Page 178 - 《应用声学》2023年第3期

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f 2 target = 450 Hz，基于 DL 的 20 次设计的平均耗时 DL
120
为4.4 s，基于 GA的20次设计的平均耗时为55.3 s。 GA
100
从上述 3 个对比实验的最终计算结果中各选取了一
80
组 THR 单元，并基于传输矩阵法 (Transfer matrix ௑ᫎ/s
method, TMM) 计算了结构对应的 STL 谱线，如 60
图 4 所示。可以看到，通过这两种方式设计得到的 40
THR单元在性能方面并无明显的差异，都与预期目 20
标吻合得很好。因此，与传统的优化类算法相比，所 0
150, 250 250, 400 300, 450
提出的基于 DL 的设计方法具有更高的计算效率，
С૝ᮠဋ/Hz
模型一旦训练完成，可以在很短的时间内设计出满
足需求的 THR 单元，这为实现低频宽带隔声装置 图 3 DL 与 GA 的设计效率对比
Fig. 3 Comparison of the computational efficiency
的设计提供了很大的便利。
of DL and GA

25
30 DL 25 DL DL
GA GA GA
25 20 20
STL/dB 20 STL/dB 15 STL/dB 15
15
10
10 10
5 5 5
0 0 0
100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) f target =150 Hzđf target =250 Hz (b) f target =250 Hzđf target =400 Hz (a) f target =300 Hzđf target =450 Hz
     
图 4 针对 3 个不同的优化目标的优化结果对比
Fig. 4 Comparison of the optimization results for three different optimization objectives

2.3 基于DL的低频宽带隔声装置的设计方法 代表第 i个THR单元的 STL谱线，蓝色实线则为前
i 个单元组合后的组合结构的 STL 谱线。不断重复
这里基于 DL 模型提出了一种用于低频宽带隔
上述过程，直至低频区和高频区所有频点的 STL 均
声的组合结构的设计方法，设计过程如图 5 所示。
大于T。
将有隔声需求的频带区域划分为低频区和高频区，
由于低频区域的一阶共振峰往往较为尖锐，高
同时确定一个隔声指标 T。在设计过程中，需要依
度也较低，在设计过程中低频部分的设计进度往往
次对每个 THR 单元的几何参数进行设计，最终目
是落后于高频部分的，可能会出现高频区的所有频
标是利用所有 THR 单元的一阶共振峰使低频区的
点的隔声量都达标了，但是低频区仍有频点隔声量
STL 均大于 T，同时利用 THR 单元的二阶共振峰
不达标。为了避免这种情况的发生，可以在划分低
使高频区的STL均大于T。在对第i个THR单元进
频区时适当增大高频区的带宽，减少低频区的带宽；
行设计时，首先需要基于前 i − 1 个 THR 单元所组
此外，在制定打分标准时也可以对低频区域和高频
成的组合结构的 STL 频谱分别找到低频区和高频 区域分开进行打分，并赋予低频部分更高的权重，使
区 STL 小于 T 的最低的频点 (分别记作 f 10 和 f 20 )， 得在挑选结构时优先考虑该结构对低频区隔声量
然后基于 DL 模型生成 N 个共振频率分别在 f 10 和 的提升效果。
f 20 附近的结构。考虑到单元间的耦合效应，需要将 基于上述方法，设计了如图 6 所示的宽频隔声
这 N 个结构分别与前 i − 1 个 THR 单元进行组合， 装置，共包含了 9 个 THR 单元，每个单元的间隔为
计算组合结构的 STL，并以此来筛选出最优的结构 20 cm。考虑到基于 FEM 对组合结构进行计算时，
作为第i个THR单元。图5 每幅子图中的黄色虚线 随着单元个数的增加计算成本会越来越高，因此，为