周期矩形轮廓声学散射体的散射性质预测算法及其应用研究

发布时间：2020-02-17 18:45

【摘要】：具有周期排列形式的散射体是建筑声学中一种常见的声学扩散结构,针对各种室内环境中最为常见的周期矩形轮廓散射体,基于光栅方程发展了一种散射性质预测算法,并利用此方法对矩形轮廓散射体的散射性质进行了预测及分析。先详细介绍预测算法的推导过程,此算法仅利用散射体的几何参数及入射波参数即可计算各个阶次反射波的能量,从而对散射性质进行预测。通过对不同算例散射系数的计算及对比证明了预测算法具有良好的正确性及计算效率,并利用预测算法对周期矩形轮廓散射体的散射性质进行分析。分析表明其具有缺级散射、对称散射性质,这些性质不但可以使周期矩形轮廓散射体在室内声学扩散问题中得到更加合理的应用,还使其有潜力在其他领域,如噪声控制、空间滤波等问题中发挥重要的作用。
【图文】：

了一种散射性质快速预测算法，可根据散射体的几何参数求得各个阶次反射波的能量，此方法可对周期矩形轮廓散射体的散射系数、指向性散射性质进行快速计算及预测。论文首先详细介绍了快速预测算法的推导过程;然后利用无规入射散射系数及方向入射散射系数的对比计算分析了快速计算方法的正确性与适用性;最后利用快速计算方法对周期矩形轮廓散射体的指向性散射性质进行了预测分析，分析表明此种散射体具有缺级散射、对称散射的性质。1散射性质预测算法假设一束具有单位幅值的平面波入射到具有周期矩形轮廓的散射体上(见图1)，散射体的周期长度为L，凹槽长度为l，高度为H，入射波的声压可表示为pi(x，y)=e－jk(sinθix－cosθiy)(1)式中:θi为入射角;k=2π/λ为波数;λ为波长。与光栅类似，周期型的声学散射体同样具有可用光栅方程所表示的栅格效应［18-19］，在二维平面内，散射波的阶次及方向可根据光栅方程求得sinθs=sinθi+nλL，n=0，±1，±2，…(2)式中:θs为散射角;λ为入射波的波;n为散射波的阶次;n=0即代表镜面反射波。图1周期矩形轮廓散射体及入射波示意图Fig．1Schematicoftheperiodicdiffuserwithrectangularprofileandtheincidentwave为了计算反射波的能量，现对阶次为n、散射角为θs的反射波进行分析。由于矩形轮廓的散射体具有凹槽结构，上述反射波应来源于两部分:①被散射体顶面所反射的入射波，此处假设其传播路径为Path1;②来源于进入凹槽内部，，经过多重反射之后的入射波，其传播路径为Path2。以图1中所示的散射体顶面为参考线，沿两个路径的声波经过反射后所传播的距离分别为dis1=0dis2=H1cosθi+1cosθ(){s(3)则?

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本文编号：2580481