一种线源等效的不规则面声源几何发散计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及面声源声音排放和平面几何技术领域，更具体地，涉及一种线源等效 的不规则面声源几何发散计算方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着人们环境意识的增加，城市声环境质量成为人们越发关注的问题。声 源的振动形成声波并向外传播，声源的简化、特性和声场在空间的分布随着声源类型的不 同而有很大的差异，因此，不同类型声源声音在几何空间中的发散规律是学者们在研宄和 工程上都必须要面对的问题。实际生活中声源的形状复杂多样，很难通过严格的控制按照 数学方法对复杂边界声源的声场进行精确的计算，因此，在实际工程应用中，通常根据声源 的形状、接收点和声源的相对位置以及声音本身的特性对声源进行简化。
[0003] 对于面声源的声衰减计算，在HJ2. 4-2009《环境影响评价技术导则声环境》中，对 尺寸为aXb长方形（b>a)的面声源声衰减计算做出了规定，但导则的面声源形状局限于 矩形，适用性较差。其他面声源声几何发散方法包括了重心替代法、网格化点源替代法和面 源单元积分法等。在重心替代法中，面声源用位于面源几何重心的点声源替代，这种方法虽 然极大简化了计算过程，但计算结果过于粗糙，不能适用于接收点距离面声源较近的情况。 对于网格化点源替代法，则是把面声源网格化，用一系列位于网格中心的点声源阵列来代 替面声源，这种方法适用于声强分布平均的复杂形状的面声源声发散计算，但当面声源各 部分声辐射功率差异较大时计算出现较大模拟误差，且该方法的声源处理和声发散计算复 杂。而面源单元积分法则通过精确积分法、数值积分法或有限分割法等竖直方法进行求解， 这类方法以任意点为研宄对象，通过单元积分的形式得到面源的辐射情况，方法需要大量 的计算，而且在遇到不规则形状的面声源时，需要结合普适性公式等近似方法来克服精确 解无法求得的情况。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种计算精度高、处理方法简 单的一种线源等效的不规则面声源几何发散计算方法，用于不规则几何边界的面声源对接 收点的声能贡献计算。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种线源等效的不规则面声源几何发散计算方法，包含以下步骤：
[0007] (a)获取面声源强度、面声源面积、面声源轮廓线周长及面声源总功率等参数，基 于声源总功率相等原则，将面声源总功率分配到面声源的边界轮廓线上；
[0008] (b)根据面声源的几何形状，对面声源的边界轮廓线进行离散化，得到若干直线段 轮廓线，并将每条直线段轮廓线均视为有限长线声源；
[0009] (C)获取接收点和声源之间的环境参数，所述环境参数包括：单位面声源强度、单 位等效线声源强度、面声源的面积、面声源轮廓线的周长、线声源的两个端点、接收点到线 声源两端点的夹角、接收点到线声源的垂直距离、离散后线声源的个数和线声源的长度； [0010] (d)基于获取的环境参数和声功率积分方法，计算每一条线声源在接收点处的声 音辐射能量（声能贡献）；
[0011] (e)通过每一条线声源在接收点处的声音辐射能量（声能贡献）叠加计算得到接 收点处的面声源对接收点的声音辐射能量（声能贡献）。
[0012] 优选地，所述面声源对接收点的声音辐射能量等价于面声源各个轮廓线对该接收 点的声音辐射能量之和。
[0013] 优选地，所述声源总功率相等的原则，可表示为面源总声功率等于各轮廓线声功 率总和，具体为：1=1 XQ ,式中，strength#示单位面声源强度， Strength表示单位等效线声源强度，AA表示面声源的面积，Cl表示面声源轮廓线的周长。
[0014] 优选地，所述步骤（a)中，将面声源总功率分配到面声源的边界轮廓线上，单位等 效线声源强度具体为
式中，示单位面声源强度， Strength表示单位等效线声源强度，AA表示面声源的面积，Cl表示面声源轮廓线的周长。
[0015] 优选地，所述步骤（b)中，面声源的边界轮廓线，包括直线段线和弧形线，具体离 散化过程为：对于直线段线，直接形成对应的直线段线声源；对于弧形线，形成能够用于计 算的多条有限长直线段线声源。
[0016] 优选地，所述步骤（d)中，计算每一条线声源对接收点的声音辐射能量值具体为： K= 101g(I J，式中，k为一条线声源对接收点的声音辐射能量值，U为此条线声源对接收 点的声功率贡献量。
[0017] 优选地，所述此条线声源对接收点的声功率贡献量，采用声功率积分的方法进行 计算，具体为
式中，L为此条线声源对接收点的声功率 贡献量，Xl、&分别表示线声源的两个端点，I !￡表示任意单位线源对接收点的声功率贡献， Strengthlj表示单位等效线声源强度，Θ为接收点到线源两端点的夹角，d为接收点到线声 源的垂直距离。
[0018] 优选地，所述任意单位线源对接收点的声功率贡献，具体为：
式中，I x表示任意单位线源对接收点的噪声声功率贡献， Strengthlj表示单位等效线声源强度，X表示线声源的长度，d为接收点到线声源的垂直距 离。
[0019] 优选地，所述步骤（e)中，面声源对接收点的声音辐射能量，通过各轮廓线对接收 点的声能叠加得到，具体为：
，式中，La表示面声源 对接收点的声音福射能量，Lu为第i个线声源对接收点的声能贡献值，Strength !^表示单位 等效线声源强度，η表示离散后线声源的个数，Θ i为接收点到第i个线源两端点的夹角，d i 为接收点到第i个线声源的垂直距离。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0021] 本方法从考虑面声源几何形状和面积出发，通过对面声源声能辐射的等效替代， 把面声源声能计算转化为易操作且有成熟计算方法的有限长线声源计算。本方法能够应用 于不规则形状面声源声音几何发散计算，有效的解决了工程应用中不规则面声源声音几何 发散计算精度低、处理复杂和适用性差等问题，其具体表现为：
[0022] (1)考虑面声源几何形状的计算方法更加精确合理。相对于重心替代法，本发明充 分考虑了面声源的几何形状，而不是简单的用面声源质心作点声源替代，能够精确的计算 复杂边界对面声源声能发散的影响，更贴合实际情况，计算精度更高；
[0023] (2)本发明在计算面声源几何发散过程中，只需要对面声源的几何边界进行离散 化，离散的单元即直线段边界单元，而不需要对面声源进行网格化分割，对源强的处理简 单，能大大提高面声源声发散计算的效率。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明流程不意图。
[0025] 图2是本发明中面源离散化示意图。
[0026] 图3是本发明中等效线声源和接收点示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所 描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0028] 如图1所示，本发明提供一种线源等效的不规则面声源几何发散计算方法。通过 以下步骤实现：
[0029] S100.获取面声源强度、面声源面积、面声源轮廓线周长及面声源总功率参数，基 于声源总功率相等原则，将面声源总功率分配到面声源的边界轮廓线上；
[0030] S110.根据面声源的几何形状，对面声源的边界轮廓线进行离散化，得到若干直线 段轮廓线，并将每条直线段轮廓线均视为有限长线声源；
[0031] 面声源的边界轮廓，可以包括直线段和弧形，具体离散化过程为：对于直线段边 界，直接形成对应的直线段线声源；对于弧形边界，形成可供现实计算的多条有限长直线段 线声源来代替；
[0032] S120.获取接收点和声源之间的环境参数，所述环境参数包括：单位面声源强度、 单位等效线声源强度、面声源的面积、面声源轮廓线的周长、线声源的两个端点、接收点到 线源两端点的夹角、接收点到线声源的垂直距离、离散后线声源的个数和线声源的长度；
[0033] S130.根据线声源的长度、接收点到线源两端点的夹角等参数，基于声功率积分方 法，计算每一条线声源在接收点处的声音辐射能量（声能贡献）；
[0034] 根据线声源对接收点的声功率贡献计算任意线声源对接收点的声音辐射能量 (声能贡献）。
[0035] 根据线声源的两个端点区间、贡献任意单位线源对接收点的声功率、单位等效线 声源强度、接收点到线源两端点的夹角和接收点到线声源的垂直距离等参数，应用声功率 积分的方法，计算单个线声源对接收点的声功率贡献量。
[0036] 根据线声源的长度、单位等效线声源强度和接收点到线声源的垂直距离等参数， 计算任意单位线源对接收点的声功率贡献。
[0037] S140.通过每一条线声源在接收点处的