一種應用于開闊場地的低頻噪聲抑制方法技術

本發明專利技術提出了一種應用于開闊場地的低頻噪聲抑制方法。本方法首先在噪聲源附近設計一組具有關鍵深度的同心圓溝槽,這些溝槽表現為四分之一波長的諧振腔，可在開口處形成聲學軟表面。當聲波傳播到這些軟表面時可通過破壞性干擾而得到抑制,從而阻礙聲波的進一步傳播。本發明專利技術利用聲波傳播原理設計了相應的計算機仿真軟件，可即時驗證設計方案產生的噪聲抑制效果，通過調整設計參數然后檢查噪聲抑制效果這一循環過程，使最終的設計方案達到最佳抑制效果。本發明專利技術可用于具有固定低頻噪聲源的場所如靶場、機場等附近的地面設計，以簡單、實用的方法阻止噪聲的傳播。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及聲學原理、聲波的傳播與散射理論，具體研究噪聲的抑制方法。
技術介紹
現代社會中環境噪聲是一個令人煩惱的問題，其抑制方法已受到人們的廣泛關注與研究。在社區周圍各種噪聲源中，交通工具引起的噪聲最為普遍，這些由車輛產生的噪聲具有能量低、頻率高的特點，相關的抑制技術已有廣泛的研究與應用，常用的方法有加裝隔離屏障阻礙聲波傳播或采用吸波材料吸收噪聲能量。與抑制交通噪聲不同，本專利技術試圖抑制由靶場或機場產生的低頻噪聲。這種噪聲具有頻率低、能量大的特點，穿透力極強，可傳波到50公里以外的居住區域，對居民生活造成不利影響。由于噪聲源處于要求開闊視野的靶場或機場，常規的抑制噪聲方法如建立屏障等方法一般都不適用，因此如何抑制此類噪聲一直沒有很好的方法。國內外最為常用的方法是把靶場建在山坡附近，利用山體作為自然屏障阻擋噪聲傳播，但這對機場噪聲抑制并不適用，因為機場不適合建在山坡附近，而且這種方法的實際阻擋效果并不理想。
技術實現思路
本專利技術利用表面阻抗設計方法對噪聲源附近的地表面進行聲學軟表面設計，當聲波碰到軟表面時由于破壞性干擾聲波能量會急劇衰減，從而達到抑制聲波進一步傳播的目的。本專利技術技術方案概括為在噪聲源附近的地表面設計成具有同心圓溝槽的皺褶結構，所述溝槽表現為四分之一波長的諧振腔，在開口處形成聲學軟表面，用于抑制低頻噪聲。進一步公開相關技術方案，基于聲波傳播與散射的邊界積分方程描述，把所述同心圓溝槽看作一個旋轉體，利用旋轉體的對稱性通過傅里葉級數展開把三維邊界積分方程減為二維邊界積分方程，從而大大降低仿真代價，提高輔助設計的快速性。本專利技術在噪聲源附近設計一系列同心圓溝槽，這些溝槽具有適當的寬度和深度，容易建造且相對安全，可最大限度提供開闊自由空間，不妨礙靶場試驗或飛機起降。這些溝槽具有四分之一波長或叫關鍵深度，可表現為諧振腔并在開口處可形成聲學軟表面。軟表面可釋放聲壓并使噪聲傳播發生偏轉。同時，這些溝槽組合也可看做一種周期結構形成帶阻濾波器，對相關頻率的噪聲具有抑制作用。為了驗證設計方案的噪聲抑制效果，本專利技術采用計算機仿真軟件，以幫助實現最優設計。該軟件是基于聲波傳播與散射的邊界積分方程描述，把同心圓溝槽看作一個旋轉體，利用旋轉體的對稱性通過傅里葉級數展開把三維邊界積分方程減為二維邊界積分方程，從而大大降低仿真代價，提高輔助設計的快速性。本專利技術基于典型參數的仿真表明，這些分布在噪聲源附近的同心圓溝槽具有讓聲波沿對空路徑傳播的功能，沿路面附近傳播的波束將大大地被抑制，從而對附近社區的干擾可降到最低。附圖說明圖1:旋轉體幾何結構。圖2:產生旋轉體的曲線弧長被均勻分割成小直線段。圖3:在r=5a觀察面上主切口處的散射聲壓場大小，其中a=0.1λ，η=0。圖4:在r=5a觀察面上主切口處的散射聲壓場大小，其中a=0.1λ，n=10-10io圖5:同心圓溝槽的幾何結構(頂視圖)。圖6:同心圓溝槽的幾何結構(徑向切口圖)。圖7:地面截斷尺寸對逾量衰減值EA的影響。當a=2(U，40λ，80λ時，沿地表面的 EA 分別為-17.42dB, -17.46dB, -17.47dB。圖8:溝槽數量對逾量衰減值EA的影響。當N=10，50，100時，沿地表面的EA分別為-10.66dB, -17.46dB,-20.58dB。圖9:每個溝槽的寬度對逾量衰減值EA的影響。當w=0.05λ，0.1λ，0.2λ時，沿地表面的 EA 分別為-15.28dB, -17.46dB, -19.75dB 。圖10:溝槽的周期性對逾量衰減值EA的影響。當t=0.2λ，0.3λ，0.4λ時，沿地表面的 EA 分別為-17.46dB, -16.45dB, -14.26dB。圖11:實施例2中用商業仿真軟件ANSYS產生的具有溝槽結構的截斷地表面。具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本專利技術技術方案作進一步介紹。根據本專利技術技術方案對現有技術的貢獻，保護范圍不為具體實施例所限制。實施例1 (理論依據)步驟1:表面阻抗設計在噪聲源附近挖掘一系列同心圓溝槽，溝槽數量將有地面狀況決定，越多越好，溝槽寬度和間隔將通過仿真軟件優化設計確定，但開口寬度應該夠大，以足以使溝槽中空氣的粘性和熱傳導效應可以忽略為準。溝槽的深度取為噪聲源波長的四分之一左右，此深度稱為關鍵深度(critical depth)。假定溝槽表面經過水泥等建筑材料硬化,溝槽表面便可看作聲學硬表面。這時的溝槽在深度方向可看作一個一端閉合(底部)、另一端開口的諧振腔。在諧振時開口端的輸入阻抗可通過下列公式計算本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用于開闊場地的低頻噪聲抑制方法，其特征在于，在噪聲源附近的地表面設計成具有同心圓溝槽的皺褶結構,所述溝槽表現為四分之一波長的諧振腔，在開口處形成聲學軟表面，用于抑制低頻噪聲。

【技術特征摘要】
1.一種應用于開闊場地的低頻噪聲抑制方法，其特征在于，在噪聲源附近的地表面設計成具有同心圓溝槽的皺褶結構，所述溝槽表現為四分之一波長的諧振腔，在開口處形成聲學軟表面，用于抑制低頻噪聲。2.如權利要求1所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：童美松，萬國春，盛維天，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：