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消声器声学特性设计目标

时间:2022-10-02 百科知识 版权反馈
【摘要】:在对消声器的声学特性进行优化时,需要设定相应的声学目标。一般来说,声学目标的设定是建立在传递损失曲线的基础上的,主要包括单频声学目标和宽频声学目标。对于低于目标曲线的地方,给予一定惩罚来提高优化的效果,转换为目标函数则是式中,obj是奖惩函数,当实际传递损失大于目标传递损失时,obj给予正奖励。当实际传递损失小于目标传递损失时,obj给予负惩罚。

在对消声器的声学特性进行优化时,需要设定相应的声学目标。一般来说,声学目标的设定是建立在传递损失曲线的基础上的,主要包括单频声学目标和宽频声学目标。单频声学目标是要在某个频率的传递损失达到最大,宽频声学目标有两种设计方式:

最简单的目标为设计频率范围内的平均传递损失最大,表达式为

式中 F——声学设计目标;

x——设计结构参数向量;

f1——目标最低频率;

f2——目标最高频率;

TL(f)——消声器的传递损失。

以平均传递损失为设计目标非常方便,但是对于具体的声学问题来说,在不同频率范围内对消声能力的需求可能不同,导致最终优化的结果并不能很好地适用于问题本身,甚至可能使优化结果出现在某处幅值很大而其他处幅值很小的情况。因此,在工程应用中,这种优化设计目标一般使用较少。

另一种设计方法是根据噪声问题在不同频率范围内的严重程度,画出目标传递损失曲线[66]。一般来说,传递损失达到20dB才可以认为消声器在该频率段具有消声性能,所以传递损失目标曲线的定义只需定义出大于20dB的部分即可,如图9-1所示为传递损失目标曲线定义范例,目标消声频带为1000~3500Hz。

目标曲线定义好之后,有两种设计思路,一是使消声器传递损失能够贴合目标曲线,也就是最终得到的实际曲线和目标曲线差距最小,转换为目标函数则是

式中,tar(f)即为目标传递损失曲线,优化设计的目标是使整个频率范围内实际曲线和目标曲线之差的平方和F(f)达到最小。

另一种设计思路是使消声器传递损失能够高于目标曲线,并且越高越好。对于低于目标曲线的地方,给予一定惩罚来提高优化的效果,转换为目标函数则是

式中,obj(f)是奖惩函数,当实际传递损失大于目标传递损失时,obj(f)给予正奖励。奖励大小为差值的1/2次方的目的是,实际传递损失越大,奖励越少,以免出现其他频率段的传递损失过低的情况。当实际传递损失小于目标传递损失时,obj(f)给予负惩罚。惩罚大小为差值的r次方,r为大于或等于1的数,其目的是,实际传递损失越低,惩罚越大,使得整个频率范围内不会出现传递损失过小的情况。最终的优化设计目标是使函数F(x)的值达到最大。

图9-1 传递损失目标曲线范例

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