消聲室是用來做聲學測試的特殊實驗室,其實質是在一個閉合空間內建立的自由聲場。影響消聲室性能的關鍵因素是截止頻率，即吸聲系數爲0.99的最低頻率。截止頻率由安裝在消聲室牆壁上的吸聲尖劈的聲學性能決定。

　　研究人員可以通過有限元、邊界元、COMSOL軟件來預測吸聲尖劈的吸聲系數，但是現階段尚沒有基于時域有限差分算法（FDTD）的數值仿真軟件。近期，中科院聲學所的趙靜博士、陳志菲博士等人提出了基于等效流體模型的時域有限差分（EF-FDTD）算法，准確地預測出垂直入射和斜入射下多孔材料的吸聲系數，及不規則形狀多孔材料的吸聲系數。

　　相關研究成果近期在線發表于Applied Acoustics。

　　吸聲尖劈一般由剛性骨架的多孔材料構成，材料內的聲波方程可以用等效流體模型來描述。研究人員首先將頻域聲波方程裏的等效體積模量和等效密度設計爲濾波器模型。然後結合Z變換的理論，將頻域的聲波方程經由Z域轉換到時域，進而得到了基于等效流體模型的時域有限差分（EF-FDTD）算法。

　　針對兩種不同形狀的吸聲尖劈，實驗測試和預測的吸聲系數如圖所示。從圖中可以看出，基于EF-FDTD算法預測的吸聲系數與測量值非常接近，誤差比較小。

　　兩種吸聲尖劈的吸聲系數（圖/中科院聲學所）

　　本研究所提出的EF-FDTD算法可以准確模擬多孔材料所在空間的聲場傳播，可用于預測不同吸聲尖劈的吸聲系數。

　　本研究得到國家自然科學基金（11774379）、國家重點研發計劃（2017YFC082240203）資助。

　　關鍵詞：

　　多孔材料；時域有限差分算法；吸聲尖劈

　　參考文獻：

　　ZHAO Jing, CHEN Zhifei, BAO Ming, Shinichi Sakamoto. Prediction of sound absorption coefficients of acoustic wedges using finite-difference time-domain analysis. Applied Acoustics, 2019. DOI: 10.1016/j.apacoust.2019.06.002　

　　論文鏈接： 

　　https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2019.06.002