CN113208814B - 一种耳罩隔声量的处理方法及耳罩的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耳罩隔声量的处理方法及耳罩的制造方法,属于噪声控制应用领域。本发明的一种耳罩隔声量的处理方法,包括选取耳罩参数和漏声路径参数;之后根据耳罩参数和漏声路径参数计算得到频域传递函数;而后根据频域传递函数计算耳罩隔声量。本发明的耳罩的制造方法,设定耳罩隔声量限定值R,当根据选取的耳罩参数和漏声路径参数计算得到的隔声量小于等于R,则重新选取参数计算隔声量;当选取参数对应的隔声量大于R时,根据选取的参数制作耳罩。本发明克服了现有技术中,无法在制作耳罩之前获取耳罩漏声情况下隔声量的不足,本发明可以在制作耳罩之前获取耳罩漏声情况下的隔声量;进一步可以制造在漏声情况下具有较高隔声量的耳罩。

Description

一种耳罩隔声量的处理方法及耳罩的制造方法
技术领域
本发明属于噪声控制应用领域,更具体地说,涉及一种耳罩隔声量的处理方法及耳罩的制造方法。
背景技术
降噪耳罩性能的研究是噪声控制领域一个重要课题,研究高性能的、易于设计的耳罩是工业界和日常使用的重要诉求。耳罩隔声量是耳罩最重要的性能指标,但之前研究者主要研究耳罩没有漏声情况下隔声量,且目前已有的国内外标准仅针对没有漏声情况下的隔声量。然而在实际的佩戴使用中,由于眼镜、耳环等干涉,耳罩垫往往不能完全贴紧皮肤,从而导致漏声的存在,但该领域的研究较少。
2014年,Boyer等人研究了耳罩佩戴时的透声路径主要有4条,4条路径具体为:第1条为通过耳罩壳与耳罩垫组成的类似弹簧振子系统的声学振动耦合路径;第2条为漏声导致的路径;第3条为直接通过耳罩壳体的传递路径;第4条为通过人体组织传播的骨导传声路径。在低频部分(800Hz以下)耳罩的隔声量主要由第1条和第2条路径决定,传统耳罩模型只能计算第1条路径,因此现有技术的方法不能获取耳罩在低频部分隔声量的所有工况。
上述研究显示了耳罩漏声对于隔声性能的影响非常大,但以往的研究只能通过测试的方法获得耳罩存在漏声时隔声量,即只有在制作耳罩后通过测量获取耳罩在漏声情况下的隔声量,无法在在制作耳罩之前获取耳罩漏声情况下的隔声量。因此,如何在制作耳罩之前获取耳罩漏声情况下的隔声量,是现有技术亟需解决的问题。
发明内容
1.要解决的问题
本发明克服了现有技术中,无法在制作耳罩之前获取耳罩漏声情况下的隔声量的不足,本发明提供了一种耳罩隔声量的处理方法,可以在制作耳罩之前获取耳罩漏声情况下的隔声量;进一步本发明耳罩的制造方法基于耳罩隔声量的处理方法,可以对耳罩漏声集总参数模型的参数进行修正,制作满足隔声量设计要求的耳罩,进而可以制造在漏声情况下具有较高隔声量的耳罩。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
本发明的一种耳罩隔声量的处理方法,包括选取耳罩参数和漏声路径参数;其中,耳罩参数包括耳罩单体质量Mm、耳罩垫阻尼Rm、耳罩垫弹性系数Km、耳罩壳体体积Vs、耳罩垫面积Ss;漏声路径参数包括n条漏声路径的等效长度和等效半径,其中,第i条漏声路径的等效长度为li,第i条漏声路径的等效半径为ai,i和n均为正整数,n≥1,且i∈[1,2,3…n];然后根据耳罩参数和漏声路径参数计算得到频域传递函数;之后根据频域传递函数计算耳罩的隔声量。
作为本发明更进一步地改进,计算耳罩内外声压的频域传递函数的具体过程为:先根据耳罩参数和漏声路径参数计算耳罩壳内腔体的声学阻抗KA、耳罩的声学阻抗Z1、漏声路径的总阻抗Zleak,而后根据耳罩壳内腔体的声学阻抗KA、耳罩的声学阻抗Z1和漏声路径的总阻抗Zleak计算得到频域传递函数。
作为本发明更进一步地改进,根据耳罩参数和漏声路径参数计算漏声路径的总阻抗的具体过程为:
先根据耳罩参数和漏声路径参数计算每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗,其中,第i条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗为Ztubei,第i条漏声路径对应的漏声路径管道端口的辐射阻抗为Zradi
根据每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗计算得到每条漏声路径各自对应的阻抗;
根据每条漏声路径对应的阻抗计算得到漏声路径的总阻抗Zleak
作为本发明更进一步地改进,利用以下公式计算得到频域传递函数:
Figure GDA0003561926020000021
Figure GDA0003561926020000022
Figure GDA0003561926020000023
其中,ρ是空气密度,c是声速,j为虚数单位,ω为角频率,
pi为耳罩内声压,po为耳罩外声压。
作为本发明更进一步地改进,根据以下公式计算第i条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗Ztubei和漏声路径管道端口的辐射阻抗Zradi
Figure GDA0003561926020000024
Figure GDA0003561926020000025
Figure GDA0003561926020000031
Figure GDA0003561926020000032
其中,K为变量,μ为流体切变粘滞系数、k为波数。
作为本发明更进一步地改进,根据以下公式计算得到每条漏声路径各自对应的阻抗:设定第i条漏声路径对应的阻抗为Zleaki
Zleaki=Ztubei+Zradi
作为本发明更进一步地改进,通过以下公式计算耳罩的隔声量:
NRnew(ω)=-20log10(TFnew(ω))。
作为本发明更进一步地改进,根据以下公式计算漏声路径的总阻抗Zleak
Figure GDA0003561926020000033
本发明的一种耳罩的制造方法,采用上述的一种耳罩隔声量的处理方法,设定耳罩的隔声量限定值R,当根据选取的耳罩参数和漏声路径参数计算得到的耳罩的隔声量小于等于R,则重新选取耳罩参数和漏声路径参数并重新计算耳罩的隔声量;当选取的耳罩参数和漏声路径参数对应的耳罩的隔声量大于R时,则根据选取的耳罩参数和漏声路径参数制作耳罩。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
本发明的一种耳罩隔声量的处理方法,通过耳罩参数和漏声路径参数即可获得频域传递函数,进一步通过频域传递函数即可得到耳罩的隔声量,无需在耳罩制作之后进行测量获得耳罩的隔声量,实现了仅通过耳罩漏声集总参数模型的参数即可得到耳罩的隔声量。进一步地,本发明的一种耳罩的制造方法基于耳罩的隔声量的处理方法,从而可以在制作耳罩之前通过耳罩的隔声量对耳罩漏声集总参数模型的参数进行修正,进而可以使得制作的耳罩符合设计要求,即使得耳罩在漏声情况下具有较高的隔声量,保证了耳罩即使在存在漏声情况下依然满足隔声量需求。
附图说明
图1为本发明的耳罩隔声量的处理方法流程图;
图2为耳罩的漏声路径示意图;
图3为耳罩不存在漏声时的集总参数模型电力声类比等效电路图;
图4为耳罩漏声集总参数模型的电力声类比等效电路图;
图5为基于耳罩存在漏声和无漏声时的隔声量仿真预测图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;而且,各个实施例之间不是相对独立的,根据需要可以相互组合,从而达到更优的效果。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
现有技术中基于耳罩参数和漏声路径参数,往往只能推测耳罩在没有漏声情况下的降噪量,但耳罩在实际佩戴过程中由于眼镜和耳环等的阻碍,导致耳罩不能完全贴合于皮肤,从而导致有漏声存在,而针对耳罩佩戴漏声时的耳罩隔声量的计算,现有技术中只能够在耳罩制作出来后通过实际测量获得。本发明的一种耳罩隔声量的处理方法,通过耳罩参数和漏声路径参数即可在制作耳罩前计算得到耳罩的隔声量,从而可以制作出即使存在漏声也具有高隔声量的耳罩。
结合图1所示,本发明的一种耳罩隔声量的处理方法,具体步骤如下:
1)选取参数
选取耳罩漏声集总参数模型的参数,值得说明的是,耳罩漏声集总参数模型的参数包括耳罩参数和漏声路径参数,其中,耳罩参数包括耳罩单体质量Mm、耳罩垫阻尼Rm、耳罩垫弹性系数Km、耳罩壳体体积Vs、耳罩垫面积Ss;漏声路径参数包括n条漏声路径的等效长度和等效半径,其中,第i条漏声路径的等效长度为li,第i条漏声路径的等效半径为ai,例如第1条漏声路径参数包括等效长度l1和等效半径a1。此外,i和n均为正整数,且i∈[1,2,3…n],n≥1,即表明存在至少一条漏声路径,如附图2所示。值得说明的是,本发明将每条漏声路径等效为一个空心圆柱体,该空心圆柱体的高度即为该条漏声路径对应的等效长度,空心圆柱体的的半径即为该条漏声路径对应的等效半径。
需要说明的是,现有技术中在耳罩无漏声情况下对应的耳罩集总参数模型的电力声类比等效电路如图3所示,即在耳罩无漏声情况下对应的耳罩集总参数模型只有声音路径Path(a),不存在漏声路径。而本发明通过引入漏声路径,进一步可以构建得到耳罩漏声集总参数模型的电力声类比等效电路,具体如图4所示,图4中的耳罩漏声集总参数模型引入了多条漏声路径Path(b),即更符合耳罩实际使用过程中存在漏声的情况。
本实施例以第i条漏声路径参数为例,如表1所示,耳罩垫弹性系数Km为6×104N/m,耳罩垫阻尼Rm为75N·s/m,、耳罩壳体体积Vs为2×10-4m3,耳罩垫面积Ss为6.7×10-3m2,耳罩单体质量Mm为0.1kg,等效长度li为2cm,等效半径ai为0.1cm,。
表1耳罩漏声集总参数模型的参数
K<sub>m</sub><sup>*</sup>(N/m) R<sub>m</sub><sup>*</sup>(N·s/m) V<sub>s</sub><sup>*</sup>(m<sup>3</sup>) S<sub>s</sub><sup>*</sup>(m<sup>2</sup>) M<sub>m</sub><sup>*</sup>(kg) l<sub>i</sub><sup>*</sup>(cm) a<sub>i</sub><sup>*</sup>(cm)
6×10<sup>4</sup> 75 2×10<sup>-4</sup> 6.7×10<sup>-3</sup> 0.1 2 0.1
2)计算频域传递函数
根据耳罩参数和漏声路径参数计算得到频域传递函数,具体过程为:先根据耳罩参数和漏声路径参数计算耳罩壳内腔体的声学阻抗KA、耳罩的声学阻抗Z1、漏声路径的总阻抗Zleak,而后根据耳罩壳内腔体的声学阻抗KA、耳罩的声学阻抗Z1和漏声路径的总阻抗Zleak计算得到频域传递函数。具体地,根据以下公式计算耳罩壳内腔体的声学阻抗KA和耳罩的声学阻抗Z1
Figure GDA0003561926020000051
Figure GDA0003561926020000052
其中,ρ是空气密度,c是声速,j为虚数单位,ω为角频率。
进一步地,根据耳罩参数和漏声路径参数计算漏声路径的总阻抗的具体过程为:设定共n条漏声路径,第i条漏声路径对应的阻抗为Zleaki
先根据耳罩参数和漏声路径参数计算每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗,其中,第i条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗为Ztubei,第i条漏声路径对应的漏声路径管道端口的辐射阻抗为Zradi;值得说明的是,Ztubei和Zradi的计算公式如下:
Figure GDA0003561926020000053
Figure GDA0003561926020000054
Figure GDA0003561926020000055
Figure GDA0003561926020000056
其中,K为变量,μ为流体切变粘滞系数、k为波数。
通过上述公式即可计算得到每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗。进一步根据每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗计算得到每条漏声路径各自对应的阻抗,具体地,根据以下公式计算得到每条漏声路径各自对应的阻抗:设定第i条漏声路径对应的阻抗为Zleaki
Zleaki=Ztubei+Zradi
进一步地,根据每条漏声路径对应的阻抗计算得到漏声路径的总阻抗Zleak,本发明根据以下公式计算漏声路径的总阻抗Zleak
Figure GDA0003561926020000061
进一步结合图4所示,利用以下公式计算得到频域传递函数:
Figure GDA0003561926020000062
其中,pi为耳罩内声压,po为耳罩外声压。需要说明的是,基于耳罩漏声集总参数模型的电力声类比等效电路得到频域传递函数,即实现了通过耳罩漏声集总参数模型的参数即可获得耳罩漏声情况下对应的频域传递函数,进一步可以通过频域传递函数得耳罩在漏声情况下的隔声量。
3)计算耳罩的隔声量
根据频域传递函数计算耳罩的隔声量,具体地,通过以下公式计算耳罩的隔声量NRnew(ω):
NRnew(ω)=-20log10(TFnew(ω))
值得说明的是,作为比较,结合图3所示的耳罩集总参数模型的电力声类比等效电路,现有技术中耳罩无漏声情况对应的频域传递函数如下所示:
Figure GDA0003561926020000063
NRoriginal(ω)=-20log10(TForiginal(ω))
结合图5所示,本实施例计算的有漏声情况对应的耳罩的隔声量和无漏声情况对应的耳罩的隔声量相差较小,即表明该耳罩漏声集总参数模型的参数对应的耳罩的隔声效果较好。本发明的一种耳罩隔声量的处理方法,通过耳罩参数和漏声路径参数即可获得频域传递函数,进一步通过频域传递函数即可得到耳罩的隔声量,无需在耳罩制作之后进行测量获得耳罩的隔声量,实现了仅通过耳罩漏声集总参数模型的参数即可得到耳罩的隔声量,从而可以在制作耳罩之前通过耳罩隔声量对耳罩漏声集总参数模型的参数进行修正,进而可以使得制作的耳罩具有较高的耳罩隔声量,即保证了耳罩即使在存在漏声情况下依然满足隔声量需求。
本发明的一种耳罩的制造方法,采用上述的一种耳罩隔声量的处理方法,先设定耳罩的隔声量限定值R,先根据选取的耳罩参数和漏声路径参数计算得到耳罩的隔声量NRnew(ω),若计算得到的耳罩的隔声量小于等于R,则重新选取耳罩参数和漏声路径参数,并根据重新选取的耳罩参数和漏声路径参数计算耳罩的隔声量;当选取的耳罩参数和漏声路径参数对应的耳罩的隔声量大于R时,则根据选取的耳罩参数和漏声路径参数制作耳罩,从而可以获取存在漏声情况时隔声效果较好的耳罩。
值得说明的是,根据选取的耳罩参数和漏声路径参数制作耳罩为现有技术。此外,通过上述步骤制作的耳罩能够在耳罩存在漏声情况时隔声量满足设计要求,即存在漏声时仍具有高隔声量。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是,应当理解,可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的,而不是限制性的,如果存在任何这样的修改和变型,那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外,背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义,并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

Claims (6)

1.一种耳罩隔声量的处理方法,其特征在于,包括
选取耳罩参数和漏声路径参数;其中,耳罩参数包括耳罩单体质量Mm、耳罩垫阻尼Rm、耳罩垫弹性系数Km、耳罩壳体体积Vs、耳罩垫面积Ss;漏声路径参数包括n条漏声路径的等效长度和等效半径,其中,第i条漏声路径的等效长度为li,第i条漏声路径的等效半径为ai,i和n均为正整数,n≥1,且i∈[1,2,3…n];
根据耳罩参数和漏声路径参数计算得到频域传递函数;
根据频域传递函数计算耳罩的隔声量;其中,计算耳罩内外声压的频域传递函数的具体过程为:先根据耳罩参数和漏声路径参数计算耳罩壳内腔体的声学阻抗KA、耳罩的声学阻抗Z1、漏声路径的总阻抗Zleak,而后根据耳罩壳内腔体的声学阻抗KA、耳罩的声学阻抗Z1和漏声路径的总阻抗Zleak计算得到频域传递函数;根据耳罩参数和漏声路径参数计算漏声路径的总阻抗的具体过程为:
先根据耳罩参数和漏声路径参数计算每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗,其中,第i条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗为Ztubei,第i条漏声路径对应的漏声路径管道端口的辐射阻抗为Zradi;根据以下公式计算第i条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗Ztubei和漏声路径管道端口的辐射阻抗Zradi
Figure FDA0003582187970000011
Figure FDA0003582187970000012
Figure FDA0003582187970000013
Figure FDA0003582187970000014
其中,K为变量,μ为流体切变粘滞系数、k为波数;
根据每条漏声路径对应的漏声路径管道的阻抗和漏声路径管道端口的辐射阻抗计算得到每条漏声路径各自对应的阻抗;
根据每条漏声路径对应的阻抗计算得到漏声路径的总阻抗Zleak
2.根据权利要求1所述的一种耳罩隔声量的处理方法,其特征在于,利用以下公式计算得到频域传递函数:
Figure FDA0003582187970000015
Figure FDA0003582187970000016
Figure FDA0003582187970000021
其中,ρ是空气密度,c是声速,j为虚数单位,ω为角频率,pi为耳罩内声压,po为耳罩外声压。
3.根据权利要求1所述的一种耳罩隔声量的处理方法,其特征在于,根据以下公式计算得到每条漏声路径各自对应的阻抗:设定第i条漏声路径对应的阻抗为Zleaki
Zleaki=Ztubei+Zradi
4.根据权利要求2所述的一种耳罩隔声量的处理方法,其特征在于,通过以下公式计算耳罩的隔声量:
NRnew(ω)=-20log10(TFnew(ω))。
5.根据权利要求3所述的一种耳罩隔声量的处理方法,其特征在于,根据以下公式计算漏声路径的总阻抗Zleak
Figure FDA0003582187970000022
6.一种耳罩的制造方法,其特征在于,采用权利要求1~5任一项所述的一种耳罩隔声量的处理方法,设定耳罩的隔声量限定值R,当根据选取的耳罩参数和漏声路径参数计算得到的耳罩的隔声量小于等于R,则重新选取耳罩参数和漏声路径参数并重新计算耳罩的隔声量;当选取的耳罩参数和漏声路径参数对应的耳罩的隔声量大于R时,则根据选取的耳罩参数和漏声路径参数制作耳罩。
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