本發(fā)明屬于復(fù)合吸聲吊頂，具體而言，涉及一種適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
1、航站樓作為大型公共交通樞紐，其聲學(xué)環(huán)境復(fù)雜且噪聲頻譜范圍廣泛。傳統(tǒng)的航站樓吸聲吊頂主要采用單一材料結(jié)構(gòu)，如穿孔石膏板、礦棉板或玻璃纖維等配合簡單的背襯材料，通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的穿孔率和厚度實(shí)現(xiàn)聲波吸收。這類吸聲系統(tǒng)在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，安裝便捷，并在特定頻段內(nèi)具有一定的吸聲效果。
2、然而，航站樓環(huán)境中存在多種噪聲源，包括人群嘈雜聲、行李車聲、廣播系統(tǒng)聲、空調(diào)設(shè)備聲以及航空器噪聲等，這些噪聲在頻率特性上差異顯著，覆蓋了低、中、高頻的廣泛頻譜范圍。傳統(tǒng)吸聲吊頂由于結(jié)構(gòu)單一，其吸聲機(jī)制往往針對(duì)特定頻段優(yōu)化，難以同時(shí)滿足多頻段噪聲的吸聲需求。例如，厚重多孔材料對(duì)低頻吸聲效果好但高頻表現(xiàn)欠佳，而薄型穿孔板則在高頻具有優(yōu)勢但低頻吸聲不足。
3、目前，航站樓吸聲吊頂?shù)脑O(shè)計(jì)主要依靠簡化的聲學(xué)模型和設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)，缺乏對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在多頻段噪聲環(huán)境下吸聲機(jī)理的深入研究和系統(tǒng)優(yōu)化方法。特別是當(dāng)涉及通孔陶瓷與微孔鋁板等復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，材料參數(shù)與不同頻段吸聲性能間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以準(zhǔn)確預(yù)測和優(yōu)化這種關(guān)系，導(dǎo)致在面對(duì)航站樓復(fù)雜噪聲環(huán)境時(shí)無法實(shí)現(xiàn)全頻段的最優(yōu)吸聲效果。也就是說現(xiàn)有技術(shù)中存在航站樓復(fù)合吸聲吊頂難以在多頻段噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)吸聲效果的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在航站樓復(fù)合吸聲吊頂難以在多頻段噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)吸聲效果的技術(shù)問題。
2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供一種適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法包括：建立基于航站樓聲學(xué)環(huán)境特性的吸聲數(shù)學(xué)模型并計(jì)算得出最優(yōu)吸聲效果所需材料參數(shù)范圍；對(duì)材料參數(shù)范圍進(jìn)行聚類分析，采用k均值聚類算法將材料參數(shù)范圍劃分為多個(gè)材料參數(shù)區(qū)域，提取各材料參數(shù)區(qū)域的聚類中心點(diǎn)參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)樣本制作依據(jù)；按照聚類中心點(diǎn)參數(shù)制作實(shí)驗(yàn)用復(fù)合吸聲吊頂樣板；建立航站樓吊頂吸聲性能測試實(shí)驗(yàn)，測量各復(fù)合吸聲吊頂樣板的聲波反射率、微振動(dòng)頻譜及聲能衰減曲線；將實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)整理為吸聲向量矩陣，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集；設(shè)計(jì)五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并訓(xùn)練得到吸聲參數(shù)效果模型；利用吸聲參數(shù)效果模型，對(duì)材料參數(shù)范圍進(jìn)行增擴(kuò)采樣，生成多組材料參數(shù)組合及其預(yù)測吸聲性能，篩選出綜合吸聲系數(shù)高且制造成本低的最優(yōu)材料參數(shù)組合；根據(jù)篩選得出的最優(yōu)材料參數(shù)組合，進(jìn)行復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)。
3、其中，建立基于航站樓聲學(xué)環(huán)境特性的吸聲數(shù)學(xué)模型是采用波動(dòng)方程與聲阻抗理論分析各頻率聲波在復(fù)合材料中的傳播機(jī)制，構(gòu)建通孔陶瓷與微孔鋁板組合結(jié)構(gòu)吸聲參數(shù)計(jì)算公式。
4、其中，波動(dòng)方程與聲阻抗理論指聲波在多孔材料中傳播時(shí)遵循的數(shù)學(xué)方程，包括亥姆霍茲方程及特性阻抗計(jì)算公式，用于描述聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性與邊界條件。
5、其中，材料參數(shù)范圍包括通孔陶瓷厚度為5至15毫米、微孔鋁板厚度為1至3毫米、微孔鋁板的孔直徑為0.2至2毫米、微孔鋁板的孔間距為3至20毫米和微孔鋁板的穿孔率為5％至15％及背襯材料密度為30至80千克每立方米。
6、其中，聚類中心點(diǎn)參數(shù)包括通孔陶瓷厚度、微孔鋁板厚度、微孔鋁板的孔直徑、微孔鋁板的孔間距、微孔鋁板的穿孔率及背襯材料密度。
7、其中，航站樓吊頂吸聲性能測試實(shí)驗(yàn)采集航站樓內(nèi)20個(gè)頻段典型的噪聲作為測試聲源。
8、其中，微振動(dòng)頻譜指吸聲材料在受到聲波沖擊時(shí)產(chǎn)生的微小振動(dòng)頻率分布曲線，通過加速度傳感器測量并經(jīng)過傅里葉變換得到，用于評(píng)估材料對(duì)不同頻率聲波的吸收與共振特性。
9、其中，聲能衰減曲線指聲波能量在穿過吸聲材料后隨時(shí)間或距離的衰減規(guī)律，通過在材料前后放置聲強(qiáng)計(jì)測量并計(jì)算得出。
10、其中，每一聚類中心點(diǎn)參數(shù)對(duì)應(yīng)一組八維的吸聲向量，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集，輸入為聚類中心點(diǎn)參數(shù)，輸出為對(duì)應(yīng)的吸聲向量矩陣；其中吸聲向量用于全面描述材料在不同方面的吸聲性能特征，每個(gè)吸聲向量包含八個(gè)維度的數(shù)據(jù)；吸聲向量矩陣是由多個(gè)吸聲向量組成的二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每行代表一組材料參數(shù)組合下的吸聲向量，每列代表不同材料組合在同一吸聲性能指標(biāo)上的表現(xiàn)。
11、其中，所述五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為采用了注意力機(jī)制的全連接結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)輸入層、三個(gè)隱藏層和一個(gè)輸出層，以及在第二隱藏層和第三隱藏層之間增加的一個(gè)離群點(diǎn)增大函數(shù)，離群點(diǎn)增大函數(shù)用于強(qiáng)化對(duì)極端吸聲性能參數(shù)組合的敏感度識(shí)別。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，本發(fā)明提出了一種基于波動(dòng)方程、聲阻抗理論和機(jī)器學(xué)習(xí)的復(fù)合吸聲吊頂生產(chǎn)方法，通過系統(tǒng)建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航站樓多頻段噪聲環(huán)境下吸聲效果的精準(zhǔn)優(yōu)化。
13、相比傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明首先建立了基于聲波物理傳播機(jī)制的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)描述了聲波在通孔陶瓷與微孔鋁板組合結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律，克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的局限性。特別是引入了五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，配合注意力機(jī)制和離群點(diǎn)增大函數(shù)，使模型能夠捕捉材料參數(shù)與吸聲性能間的非線性關(guān)系，尤其增強(qiáng)了對(duì)不同頻段吸聲特性的自動(dòng)權(quán)重分配能力和對(duì)臨界參數(shù)區(qū)域吸聲性能的預(yù)測精度。
14、通過本發(fā)明的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航站樓復(fù)雜聲學(xué)環(huán)境下全頻段吸聲效果的系統(tǒng)優(yōu)化，使生產(chǎn)的復(fù)合吸聲吊頂能夠針對(duì)航站樓中的低、中、高頻噪聲同時(shí)提供優(yōu)異的吸聲性能。該方法突破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在多頻段吸聲優(yōu)化上的瓶頸，解決了航站樓復(fù)合吸聲吊頂難以在多頻段噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)吸聲效果的技術(shù)問題，顯著改善了航站樓的聲學(xué)環(huán)境品質(zhì)。
1.一種適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，包括：建立基于航站樓聲學(xué)環(huán)境特性的吸聲數(shù)學(xué)模型并計(jì)算得出最優(yōu)吸聲效果所需材料參數(shù)范圍；對(duì)材料參數(shù)范圍進(jìn)行聚類分析，采用k均值聚類算法將材料參數(shù)范圍劃分為多個(gè)材料參數(shù)區(qū)域，提取各材料參數(shù)區(qū)域的聚類中心點(diǎn)參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)樣本制作依據(jù)；按照聚類中心點(diǎn)參數(shù)制作實(shí)驗(yàn)用復(fù)合吸聲吊頂樣板；建立航站樓吊頂吸聲性能測試實(shí)驗(yàn)，測量各復(fù)合吸聲吊頂樣板的聲波反射率、微振動(dòng)頻譜及聲能衰減曲線；將實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)整理為吸聲向量矩陣，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集；設(shè)計(jì)五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并訓(xùn)練得到吸聲參數(shù)效果模型；利用吸聲參數(shù)效果模型，對(duì)材料參數(shù)范圍進(jìn)行增擴(kuò)采樣，生成多組材料參數(shù)組合及其預(yù)測吸聲性能，篩選出綜合吸聲系數(shù)高且制造成本低的最優(yōu)材料參數(shù)組合；根據(jù)篩選得出的最優(yōu)材料參數(shù)組合，進(jìn)行復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，建立基于航站樓聲學(xué)環(huán)境特性的吸聲數(shù)學(xué)模型是采用波動(dòng)方程與聲阻抗理論分析各頻率聲波在復(fù)合材料中的傳播機(jī)制，構(gòu)建通孔陶瓷與微孔鋁板組合結(jié)構(gòu)吸聲參數(shù)計(jì)算公式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，波動(dòng)方程與聲阻抗理論指聲波在多孔材料中傳播時(shí)遵循的數(shù)學(xué)方程，包括亥姆霍茲方程及特性阻抗計(jì)算公式，用于描述聲波在不同介質(zhì)中的傳播特性與邊界條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，材料參數(shù)范圍包括通孔陶瓷厚度為5至15毫米、微孔鋁板厚度為1至3毫米、微孔鋁板的孔直徑為0.2至2毫米、微孔鋁板的孔間距為3至20毫米和微孔鋁板的穿孔率為5％至15％及背襯材料密度為30至80千克每立方米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，聚類中心點(diǎn)參數(shù)包括通孔陶瓷厚度、微孔鋁板厚度、微孔鋁板的孔直徑、微孔鋁板的孔間距、微孔鋁板的穿孔率及背襯材料密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，航站樓吊頂吸聲性能測試實(shí)驗(yàn)采集航站樓內(nèi)20個(gè)頻段典型的噪聲作為測試聲源。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，微振動(dòng)頻譜指吸聲材料在受到聲波沖擊時(shí)產(chǎn)生的微小振動(dòng)頻率分布曲線，通過加速度傳感器測量并經(jīng)過傅里葉變換得到，用于評(píng)估材料對(duì)不同頻率聲波的吸收與共振特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，聲能衰減曲線指聲波能量在穿過吸聲材料后隨時(shí)間或距離的衰減規(guī)律，通過在材料前后放置聲強(qiáng)計(jì)測量并計(jì)算得出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，每一聚類中心點(diǎn)參數(shù)對(duì)應(yīng)一組八維的吸聲向量，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練集，輸入為聚類中心點(diǎn)參數(shù)，輸出為對(duì)應(yīng)的吸聲向量矩陣；其中吸聲向量用于全面描述材料在不同方面的吸聲性能特征，每個(gè)吸聲向量包含八個(gè)維度的數(shù)據(jù)；吸聲向量矩陣是由多個(gè)吸聲向量組成的二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每行代表一組材料參數(shù)組合下的吸聲向量，每列代表不同材料組合在同一吸聲性能指標(biāo)上的表現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于航站樓的復(fù)合吸聲吊頂?shù)纳a(chǎn)方法，其特征在于，所述五層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為采用了注意力機(jī)制的全連接結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)輸入層、三個(gè)隱藏層和一個(gè)輸出層，以及在第二隱藏層和第三隱藏層之間增加的一個(gè)離群點(diǎn)增大函數(shù)，離群點(diǎn)增大函數(shù)用于強(qiáng)化對(duì)極端吸聲性能參數(shù)組合的敏感度識(shí)別。