中高频复杂声场细节预报的能量分析方法研究

声场的模拟和准确预报是声学优化设计的核心和众多声学问题的基础，而现有的基于几何声学和波动声学的方法还不能完全满足工程实际的需要。本项目提出一种基于声场能量密度分布方程的复杂声场分析预测的新方法。在中高频条件下声场状态变量经Wigner变换成为波数空间的能量密度变量。由此推导出的声能密度分布方程包含了对直达声场和混响声场的不同数学描述，考虑了边界面散射、局部衍射和耦合贯通等声场复杂因素，可以比较完整地描述声能在封闭声场空间的分布细节,从而得到声场小尺度的分析结果。这个方法避免了传统有限元或边界元手段在较高频域的不确定性和对计算成本的过高要求，又能克服经典统计能量法在声场空间分布细节预报方面的固有缺陷。前期的研究结果初步确认了这种方法的可行性。本项目的研究可为中高频复杂声场的准确预估及声学优化设计提供新的分析方法。

本项目研究面向复杂声场的模拟和准确预报这一声学基础问题。 经过三年时间的探索和研究，围绕着复杂声场的细节预报的研究已经完成并取得了丰富的成果。研究结果表明，以声能密度分布方程为基础的能量法对中高频复杂声场进行预报，结果准确，计算效率高。可以比较完整地描述声能在封闭声场空间的分布细节,从而得到声场小尺度的分析结果。同时这个方法避免了传统有限元或边界元手段在较高频域的不确定性和对计算成本的过高要求，又能克服经典能量法在声场空间分布细节预报方面的固有缺陷。研究中对直达声场和混响声场进行了不同数学描述，考虑了边界面散射、局部衍射和耦合贯通等声场复杂因素，提出了声能密度方程的离散化方法，并开发了基于OPENGL为图形界面的声场预报软件，核心算法可以通过软件界面的计算流程得以实现。研究成果包括10篇中外文期刊论文和会议文章，包括声学学报（Acta Acustica）， 2011年International Conference on Computer and Network Engineering; Advanced Materials Research等。通过本项目的实施还培养了1名博士和1名硕士。