CN105373649B - 一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法 - Google Patents

一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法 Download PDF

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Abstract

本申请的目的是提供一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法。本申请获取声学包的组成，建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失，基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。与现有技术相比，本申请根据声学包中不同隔音垫的组成材料的物理属性和覆盖率分布规律，以接收室的总声压级为目标函数，声学包的质量和隔音垫的总覆盖率为约束条件，声学包中的不同隔音垫的覆盖率作为自变量，对声学包进行优化，实现在宽频率范围内提高声学包传递损失，该方法操作简便，工程实用价值高。

Description

一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法
技术领域
本申请涉及声学部件优化开发领域，尤其涉及一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的技术。
背景技术
为了提升用户的乘车体验，通常需要使用声学包，以减少传递到乘员舱的噪音，例如发动机舱前围隔音垫、内饰件吸声材料、各泄露孔堵塞、钣金件膨胀胶位置等都属于声学包的应用。
组合墙隔声理论是对由不同隔声性能的结构及材料组合而成的实际隔声结构的隔声理论。在对声学包的优化开发中，特别是针对子系统声学包的优化包括：对声学材料结构的优化，如单层、多层结构；对声学材料的优化，如材料属性、流阻、孔隙率等；对内饰件位置的优化，如布置位置、覆盖率等。第一种优化方案是以声学包的质量为目标函数，接收室的总声压级和声学材料结构、类型或内饰件的总覆盖率为约束条件，以声学包中声学材料的物理属性、类型或覆盖率为自变量，对声学包进行优化；第二种优化方案是以接收室的总声压级为目标函数，声学包的质量和声学材料结构、类型或总覆盖率为约束条件，以声学包中的声学材料物理属性、类型或覆盖率作为自变量，对声学包进行优化。然而，现有技术中缺乏简便地处理多隔音垫的声学包优化问题的方案。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法，以在宽频率范围内提高传递损失，简便地处理多隔音垫的声学包优化问题。
为实现上述目的，本申请提供了一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法，其中，该方法包括：
a获取声学包的组成；
b建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，其中，所述声学包包括若干个隔音垫；
c基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失；
d基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。
进一步地，所述步骤b包括：建立1×1m的统计能量分析模型，在统计能量分析模型中分别添加所述声学包的若干个隔音垫，得到所述声学包中各个隔音垫的传递损失频率曲线。
进一步地，所述步骤c包括：
c1假设未添加所述声学包的板件传递损失为TL0，声能透射系数为τ0，所述声学包中有n种隔音垫，第j种隔音垫的传递损失为TLj，声能透射系数为τj，覆盖率为Cj，板件添加隔音垫前后的声能透射系数比值为μj＝τ0/τj，第j种隔音垫的面密度为ρj，所有隔音垫的平均面密度为，采用100～10000Hz的21个1/3倍频程带隔声量的算术平均值作为传递损失的单值评价量；
c2根据传递损失计算公式TL＝10lg(1/τ)，得到板件添加隔音垫前后的传递损失之差为TLj-TL0＝10lg(μj)，添加声学包后的板件平均声能透射系数为其中，C0+C1+C2+…+Cn＝1。
进一步地，所述步骤d包括：
d1建立所述声学包的优化目标，即平均声能透射系数f(X)＝c*X取最小，和约束条件aeq*X＝beq、X≥vlb，其中，X代表不同隔音垫的覆盖率，aeq＝[1 1 1 … 1]，beq＝[1]，vlb＝[0；0；0；…；0]；
d2建立声学包优化的质量约束条件AX≤b，其中，A＝[0 ρ1 ρ2 … ρn]，
d3根据所述步骤d1和所述步骤d2，得到优化所述声学包的目标函数和约束条件，使用MATLAB软件求解方程，得到考虑轻量化的所述声学包传递损失最优解，基于所述最优解对所述声学包进行优化。
进一步地，所述声学包的组成包括：各个隔音垫的组成材料的物理属性，以及各个隔音垫的覆盖率；其中，所述组成材料的物理属性包括以下至少任一项：厚度、面密度。
进一步地，所述优化的频率范围为100～10000Hz。
与现有技术相比，本申请获取声学包的组成，建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失，基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。本申请根据声学包中不同隔音垫的组成材料的物理属性和覆盖率分布规律，以接收室的总声压级为目标函数，声学包的质量和隔音垫的总覆盖率为约束条件，声学包中的不同隔音垫的覆盖率作为自变量，对声学包进行优化，实现在宽频率范围内提高声学包传递损失，该方法操作简便，工程实用价值高。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本申请的一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法流程图；
图2示出根据本申请一个实施例的声学包的隔音垫组成示意图；
图3示出根据本申请一个实施例的传递损失分析模型示意图；
图4示出根据本申请一个实施例的声学包优化结果示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
图1示出根据本申请的一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法流程图。
该方法包括步骤S11、步骤S12、步骤S13和步骤S14。具体地，在步骤S11中，获取声学包的组成；在步骤S12中，建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，其中，所述声学包包括若干个隔音垫；在步骤S13中，基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失；在步骤S14中，基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。
下面结合具体的实施例，对本申请作进一步详细描述。
在本实施例中，对一个包含6种隔音垫的声学包进行优化，所述声学包优化的频率范围为100～10000Hz。
首先，在步骤S11中，获取声学包的组成。
具体地，所述声学包的组成包括：各个隔音垫的组成材料的物理属性，以及各个隔音垫的覆盖率；其中，所述组成材料的物理属性包括以下至少任一项：厚度、面密度。
在此，汽车前围和地板的隔音垫一般由软层泡沫材料和硬层EVA(ethylene-vinylacetate copolymer,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)组成。所述隔音垫包含单层、双层或多层的声学处理材料(Noise Control Treatment)，所述材料的物理属性包含厚度和面密度。
在本实施例中，所述声学包的组成如图2所示，6种隔音垫的覆盖率各不相同，图2所示的不同区域的面积代表了对应隔音垫的覆盖率大小。所述隔音垫的组成材料的物理属性各不相同。所述隔音垫包含聚氨酯泡沫(Polyurethane Foam)和EVA(ethylene-vinylacetate copolymer,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)组成隔音垫。图2中的编号1所表示的隔音垫由5mm厚、110kg/m3的聚氨酯泡沫和3.5mm厚、7kg/m2的EVA组成；编号2所表示的隔音垫由9mm厚、110kg/m3的聚氨酯泡沫和3.5mm厚、7kg/m2的EVA组成；编号3所表示的隔音垫由13mm厚、110kg/m3的聚氨酯泡沫和3.5mm厚、7kg/m2的EVA组成；编号4所表示的隔音垫由15mm厚、110kg/m3的聚氨酯泡沫和3.5mm厚、7kg/m2的EVA组成；编号5所表示的隔音垫由19mm厚、110kg/m3的聚氨酯泡沫和3.5mm厚、7kg/m2的EVA组成；编号6所表示的隔音垫由13mm厚、70kg/m3的聚氨酯泡沫和2mm厚、3.2kg/m2的EVA组成。
然后，在步骤S12中，建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，其中，所述声学包包括若干个隔音垫。
具体地，在步骤S12中，建立1×1m的统计能量分析(Statistical EnergyAnalysis，SEA)模型，在SEA模型中分别添加所述声学包的若干个隔音垫，得到所述声学包中各个隔音垫的传递损失频率曲线。
在此，所述SEA模型包含SEA声源腔、接收腔、板件和声学包模型以及连接。所述连接包含声腔与声腔之间的连接和声腔与板件之间的连接。所述隔音垫的传递损失频率曲线的频率范围一般为100～10000Hz。
在本实施例中，所述SEA模型如图3所示，图3中编号11表示声源腔，编号12表示声源激励，编号13表示面连接，编号14表示1×1m的板件，编号15表示接收腔。所述声源腔阻尼因子为1％，体积为1000m3，面积和总周长为0；所述声源激励为1Pa的约束声压；所述面连接包含了声腔与声腔的耦合，声腔与板件的耦合；所述板件为1mm厚度的铝板，包含接收腔一侧的声学包。所述接收腔阻尼因子为1％，体积为1000m3，面积和总周长为0。
接下来，在步骤S13中，基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失。
具体地，所述步骤S13包括：
步骤c1，假设未添加所述声学包的板件传递损失为TL0，声能透射系数为τ0，所述声学包中有n种隔音垫，第j种隔音垫的传递损失为TLj，声能透射系数为τj，覆盖率为Cj，板件添加隔音垫前后的声能透射系数比值为μj＝τ0/τj，第j种隔音垫的面密度为ρj，所有隔音垫的平均面密度为，采用100～10000Hz的21个1/3倍频程带隔声量的算术平均值作为传递损失的单值评价量。
在此，所述声学包包含多元声学处理材料(Multiple Noise ControlTreatment)，所述隔音垫包含单层、双层或多层的声学处理材料(Noise ControlTreatment)，所述声能透射系数根据传递损失计算公式TL＝10lg(1/τ)得到，其中，TL为传递损失(Transmission Loss,TL)，τ为声能透射系数。所述隔音垫的传递损失频率曲线的频率范围一般为100～10000Hz。
步骤c2，根据传递损失计算公式TL＝10lg(1/τ)，得到板件添加隔音垫前后的传递损失之差为TLj-TL0＝10lg(μj)，添加声学包后的板件平均声能透射系数为其中，C0+C1+C2+…+Cn＝1。
在此，所述可以根据所有结构的平均声能透射系数得到，其中，τi为第i种隔声结构的声能透射系数，Si为第i种隔声结构所占的面积，S为组合墙总面积。
所述隔音垫包含单层、双层或多层的声学处理材料(Noise Control Treatment)，所述添加声学包后的板件平均声能透射系数为基于组合墙隔声理论计算的平均声能透射系数。在本实施例中，所述隔音垫为双层声学处理材料。
最后，在步骤S14中，基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。
具体地，所述步骤S14包括：
步骤d1，建立所述声学包的优化目标，即平均声能透射系数f(X)＝c*X取最小，和约束条件aeq*X＝beq、X≥vlb，其中，X代表不同隔音垫的覆盖率，aeq＝[1 1 1 … 1]，beq＝[1]，vlb＝[0；0；0；…；0]。
步骤d2，建立声学包优化的质量约束条件AX≤b，其中，A＝[0 ρ1 ρ2 … ρn]，
在此，所述平均面密度为声学包中所有隔音垫面密度的平均值。
步骤d3，根据所述步骤d1和所述步骤d2，得到优化所述声学包的目标函数和约束条件，使用MATLAB软件求解方程，得到考虑轻量化的所述声学包传递损失最优解，基于所述最优解对所述声学包进行优化。
在此，所述声学包的传递损失的频率范围一般为100～10000Hz。所述MATLAB软件是美国MathWorks公司推出的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
当然，本领域技术人员应能理解上述MATLAB软件仅为举例，其他现有的或今后可能出现的数学软件或计算方式如可适用于本申请，也应包含在本申请保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
在本实施例中，得到考虑轻量化的声学包传递损失最优解：X＝[0；0；0；0；0；0.7088；0.2912]，在图3所示的SEA模型中得到的传递损失曲线如图4所示。
在本实施例中，通过应用本申请对声学包进行优化得到的结果与在VA One软件(法国ESI集团推出的全频段振动噪声模拟软件)中的同等条件下的优化结果进行对比(如图4所示)，可发现应用本申请所述方法能够在宽频率范围提高声学包的传递损失，并且不增加声学包的质量。
与现有技术相比，本申请获取声学包的组成，建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失，基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。本申请根据声学包中不同隔音垫的组成材料的物理属性和覆盖率分布规律，以接收室的总声压级为目标函数，声学包的质量和隔音垫的总覆盖率为约束条件，声学包中的不同隔音垫的覆盖率作为自变量，对声学包进行优化，实现在宽频率范围内提高声学包传递损失，该方法操作简便，工程实用价值高。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
另外，本申请的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本申请的方法和/或技术方案。而调用本申请的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本申请的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本申请的多个实施例的方法和/或技术方案。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (5)

1.一种基于组合墙隔声理论的优化声学包的方法，其中，该方法包括：
a获取声学包的组成；
b建立计算所述声学包中隔音垫的传递损失的模型，其中，所述声学包包括若干个隔音垫；
c基于对各项参数的假设，计算所述声学包的传递损失，包括：c1假设未添加所述声学包的板件传递损失为TL0，声能透射系数为τ0，所述声学包中有n种隔音垫，第j种隔音垫的传递损失为TLj，声能透射系数为τj，覆盖率为Cj，板件添加隔音垫前后的声能透射系数比值为μj＝τ0/τj，第j种隔音垫的面密度为ρj，所有隔音垫的平均面密度为采用100～10000Hz的21个1/3倍频程带隔声量的算术平均值作为传递损失的单值评价量，
c2根据传递损失计算公式TL＝10lg(1/τ)，得到板件添加隔音垫前后的传递损失之差为TLj-TL0＝10lg(μj)，添加声学包后的板件平均声能透射系数为，
其中，C0+C1+C2+…+Cn＝1，
其中，τ为声能透射系数，C0、C1、C2、…及Cn依序分别为未添加隔音垫、声学包中的第1种、第2种、…及第n种隔音垫的覆盖率；
d基于所述声学包的优化目标和约束条件，对所述声学包进行优化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤b包括：
建立1m×1m的统计能量分析模型，在统计能量分析模型中分别添加所述声学包的若干个隔音垫，得到所述声学包中各个隔音垫的传递损失频率曲线。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤d包括：
d1建立所述声学包的优化目标，即平均声能透射系数f(X)＝c*X取最小，和约束条件aeq*X＝beq、X≥vlb，其中，X代表在板件中设置隔音垫时所对应的隔音垫的覆盖率，其中，所述设置隔音垫包括：未添加隔音垫、添加第1种、第2种、…及第n种隔音垫，c＝τ0[μ0 -1、μ1 -1、μ2 -1、…、μn -1]，aeq＝[1、1、1、…、1]，其中，1的个数为(n+1)个，beq＝[1]，vlb＝[0、0、0、…、0]，其中，0的个数为(n+1)个，
其中，μ0μ1μ2…μn依序分别为未添加隔音垫、板件添加第1种、第2种、…及第n种隔音垫前后的声能透射系数比值，则μ0 -1μ1 -1μ2 -1…μn -1依序分别为未添加隔音垫、板件添加第1种、第2种、…及第n种隔音垫前后的声能透射系数比值的倒数；
d2建立声学包优化的质量约束条件AX≤b，其中，A＝[0、ρ1、ρ2、…、ρn]，
d3根据所述步骤d1和所述步骤d2，得到优化所述声学包的目标函数和约束条件，使用MATLAB软件求解上述所有公式，得到考虑轻量化的所述声学包传递损失最优解，基于所述最优解对所述声学包进行优化。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述声学包的组成包括：
各个隔音垫的组成材料的物理属性，以及各个隔音垫的覆盖率；
其中，所述组成材料的物理属性包括以下至少任一项：
厚度、面密度。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述优化的频率范围为100～10000Hz。
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