聲共振的案例
汽車風振噪聲機理研究
風振噪聲是一種復雜的空腔流激勵發聲現象，是流體力學、空氣動力學、聲學等多學科的交叉，主要研究基礎是亥姆霍茲共振及空腔流自激振蕩。
01
亥姆霍茲共振
亥姆霍茲共振器是一種最基本的聲共振系統，最典型的是一個帶有一個開口短管的剛性容器。汽車在側窗或天窗開啟時，車內空間類似于一個亥姆霍茲共振器，具有其基本特性。
亥姆霍茲共振器
空腔內部空氣受到外界波動P 的強制壓縮時，會引起短管內空氣段A 的振動，而空腔內的空氣對其產生恢復力，構成由短管部空氣質量和腔體內空氣彈性構成的振動系統，這對施加作用的波動會產生共振效應，其固有頻率為：
02
空腔噪聲
氣流流經空腔時會產生離散和寬頻噪聲。引起空腔噪聲的主要機理有兩種：
壓力波反饋機制：空腔開口前緣的湍流邊界層在開口處形成不穩定的剪切層，剪切層隨來流向下游運動并失去穩定，進而產生漩渦，漩渦脫落并繼續向下游運動，當撞擊到空腔后壁面時，漩渦會破碎、耗散，產生一個向空腔開口上游擴散的脈動壓力波（即反饋壓力波），此壓力波傳播到達空腔開口前緣后會誘發新的漩渦脫落，如此循環振蕩形成反饋機制。
空腔噪聲反饋機制示意圖
聲共振：對于深腔而言，噪聲的產生是由于腔口非定常渦脫落誘導的聲共振。
簡單車廂風振噪聲數值模擬
采用CFD對簡單車廂進行模擬研究。
展開 現代聲學與CAE工程仿真
氣泡在超聲作用下的發光現象，是與聲密切相關的光物理現象，當屬于物理聲學的研究對象。又如，新材料的聲學性質及其聲學特征刻畫等，也是物理聲學的研究對象。
隨著現代聲學的發展，物理聲學作為聲學之”母“，必將孕育出更多的特色鮮明的學科分支，從而豐富聲學內涵，擴大學科體系。
非線性聲學
聲波是媒質因膨脹壓縮交替而引起的機械擾動。因此擾動，媒質的密度、壓強和溫度等物理量均隨之而變。如果擾動甚微，則聲學量（=物理量的瞬時值 - 無擾動時的值）是小量，聲學量之間呈線性關系，支配聲波運動的方程也是線性的。由此建構的聲學理論，就是線性聲學（Linear Acoustics）。但是，假如這些聲學量的變化幅度非小量，而是有限的，甚至相當大，則聲學量之間不再呈線性關系，支配聲波運動的方程也不再是線性的，據此建構的聲學就是非線性聲學（Nonlinear Acoustics）。
一位樂手正在聲學實驗室測試
流體中支配聲波運動的是三個基本方程：運動方程，連續性方程和狀態方程，它們實際上都是非線性的。以無聲擾動時處于靜態的理想流體為例，聲壓p與流體質質點振動速度v服從如下方程，
其中ρ為瞬時流體質量密度，κs為瞬時媒質體彈性系數，第一個方程集成了物態方程和連續性方程，第二個方程是運動方程。可見，它們皆為非線性方程。所以，聲波本質上是非線性的，聲學的精確理論也應該是非線性聲學。只有當密度變化p和v均是微小量時，ρ和κs可分別用靜態常數值ρ0和κs0取代，方程中的非線性項可以拋棄，從而得到線性化的方程，
在通常的可聽聲強度下，線性聲學足以準確地描述聲波的運動規律。
因此，非線性聲學是關于有限幅度或大幅度聲現象的學問。非線性聲現象普遍存在，如聲共振腔內的駐波聲場，各種爆炸聲，發動機附近的震耳欲聾的聲，等等。按理，非線性聲學應該涵蓋在物理聲學之內。
展開 聲濾波器（一）如何形成360°的全方位聲場覆蓋
在揚聲器振膜前增加一個相位塞，引導聲音從側面發出。
但這種結構在相位塞和振膜之間的空腔會聲模態共振，從而在最終的頻響曲線上造成峰谷。
其中一種思路是在相位塞中挖一個空腔，空腔內部可以填充吸音阻尼材料，并同時在空腔上增加穿孔蓋板。
這種方式相當于增加了一個旁路的赫姆霍茲共鳴腔，等效于一個濾波器。
在南大《聲學基礎》的5.3.2章節有簡單的理論推導。
很容易可以想到，諧振腔體的口徑，深度，內部阻尼材料的特性，穿孔蓋板的開孔比例，孔大小，蓋板的深度等都會對頻響曲線產生較大影響。
要想仿真出上述參數對最終頻響曲線的影響，可以采用集中參數等效電路的方式，或者有限元的方式進行。
有感興趣或者有需求的可以自行嘗試。
下圖是仿真對比不同諧振腔體的口徑對頻響曲線的影響。藍色是無諧振腔體曲線，其余三條分別對應不同口徑的頻響曲線。
實測驗證聲濾波器效果的對比。下圖中黑色曲線是未加聲濾波器前的曲線，紅色是填充低密度玻纖，藍色是填充高密度玻纖。
手機側出音揚聲器其實也可以考慮參考這種思路，以消除空腔造成的聲模態形成的頻響曲線的峰谷。當然同時要考慮結構上尺寸是否允許。
展開 現代聲學與CAE工程仿真
氣泡在超聲作用下的發光現象，是與聲密切相關的光物理現象，當屬于物理聲學的研究對象。又如，新材料的聲學性質及其聲學特征刻畫等，也是物理聲學的研究對象。
隨著現代聲學的發展，物理聲學作為聲學之”母“，必將孕育出更多的特色鮮明的學科分支，從而豐富聲學內涵，擴大學科體系。
非線性聲學
聲波是媒質因膨脹壓縮交替而引起的機械擾動。因此擾動，媒質的密度、壓強和溫度等物理量均隨之而變。如果擾動甚微，則聲學量（=物理量的瞬時值 - 無擾動時的值）是小量，聲學量之間呈線性關系，支配聲波運動的方程也是線性的。由此建構的聲學理論，就是線性聲學（Linear Acoustics）。但是，假如這些聲學量的變化幅度非小量，而是有限的，甚至相當大，則聲學量之間不再呈線性關系，支配聲波運動的方程也不再是線性的，據此建構的聲學就是非線性聲學（Nonlinear Acoustics）。
一位樂手正在聲學實驗室測試
流體中支配聲波運動的是三個基本方程：運動方程，連續性方程和狀態方程，它們實際上都是非線性的。以無聲擾動時處于靜態的理想流體為例，聲壓p與流體質質點振動速度v服從如下方程，
其中ρ為瞬時流體質量密度，κs為瞬時媒質體彈性系數，第一個方程集成了物態方程和連續性方程，第二個方程是運動方程。可見，它們皆為非線性方程。所以，聲波本質上是非線性的，聲學的精確理論也應該是非線性聲學。只有當密度變化p和v均是微小量時，ρ和κs可分別用靜態常數值ρ0和κs0取代，方程中的非線性項可以拋棄，從而得到線性化的方程，
在通常的可聽聲強度下，線性聲學足以準確地描述聲波的運動規律。
因此，非線性聲學是關于有限幅度或大幅度聲現象的學問。非線性聲現象普遍存在，如聲共振腔內的駐波聲場，各種爆炸聲，發動機附近的震耳欲聾的聲，等等。按理，非線性聲學應該涵蓋在物理聲學之內。
展開 
諧振腔吸聲平滑頻響曲線
01
—
聲濾波器
因為目前智能音箱越來越火，產量非常大。很多產品希望形成360°的全方位聲場覆蓋，使得每個方向聽到的聲音是一致的。所以在揚聲器前端增加了反射錐。
這種結構在相位塞和振膜之間的空腔會聲模態共振，從而在最終的頻響曲線上造成峰谷。
其中一種改善的思路是在相位塞中挖一個空腔，空腔內部可以填充吸音阻尼材料，并同時在空腔上增加穿孔蓋板。這種方式相當于增加了一個旁路的赫姆霍茲共鳴腔，等效于一個濾波器。
02
—
實際產品仿真與實測
下面是我開發的一款實際產品仿真與實測，改善前和改善后的結果。
目前帶反射錐的樣品在3kHz附近存在一個非常高的峰。下圖是仿真和實測的對比。峰谷的位置吻合得還不錯。
首先仿真改善前后，大概能將峰降低9dB，谷也會略填平。
實測對比改善前后的頻響曲線。發現確實改善很多。
改善后的仿真實測對比結果。吻合得還不錯。
嘗試用不同的阻尼材料，發現不同阻尼材料對頻響曲線存在一定的影響。
展開 多功能診療一體納米顆粒解決腫瘤富集和快速腎清除“兩難”問題
（2）該納米顆粒具有光聲和磁共振雙模成像功能，且在此指導下，可實現精準的光熱治療。（3）該納米顆粒在DFO作用下，具有動態解組裝能力。注射DFO后，蓄積在肝臟的納米顆粒可發生有效解離，并由腎臟排出，從而改變代謝途徑，大大降低納米顆粒對肝臟造成的潛在危害，有效解決了EPR效應和快速腎清除的“兩難”問題。
圖1. 多功能納米顆粒的構建和體內應用示意圖
這一成果近期發表在《ACS Nano》上，中科院長春應化所徐彩娜副研究員和博士生王艷兵為論文的共同第一作者，陳學思研究員和田華雨研究員為論文的通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金、中組部“萬人計劃”青年拔尖人才項目以及吉林省科技發展計劃項目的資助。
展開 基于comsol的微孔吸聲棉消聲器分析 ￥2800
小孔消聲器的原理是以噴氣噪聲的<a href="https://baike.baidu.com/item/%E9%A2%91%E8%B0%B1" rel="noopener noreferrer" target="_blank">頻譜</a>為依據的，如果保持<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%96%B7%E5%8F%A3" rel="noopener noreferrer" target="_blank">噴口</a>的總面積不變而用很多小噴口來代替，當氣流經過小孔時、噴氣噪聲的頻譜就會移向高頻或超高頻，使頻譜中的可聽聲成分明顯降低，從而減少對人的干擾和傷害。</p><p><strong>微孔板吸聲結構的理論</strong>在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔徑小于等于1.0mm的微孔，穿孔率為1～5%，后部留有一定的厚度（5-20cm）空氣層，該層不填任何吸聲材料 ，這樣即構成了微穿孔板吸聲結構。它是一種低聲質量，高聲阻的共振吸聲結構，其研究表明，表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數和頻帶寬度，主要由微穿孔板的聲質量m和聲阻r來決定，而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關。
展開 基于comsol進行共振薄膜聲學超材料的模態分析
研究背景：
從聲學超材料出現到薄膜型和薄板型聲學超材料局域共振隔聲機理的廣泛研究，其負等效質量和負等效密度特性打破了傳統吸隔聲材料質量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態、相對聲阻抗率有關。對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，探討振型模態與吸聲系數曲線的對應關系。
研究內容：
由吸聲系數理論模型可知，薄膜型結構的吸聲性能與振型模態、相對聲阻抗率有關，對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，探討振型模態與吸聲系數曲線的對應關系。
圖1.薄膜型結構
圖2.無中心質量塊薄膜型結構的固有模態分析
圖3. 含中心質量塊薄膜型結構的固有模態分析
數值模擬：
分別對有無附加質量塊的薄膜型結構進行預應力模態分析，預應力模態仿真選取的聚酰亞胺薄膜彈性模量為 2.35GPa，泊松比為 0.38，選取的結構鋼質量塊彈性模量為 200GPa，泊松比為 0.30。進行COMSOL 預應力模態仿真時，圓形薄膜結構采用膜單元(Membrane)，薄膜中心質量塊結構進行添加質量處理，除邊界條件的設置外，還需在薄膜表面施加初始面應力 200N/m。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖4.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖5.物理場的設置
（3）模態分析
無附加質量塊張緊圓膜結構和附加圓形質量塊薄膜型結構的前6階固有頻率和模態振型仿真結果如圖。可以看出在comsol中利用膜單元對薄膜型結構的固有模態分析結果與原文中對應的十分準確。
圖6. 復現無中心質量塊薄膜型結構的固有模態
圖7.
展開 《設備故障診斷(普通高等教育十五國家級規劃教材)》
269
611軸承轉速n＜1r/min時，軸承的損壞形式269
612軸承轉速n>10r/min時，軸承損傷的主要形式269
62滾動軸承故障的檢測方法272
63滾動軸承故障振動的診斷273
631引起滾動軸承振動的原因和特征頻率273
632滾動軸承缺陷產生的間隔頻率279
633滾動軸承故障振動的診斷方法282
參考文獻299
7無損檢測技術在設備診斷中的應用301
71油樣分析技術在設備診斷中的應用301
711概述301
712油樣的光譜分析技術301
713潤滑油的鐵譜分析技術305
714應用實例310
715應用光譜、鐵譜分析應注意的問題313
72聲發射檢測技術在設備診斷中的應用314
721聲發射檢測的基本原理315
722聲發射信號的表征參數315
723聲發射檢測儀器318
724聲發射檢測的研究及應用領域319
725聲發射檢測實例320
參考文獻326
8現代智能診斷技術的應用327
81故障診斷專家系統327
811專家系統概述327
812診斷知識的表示329
813診斷推理與控制策略332
814診斷知識的獲取342
815診斷專家系統應用實例344
82模糊數學在故障診斷中的應用349
821模糊集合的基本概念349
822隸屬函數349
823模糊診斷矩陣353
824故障診斷的模糊聚類分析355
825模糊理論在汽輪發電機故障診斷中的應用358
83神經網絡在故障診斷中的應用362
831神經網絡的基本組成362
832前饋神經網絡365
833BP神經網絡在旋轉機械故障診斷中的應用366
參考文獻368
展開 申請兌換《設備故障診斷(普通高等教育十五國家級規劃教材)》
269
611軸承轉速n＜1r/min時，軸承的損壞形式269
612軸承轉速n>10r/min時，軸承損傷的主要形式269
62滾動軸承故障的檢測方法272
63滾動軸承故障振動的診斷273
631引起滾動軸承振動的原因和特征頻率273
632滾動軸承缺陷產生的間隔頻率279
633滾動軸承故障振動的診斷方法282
參考文獻299
7無損檢測技術在設備診斷中的應用301
71油樣分析技術在設備診斷中的應用301
711概述301
712油樣的光譜分析技術301
713潤滑油的鐵譜分析技術305
714應用實例310
715應用光譜、鐵譜分析應注意的問題313
72聲發射檢測技術在設備診斷中的應用314
721聲發射檢測的基本原理315
722聲發射信號的表征參數315
723聲發射檢測儀器318
724聲發射檢測的研究及應用領域319
725聲發射檢測實例320
參考文獻326
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81故障診斷專家系統327
811專家系統概述327
812診斷知識的表示329
813診斷推理與控制策略332
814診斷知識的獲取342
815診斷專家系統應用實例344
82模糊數學在故障診斷中的應用349
821模糊集合的基本概念349
822隸屬函數349
823模糊診斷矩陣353
824故障診斷的模糊聚類分析355
825模糊理論在汽輪發電機故障診斷中的應用358
83神經網絡在故障診斷中的應用362
831神經網絡的基本組成362
832前饋神經網絡365
833BP神經網絡在旋轉機械故障診斷中的應用366
參考文獻368
展開 案例分享 | 仿真推動電梯設計
有一個特殊的設計元素與轎廂門底部的一些縫隙相互作用，從而引起共振噪音。
現在我們知道了引起噪聲的原因和來源，我們就可以對氣流進行詳細建模，來進一步了解引起共振呼嘯聲的具體設計特征。在那個階段，可以評估的改進來消除不想要的呼嘯聲。
我們可以集中精力研究來自轎廂外部的其他噪聲源，并根據我們的仿真工作解決各個設計難題。
此后，我們進行了約16個單獨的仿真，確定并處理了7個設計特征，每個特征均有助于降低噪聲。
通過這種迭代方式，仿真可以推動設計向前發展。除了實用地嘗試新的設計想法外，我們還可以更快地評估更多的設計變體，尤其是當我們自動化更多常規仿真時。此外，我們可以與內部開發部門共享創建的仿真模型，來進一步
推動創新。
歸根結底，仿真可以幫助我們推動設計，更快地達到質量目標。
展開 
案例分享 | 仿真推動電梯設計
有一個特殊的設計元素與轎廂門底部的一些縫隙相互作用，從而引起共振噪音。
現在我們知道了引起噪聲的原因和來源，我們就可以對氣流進行詳細建模，來進一步了解引起共振呼嘯聲的具體設計特征。在那個階段，可以評估的改進來消除不想要的呼嘯聲。
我們可以集中精力研究來自轎廂外部的其他噪聲源，并根據我們的仿真工作解決各個設計難題。
此后，我們進行了約16個單獨的仿真，確定并處理了7個設計特征，每個特征均有助于降低噪聲。
通過這種迭代方式，仿真可以推動設計向前發展。除了實用地嘗試新的設計想法外，我們還可以更快地評估更多的設計變體，尤其是當我們自動化更多常規仿真時。此外，我們可以與內部開發部門共享創建的仿真模型，來進一步
推動創新。
歸根結底，仿真可以幫助我們推動設計，更快地達到質量目標。
展開 噪聲與振動控制工程手冊
本手冊從噪聲與振動控制技術的基本理論著手，系統地闡述了隔聲、吸聲、消聲、隔振、阻尼抑振以及最新的有源噪聲振動控制技術與數字技術，匯集了大量的噪聲與振動控制標準規范、測試方法、聲源特性、控制設備、產品材料以及工程實例等，是一部具有科學性、綜合性、新穎性、實用性、權威性的大型工具書，也是作者們幾十年來在此領域工作實踐的成果匯編，體現了當前國內噪聲與振動控制技術水平，能滿足各類噪聲與振動控制設計計算
前言
第一篇 基礎知識
第一章 術語
第二章 單位. 級
第三章 常用符號和常數
第四章 聲波的物理性質
第五章 聲波在大氣中的傳播
第六章 管道中的聲波
第七章 房間內的聲波
第八章 聽覺心理和語言清晰度
第九章 聲學試驗室及設備
第十章 噪聲控制中的數字技術
第二篇 噪聲源
第一章 概述及簡單聲源
第二章 機械噪聲源
第三章 空氣動力性噪聲
第四章 交通運輸工具噪聲
第五章 社會活動噪聲源
第三篇 標準規劃篇
第一章 標準目錄
第二章 標準限值及適用范圍
第四篇 測量
第一章 噪聲和振動測量概述
第二章 噪聲測量儀器
第三章 振動測量儀器
第四章 噪聲測量方法
第五篇 隔聲
第一章 空氣聲隔聲
第六篇 吸聲
第一章 吸聲材料
第二章 多孔吸聲材料
第三章 共振吸聲結構
第四章 吸聲降噪
附錄
第七篇 消聲篇
第一章 消聲器的分類.
展開 《噪聲與振動控制工程手冊》
本手冊從噪聲與振動控制技術的基本理論著手，系統地闡述了隔聲、吸聲、消聲、隔振、阻尼抑振以及最新的有源噪聲振動控制技術與數字技術，匯集了大量的噪聲與振動控制標準規范、測試方法、聲源特性、控制設備、產品材料以及工程實例等，是一部具有科學性、綜合性、新穎性、實用性、權威性的大型工具書，也是作者們幾十年來在此領域工作實踐的成果匯編，體現了當前國內噪聲與振動控制技術水平，能滿足各類噪聲與振動控制設計計算
前言
第一篇 基礎知識
第一章 術語
第二章 單位. 級
第三章 常用符號和常數
第四章 聲波的物理性質
第五章 聲波在大氣中的傳播
第六章 管道中的聲波
第七章 房間內的聲波
第八章 聽覺心理和語言清晰度
第九章 聲學試驗室及設備
第十章 噪聲控制中的數字技術
第二篇 噪聲源
第一章 概述及簡單聲源
第二章 機械噪聲源
第三章 空氣動力性噪聲
第四章 交通運輸工具噪聲
第五章 社會活動噪聲源
第三篇 標準規劃篇
第一章 標準目錄
第二章 標準限值及適用范圍
第四篇 測量
第一章 噪聲和振動測量概述
第二章 噪聲測量儀器
第三章 振動測量儀器
第四章 噪聲測量方法
第五篇 隔聲
第一章 空氣聲隔聲
第六篇 吸聲
第一章 吸聲材料
第二章 多孔吸聲材料
第三章 共振吸聲結構
第四章 吸聲降噪
附錄
第七篇 消聲篇
第一章 消聲器的分類.
展開 某純電動車開空調車內振動噪聲分析與優化
摘要：某純電動車電動壓縮機工作在3000r/min 附近時車內出現明顯轟鳴聲及方向盤共振問題。對壓縮機進行定轉速掃頻測試，并對傳遞路徑進行模態分析，發現該問題主要原因是壓縮機一階振動與動力總成剛體模態共振，通過方向盤模態及整車聲腔模態進一步耦合放大導致。通過在傳遞路徑壓縮機支架上增加橡膠襯套降低壓縮機一階激勵后，開空調車內駕駛員右耳噪聲下降8.7dBA，方向盤振動總值降低3.36m/s2；同步實施壓縮機控制策略優化方案后，主觀評價該問題得到有效控制。
近年來，隨著《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》的正式發布，在國內汽車市場，純電動汽車占有率得以快速提升。由于純電動汽車相比于燃油車缺少了發動機噪聲的掩蔽，乘員艙的NVH相關問題變得更加突出，因此也越來越受到重視。在怠速開空調工況，壓縮機作為車內振動噪聲的主要激勵源之一，該工況下NVH性能的好壞將很大程度決定車輛乘坐的舒適性。關于傳統的空調壓縮機振動噪聲控制方面，行業內已有較多文獻進行研究。而對于電動壓縮機引起的車內振動噪聲問題，可參考文獻還較少。本文針對某純電動車型開空調壓縮機轉速3000r/min附近車內振動噪聲問題進行研究，通過對壓縮機采用定轉速掃頻測試和模態測試等方法，發現了問題的主要原因。對壓縮機支架實施隔振優化并結合壓縮機控制策略優化后，解決了該純電動車開空調車內振動噪聲問題。該問題的解決方案可為電動壓縮機導致的NVH問題提供參考思路。
1 問題描述
在對某純電動車樣車進行空調系統NVH性能主觀評價時，發現怠速開空調后，壓縮機轉速在快速上升過程中，車內出現明顯振動噪聲問題。表現為壓縮機首次開啟后方向盤振動極大，車內駕駛員右耳處轟鳴聲明顯。壓縮機工作一段時間后，車內噪聲和振動又會穩定維持到較低水平。
展開 