通过混凝土墙建模声音传输损失

隔离是建筑物质量的重要组成部分。听到邻居因“薄薄”墙壁而导致的活动是公寓和宿舍居民的常见抱怨，居住在高速公路或机场附近的居民不想听到汽车或空中交通的常规声音。因此，在建造建筑物时，通过建筑物组件计算声音传输损失是一项重要任务。

什么是声音传输损失？

通过建筑物组件的声音传输损失（STL）是结构上总入射力之间的对数比（p_在）相对于总发射功率（p_tr）：

为了直接或间接测量事件和传输功率，有几种设计的STL测量和方法标准。通常，使用所谓的两室方法。该方法具有两种常见的配置：

1. 源侧和接收器侧的混响室（混响 - 依赖）
2. 源侧的混响室和接收器侧的一个呼吸室（Reverberant-Anechoic）

这些设置中面临的挑战之一是房间显然会影响声学领域。在低频率下，低于Schroeder频率，房间的模态行为很重要，因此无法生成一个分散场。实现完美的分散场很困难，因此经常在设置中进行几次更改，并将结果平均。

两个两室方法配置的图。

设置一个计算高效的模型

在STL模拟中对源和接收室进行建模非常昂贵。相反，这里讨论的模型做出了某些假设。首先，测试样品的源侧（混凝土壁）包括一个理想的弥漫性场，接收器侧包括理想的消声终止。根据模型中使用的方法，您可以提取一个理想的，独立于实验的STL。其次，假定测试样品对源侧的声场几乎没有影响。无论如何，对于具有低声吸收特性的相对僵硬的结构是正确的，通常对于具有较高STL的结构（在此模型中，它高于40 dB）。

下面描述的模型设置由源侧的理想弥漫性场和接收器侧的消除端子组成。在源侧，未对场（及其反射）进行建模，而是简单地用作结构上的负载。扩散场定义为具有随机方向的平面波和随机相（此处使用100个），以及相应的反射波。由于反射，该模型需要捕获墙上的压力积聚。不同的随机种子用于所有随机函数。在接收器侧，用完美匹配的层（PML）截断的空气域用作消除端子。扩散场的统计性质表明该模型应使用不同的随机种子进行几次运行。这在较高的频率下尤其重要。最后一步是当前模型的扩展，该模型留给了建模者。但是，该步骤在模型中显示通过窗户的声音传输损失。在结果中，使用几个随机种子运行混凝土壁模型后的结果如下所示。

左：3D模型几何形状。右：型号设置（XY视图），左侧显示的源侧有一个随机的声场，右侧的接收器侧的Anechoic终止。

STL模拟的结果

通过混凝土墙的声音传输损失（STL）被描述为下图中频率的函数。在图中，蓝色曲线是仿真的结果（一个给定的弥漫性场设置）。蓝曲线是由使用的确定性方法（有限的波数之和）来建模弥散场的结果。像物理测试一样，扩散场的微小变化可能会改变结果（蓝色曲线）。绿色条代表八度波段平均值。红色曲线代表了类似结构的典型测量结果。

蓝色模拟曲线显示了STL预测的典型特征。两次浸入100 Hz至200 Hz之间是结构的前两种机械模式（F₁₁= 113 Hz和F₁₂= 170 Hz）。在这些频率下，STL较低，声音绝缘很差。在机械共振的下方，STL是刚度控制的，并且很大程度上取决于应用于测试结构的边界条件。在共鸣之上，曲线遵循所谓的大规模定律，STL每八度增加6 dB。

计算的STL（蓝色），八度和平均（绿色）和典型的测量数据（红色）。

在下一个图像中，教程模型已使用15个随机种子用于漫射场（虚线曲线）。15次运行的平均值以蓝色显示，红色曲线再次显示典型的测量结果。如上所述，此处显示的结果代表了现有教程模型的扩展。该曲线将更接近测量结果。

该图显示了以15种不同的随机载荷组合进行较好的频率扫描的结果。出现模式的大倾角在不同的负载案例中显示出STL的一致值，而其他频率则显示一些分散。

一些结果显示了100 Hz，250 Hz，500 Hz和1000 Hz的事件和传输强度（在壁表面上的分布）如下所示。首先，入射强度分布。

在混凝土壁表面评估的入射强度。

在这里，我们可以看到传播强度：

在混凝土壁表面评估的传输强度。

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