有着大学问呢！声学仿真方法就是帮助我们去理解和模拟这些声音现象的好帮手。
比如说，在设计一个音乐厅的时候，那可得好好琢磨琢磨声学仿真。
要是不搞清楚声音在里面会怎么反射、折射、衰减，那最后出来的效果可能就会乱七八糟。
就好像做饭一样，各种调料得搭配好了，这道菜才能美味可口，声学仿真就是那个帮我们调好“声音调料”的大厨。
再看看那些制造扬声器的厂家，他们也得靠着声学仿真方法来让扬声器发出最动听的声音呀。
不然，你想想，要是做出来的扬声器声音怪怪的，谁还会去买呀！这就好比你去买衣服，肯定得挑一件好看又合身的吧，声学仿真就是让声音这件“衣服”变得既好听又合适的关键。
还有啊，在一些特殊的环境中，比如工厂车间，噪音太大可不行。
这时候声学仿真方法就能派上用场啦，通过模拟和分析，找到降低噪音的好办法，让工人们能在一个相对安静的环境里工作。
这就像给环境做了一次“降噪美容”，让一切都变得舒舒服服的。
那声学仿真方法具体是怎么做的呢？这可不是一件简单的事儿呢！它得考虑好多因素，像声音的源头、传播的路径、周围的环境等等。
就好像你要去一个陌生的地方，得知道从哪里出发，走哪条路，路上会遇到什么情况一样。
而且呀，不同的声学仿真方法还有着各自的特点和适用范围。
有的适合用来分析大规模的场景，有的则更擅长处理一些精细的问题。
这就跟不同的工具一样，有的是大锤子，用来砸大钉子；有的是小螺丝刀，用来拧小螺丝。
咱普通人可能觉得声学仿真方法离我们很远，但其实它就在我们身边呢！比如我们听音乐的时候，那些高质量的音响效果，说不定就是声学仿真方法的功劳呢。
总之呢，声学仿真方法是个超级有趣又超级有用的东西。
它让我们能更好地理解和掌握声音的奥秘，让我们的生活变得更加丰富多彩。
声学理论与仿真
假设管道的横截面分别为S1和 S2 后面的管道成为前面管道的声负载，在分界面处有入射波、反射波和透射波
pi
=
p e j (ω t − kx ) ai
pr
=
p e j (ω t + kx ) ar
pt
=
p e j (ω t − kx ) at
它们相应的质点速度（particle velocity）为
只要听起来和这个1KHz纯音 一样响，其响度级就是80方；
声波的反射、折射和透射
声波在两中媒质的分界面上 满足下面两个边界条件
声压连续
p ia + p ra = p ta
法向质点振速连续
via + v ra = vta
声波的反射、折射和透射
声波的叠加原理
p = p1 + p2
情况1：频率相同且有固定相位差的声波叠加（干涉现象）
vi
=
pai ρ0cc
e j(ωt −kx)
vr
=−
par ρ0cc
e j (ωt+kx)
vt
=
pat ρ0cc
e j (ωt−kx)
声波在管中的传播
分别面处（x = 0）的边界条件：
（1）声压连续
p ai + p ar = p at
（2）体积速度连续
S1(vi + vr ) = S 2vt
声压比：
tI
=| t p
|2 =
Rb2
+
X
2 b
⎜⎛ ⎝
ρ0cc 2S
+
Rb
⎟⎞2 ⎠
+
X
2 b
共振式消声器
第10章 声学仿真试验
第10章 声学仿真试验
表10-2 ToWaveDevice
第10章 声学仿真试验 表10-3 FromWorkspace（来自工作空间）的主要参数
第10章 声学仿真试验 在10.1、10.4、10.5节中都需要一段声音文件来进 行仿真试验。
(1)调出MATLAB中的声音文件“loadmtlb.mat”。
第10章 声学仿真试验 ssd=fft（sd，4096）;SSd=abs（ssd （1:1:2049））;%
k1=0:2048;w1=（1/.4096）*k1;
plot（w1，SSd）;grid% axis（［0，2000，-100，4000］） title（′经过带通滤波器后的信号频谱图′） figure（2）%画低通滤波器的幅频、
图和相频图。通过带通滤波器后只剩下1000Hz的信号。
图 10-6 中的下面两幅图，是表示带通滤波器传输特性 的幅频图和相频图。
第10章 声学仿真试验
图10-6 滤波器的幅频特性和相频特性(上，低通；下，带通）
第10章 声学仿真试验 图10-7所示是信号的频谱特性。从上到下依次是三 个音频信号；通过低通滤波器后，1000Hz的信号滤掉 了，仅 剩 300 Hz 和 500 Hz 的信号；通过中心频率为 1000Hz带通滤波器后，仅剩1000Hz的信号。程序运行 结束时，可以听到依次发出的三种信号的声音。
pause（5）;sound（sd，10000
第10章 声学仿真试验
10.4 交混回响
10.4.1 在一间有若干个扬声器的礼堂里，处在某一个特 定位置听到的声音是什么效果，可以用仿真的方法来 实现。为了简化问题，假定墙面上有吸音的材料，即 忽略了墙壁的反射。编程仿真的思想是：电信号在电 线里传输的时间可以忽略，但是当相距若干米的扬声 器发出的声音到达听者的位置时，不同扬声器的声音 经过了不同的路程，路程的差别产生相位差，所有带 有不同相位的声音的叠加就产生了交混回响的效果。
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软件组成及功能介绍
Source
Flow-based
System
FEM-Acoustics
Mechanical Electro-magn
Test-based 1D
BEM-Acoustics RAY-Acoustics
Ep PdV
V0
小振幅条件下 物态方程
声学动量方程
p
0
v t
声学连续方程
0v
t
'
声波物态方程
p1
c2 ' 0
声学波动方程
2 p 1 2 p 0 c2 t2
0
总能量方程
E
Ek
Ep
1 2
0V0
(v2
1 02c02
p2)
声学基础介绍
3. 声压、声功率及声强：
声压：听到的就是声压，是由于空气的压力脉动作用到人耳的鼓膜上所感受到的；标 量
Y+ Y-
G(X,Y) G(X,Y)
G(X,Y) G(X,Y)
nY
nY
X
Direct BEM
Interior OR exterior Direct (p,v) approach Non-symmetric system of equations
Closed domain Collocation scheme
2. 时域2与pr频,t域 c1的2 关2 pt系r2,t： 0
时域
pr,t ~p(r) eit
k 2 2 f c c
2 ~p k 2 ~p 0
频域
求解方程都为运动学方程与结构运动学方程相同，可以将振动与声学方程进行
3. 有限元方法：
耦合求解，从而实现声振耦合的效果。
运动学方程： H i A 2Q p i F
n
vn
Y
G
X
,
Y
dS
pX
Ap Bv
[A], [B]：影响矩阵 {p}：节点压力 {v}：节点法向速度
pX
m
p
m
Sm
N
N ()GX, YJ()d
m
Sm
pmam X
vmbm X
m
m
at p bt vn
有限元方法及边界元方法介绍
间接边界元：
S S S Y Y Y nY nY
Source Engine
Microphones Array Muffler
Virtual. Lab中的实现
Lw1
模拟试验中的 ISO3744场点
Lw2
传递损失: TL
TL Lwi Lwt
声衰减: NR
NR 20 log(Pn / P1)
Source
Engine
Lwi
Muffler
P Source
p p ,
p p n n
p(X )
S
(Y )
G(X ,Y )
nY
(Y
)
G(X ,Y
)
dS
Indirect BEM
Interior AND exterior Indirect (,) approach Symmetric system of equations No restrictions on domain : open, ribs, … Variational scheme
• 映射规则是按照权重进行网格节点进行映射：
网格格式要求：
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
单元法向要求：
有限元网格模型的法线方向总是指向声腔的一面； DBEM的法线必须指向流体存在的一面； IBEM的法线可以指向内也可以指向外，法线方向确定了单元的正方向与负
方向，为了保证计算结果的正确性，有必要让单元法向方向保持一致。
n
Engine
Muffler
Anechoic Termination
Lwt P1
模拟试验中 的 吸声尖劈
模拟试验中 的 麦克风
如何使用Virtual. Lab对消声器的性能进行评估：虚拟实验
有限元方法及边界元方法介绍
1.软件中的数值方法目的：
求解波动方程，以计算各个场点的声压，以及分析声压的贡献来自于那些声 源；
声学仿真基础介绍
Virtual. Lab Acoustic Training
Name: Sun Xinbo – 孙新波 Email：xinbo.sun@ Mobile: 13917512172 Tel: 021-50796282-318
目录
声学仿真基础介绍目录：
1）. 软件组成及功能介绍； 2）. 声学基础介绍：
软件组成及功能介绍
1. Virtual. Lab-Acoustic主要模块组成及功能：
• Harmonic/Transient Acoustic FEM； 时域/频域范围内求解纯声学问题及耦合声学问题
• Harmonic/Transient Acoustic BEM； 时域/频域范围内求解纯声学问题及耦合声学问题
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
网格要求：
BEM：对网格是否是四边形网格或三角形网格没有特定的要求；
• 对于FMBEM，网格必须是三角形网格；
FEM：对网格是否是六面体或四面体网格没有特定要求。 网格大小：要满足分析频率要求，一般单元尺寸要位波长的1/6； 传递导纳定义的界面网格要求：两个面上的网格节点要一一对应上； 映射网格要求：
• 声学方程，声波的能量，声功率和声强； • 声级；
3）. 有限元方法及边界元方法介绍 4）. Virtual. lab-Acoustic 启动与图形界面介绍 5）. Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
• 单位制； • 网格要求； • 单元的法线方向.
6）. Virtual. Lab 建模分析流程
• Raynoise； 采用射线声学理论处理高频声学问题
• SEA+： 统计能量方法求中高频声学问题
• ATV/MATV-Solver FEM/BEM; 求解声传递向量，主要用于处理振动表面与辐射点之间的传递矩阵，从而进 行快速求解；
• Inverse Numerical Acoustic 声学反问题求解，主要用于反求声源；
one side problem
both sides problem
Virtual. lab-Acoustic 启动与图形界面介绍
频域边界元模块 频域有限元模块
导入网格模型或分析模型
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
单位制：
b-Acoustic模块对单位制本身没有特定的要求，主要是根据建立的 网格模型尺寸，在导入模型时需要将模型的单位定义好。
激励与响应关系： p i0H i0A 2Q1F
模态方法求解：
第一步： H i2Qi 0
求模态
第二步： a i0H i0A 2Q1F
第三步： p iai a
求声压
求模态参与因子
有限元方法及边界元方法介绍
4. 边界元方法：无需建立三维的声学空间实体网格
直接边界元：
S
pY
GX ,Y i
声功率：从声源中辐射出的能量；标量 声强：垂直于声波传播方向，单位面积上通过的平均能量流；矢量
波长： 声压级：
声功率级： 声级的叠加：
声学基础介绍
声学基础介绍
产品声学性能评估-以消声器为例:
插入损失: IL
Source
Microphones Array
Engine
IL Lw1 Lw2
SEA
Receiver
Standard
Advanced
声学基础介绍
1. 声学波动方程
z dx
忽略粘性效应 牛顿第二定律
忽略高阶项
dz
y
dy x 微元体理论进行求解微元体 的平衡方程（运动，质量）
2. 声波能量
质量守恒定律 忽略高阶项
绝热边界 忽略高阶项
动能方程
Ek
1 2
0V0v 2
势能方程
V
• 在施加边界条件时一定要主要单元的法线方向，与法线方向一致是正值，否则为 负值。
Virtual. lab可以自动对网格法向进行自动检测：
Virtual. Lab 建模分析流程
确定分析类型
导入网格
对网格进行检查
定义材料及边界属性
定义载荷
定义求解参数
求解
数据后处理