Ｉ ．学 熏 ………………．………… 用统计方法分析微穿孔板吸声结构的声学特性 湖￣ｔｓ－．］ｋ大学熊洁 【摘要】微穿孔板的发展已接近半个世纪。基于穿孔板吸声结构的基础，微穿孔板结构简化了穿孔板后的多孔材料，同时达到了提高本身吸声特性的目的。组成微穿孔扳 的主要元素就是微管和空腔。通过分析微管和空腔的声阻抗率，近似计算出微穿孔板的吸声系数与吸声频带宽度，并讨论微穿孔板结构模型的来源。根据微穿孔板结构模 型，分别计算不同的参数组合对吸声系数及频带宽度的影响。 【关键词】微管；空腔；微穿孔板；声学 １，引言 所以后腔的声阻抗可以简化为： 一微穿孔板吸声结构是在普通穿孔板结构的 。 ｆ—ＰｏＣｏ ｃｏｔｆ丝１ ｃ 基础上发展起来的，微穿孔板结构是把穿孔直 径减小到１ｍｍ一下，利用穿孔本身的声阻达到 ２．３微穿孔板模型 控制吸声结构相对身阻抗的目的。近年来，微 根据马大猷的微穿孔板模型，微穿孔板及 穿孔板的发展主要集中在组合微穿孔板结构的 其阻抗类比电路如下图所示，穿孔板的声阻抗 实验验证，但对微穿孔板结构基础理论并没有 率为，＋ ，后腔一ｊｐｏＣｏＣＯｔｉ ｌ，根据戴维尼 深入。本文主要是总结了微穿孔板的基础理论 的推导过程，并采用统计方法分析微穿孔板参 定律，等效声源是开路的声压２ｐ，和内阻抗 Ｃｏ。 数穿孔直径ｄ，板厚ｔ，穿孔率Ｐ以及空腔厚度 Ｐｏ分别对微穿孔板的影响。最后统计出微穿孔板 满足要求的参数组合。 ２．微穿孔板结构模型 ２．１微穿孔板中微管的近似声阻抗率 根据声波在微管中的运动波动方程，若短 管两端的声压差为△Ｐ，则： ０ 童■■矗Ｈ） 图２非金属板的吸声系数图 ｉ■一ＩｌＯｌ４ｍ■■瞳 。 一 ， Ｏｒ （ｒ ）＝一 （１） ａｔ式子中 为空气密度约１．２Ｋｇ／ｍ３， 为空腔 图１单层微穿孔板结构声电类比图 的粘滞系数在１５＂Ｃ时约等于１．８Ｘ １０一ｋｇ／ｓｍ，ｕ 吸声系数在电路中即为消耗的能量与最大 为空气沿轴向的质点速度，ｔ为管长。 能量之比，当正向入射时，吸声系数等于： 求得短管的声阻抗率： ４ｒ （９） ＝ ３．微穿孔板实例验证 根据马大猷院士的微穿孔板吸声理论， 近似化简为： 微穿孔板的主要结构参数就是空腔深度Ｄ，板 ｆ １ 厚ｔ，穿孔直径ｄ以及穿孔率Ｐ。建立以上的微 穿孔板传统模型对主要参数进行分析。运用 Ｍａｔｌａｂ设置参数的遍历范围，根据金属微穿孔 板定义，穿孔直径ｄ＜ｉｍｍ，穿孔率ｐ＜３％，同时 其中，ｋ：ｄ 。 板厚ｔ应远小于声波波长，以减小微管模型问 考虑管Ｅｌ辐射的影响，当声波波长远大于 的相互干扰，提高模型精度。考虑到微穿孔板 管径时，管口辐射对管口声阻抗的影响近似可 要求的吸声频率范围，空腔深度应不大于声波 以看成是在管口加长了一定的长度。此时穿孔 波长范围０．３４－３．４ｍ。的有效长度ｔ可写成： 按照项目要求，设计非金属微穿孔板和 ｔ＝ｔ０＋ （４） 铝制微穿孔板，保证微穿孔板吸声频率覆盖 忽略微孔间的相互影响，微穿孔板两端管 ＩＯＯＨＺ－ＩＯＯＯＨＺ，同时吸声系数达到Ｏ．６以上。 口裸露，根据声学原理，当管口无障碍板时， 在实际测量中。只测量１／３倍频程的中心频 率，及ＩＯＯＨＺ，１２５ＨＺ，１６０Ｈｚ，２００ＨＺ，２５０ＨＺ， 末端修正值应取为： 一 ｚ－ 等 Ｄ“ ｌｆｉ １－ 榴ｌ√一Ｊ盘Ｊ （、ｆ—Ｊ七）Ｉ ｃｚ， 图３穿孔率对吸声系数的影响 赢Ｉ（Ｖ ２ ３） １０００ＨＺ，故取中心频率对应的吸声系数值对结 根据Ｕ．Ｉｎｇａｒｄ的研究，空气在板面摩擦使 构参数进行分析。设置参数范围０．１＜ｄ＜ｉｍｍ， 短管的声阻增加了 ，对微穿孔板的相 １％＜ｐ＜３％，０．１＜ｔ＜Ｉｍｍ，０．０１＜Ｄ＜Ｏ．３ｍ。 ＝ ：ｏ．８５ （５） ３１５ＨＺ，４００ＨＺ，５００ＨＺ，６３０ＨＺ，８００ＨＺ， 对声阻抗率进行修正，则： ：：互：ｒ＋ 锻 （６） 对微穿孔板空腔深度Ｄ进行讨论，吸声系 数求导得： 旦 ； ！ ＝ ！Ｑ！！ ２ ８Ｄ ｓｉｎ （ｍＤ， ）ｋ１＋ｒ） ＋（ —Ｐｏｃ０ ｃｏｔ（￣Ｏ／ｃ。） ｒ （ｉｏ） …………………２．２微穿孔板中空腔的声阻抗 把空腔看成一等截面剐性管道，其截面积 为Ｓ，深度为Ｄ，则其体积为Ｖ＝ＳＤ。如图１所示。 令 ＝０得， 一ＰｏＣｏｃｏｔ（ｏ￣ＤＩｃ０）＝０ ！！．！ ………………………一！ 图５不同频率的吸声系数 ………．．在ｘ＝Ｏ处质点振动速度为零，声阻抗为无限大， 在空腔开口处，ｘ＝－Ｄ，可求得声阻抗为： ｚ ＝ ｃ。ｍ ］ ： ㈤ 叫 ｃ叫 。 ｍ（ ＼ｃ／ 经过双曲变换： ｚｔ ： ｃ 一（８） １７６一电子世界 微穿孔板结构确定时，共振角频率也满足 上式。那么，Ｄ取极值时对应的吸声系数，也 是微穿孔板共振频率对应的吸声系数。微穿孔 板吸声频率范围时ＩＯＯＨＺ一１０００ＨＺ，共振频率应 ０．０００２９４×２矾ｌ＋（９＋ ｛＋ｏ＿８５ ：ｃ０ｔ ） 在吸声频率范围。观测计算出的数据，假设对 应的参数ｄ＝Ｏ．ｉｍｍ，ｔ＝Ｏ．１咖，ｐ＝１％，故可计算 出空腔深度的取值范围在０．０６ｍ－Ｏ．２１ｍ。根据 取近似值ｃｏｔ（ｘ）＝÷一｛得对应共振频率 如图ｌ为固定穿孔直径与板厚，吸声系数随空 ｆｏ＝３５６ＨＺ，在ＩＯＯＨＺ－ＩＯ００ＨＺ范围内。 腔深度变化的曲线图。 ‘ ‘ Ｃ０ 如图２所示，非金属板比金属板的吸声效 果要好，故采用非金属板，知空腔深度的极值 点分别为０．１４ｍ，０．２８ｍ等。 当Ｄ取０．１４ｍ时，对应的参数ｄ＝Ｏ．１ｍｍ， ｔ＝Ｏ．１硼，ｐ：１％，求此时的共振频率： …………………………． 术室蕴一 Ｉ 软件全生命周期质量管理探讨 中国船舶重工集团公司第七一０研究所 陆晓明 【摘要】软件生命周期是软件的产生直到报废的生命周期，包括软件的定义及规划、 需求分析、软件设计、编码、软件测试和运行维护六个阶段。软件生命周期的各个阶 段都会涉及质量问题，通常来说软件设计缺陷发现得越晚，所需付出的代价就越高， 因此有必要通过采用合理的管理手段来提高软件产品的质量。 【关键词】软件生命周期；质量管理；软件测试 １．引言 软件质量是指与软件产品满足明确或隐含 需求的能力有关的特性，由于软件产品是逻辑 体，不具有实体的可见性，因而其质量也就更 加难以把握。软件产品的质量是通过软件开发 活动和软件开发过程构造入软件的，所以软件 开发管理者和软件开发者必须了解每一个开发 局数据定义；５）根据软件可靠性要求，对各功 能模块进行可靠性指标的分配和相应的可靠性 设计；６）进行安全性分析，使安全性关键的软 件设计符合安全性要求；７）初步编制软件集成 测试计划；８）确定所有模块的功能及详细的接 口信息：９）对构成软件系统的各功能模块逐步 件测试工作按时顺利进行。软件测试的测试软 细化，形成若干个可编码的程序模块或程序单 独立测试，则测试计划应由独立测试单位在本 阶段评审通过后根据需求规格说明另行编写； ８）开始编写软件使用说明；９）评审；１０）安排 测试工作。若需要开发专门的测试软件或研制 专门的软件测试设备，则应在本阶段评审通过 后与软件开发并行地进行此项工作，以保证软 活动对软件产品质量可能产生的影响，及时掌 件开发和测试设备的研制工作按计划由软件项 兀。 握每一个开发活动对软件质量所产生的影响， 目组或独立测试单位承担。 ３．３阶段产品 并且对在开发过程中可能产生的或已经产生的 ２．３阶段产品 １）软件设计说明；２）软件集成测试计划 质量问题，能够及时发现并加以控制。要做到 １）项目开发计划；２）软件需求规格说明； （初步）。 这些必须实现软件开发的工程化。软件全生命 ３）软件测试工作计划；４）软件项目计划数据 ３．４技术要求 周期质量管理实际上就是工程化管理。它的主 表。 １）各功能模块间应具有低耦合度及高内 要任务就是使软件开发活动规范化、程序化、 ２．４技术要求 聚度，功能模块的作用范围应在其控制范围 标准化。软件质量管理的基本方法就是根据软 Ｉ）软件需求规格说明应对软件的主要功 之内；２）各模块功能单一，模块接口的复杂度 件开发活动的各阶段，将质量管理目标分解为 能、性能、技术指标进行定义，其内容应全 低；３）软件设计说明和软件需求规格说明要 若干可实现并可管理的部分，并采用相应的技 面、可检查；２）项目开发计划中应给出阶段评 保持一致，并具有良好的可追踪性：４）各子项 术和方法进行管理，并对其阶段性产品的质量 审及配置管理计划，并明确人员。 目、模块的功能和接口要求必须完整、正确。 进行验证，确保最终软件产品质量满足用户的 ２．５配置管理要求 ３．５配置管理要求 要求。下图是一个软件开发过程的主要阶段分 软件任务书、开发计划、软件需求规格说 集成测试计划（初步）、软件设计说明进入 解图。 明、软件项目计划数据表、软件需求分析阶段 受控库。 评审表、软件测试工作计划进入受控库。 ３．６评审要求 Ｌ＿ ｊ－ 一 Ｌ－ｃ！１ ２．６评审要求 评审软件设计是否实现了软件需求规格 在软件需求分析阶段，必须进行软件需求 说明的要求；评审设计方案与主要算法的可行 一ｊ Ｌ＿ …｝Ｌ＿ ．ｊ Ｌ１ ｊ Ｌ－ ｊ 评审，以保证软件需求的完整性、一致性和准 性和先进性；并针对集成的单元之间的信息流 图１软件开发过程的阶段分解 确性。提交软件任务书、项目开发计划、软件 和控制流的可追溯性、数据加工处理与数据结 ２．需求分析阶段 需求规格说明、软件项目计划数据等，针对项 构的一致性、并发性信息处理的正确性、可靠 ２．１任务及目标 目开发计划及软件需求规格说明，对任务和需 性和安全性技术应用的程度及正确性等进行评 软件需求分析阶段的任务是确定所开发软 求分析、可行性分析、质量保证、标准化、配 审，并最终做出本阶段工作是否完成、是否转 件的运行环境、功能和性能要求，编写开发计 置管理等进行评审，以决定是否开展下阶段工 入下阶段工作的评审结论。 划。软件需求分析是由软件开发方根据委托方 作。 ４．代码开发阶段 提出的软件任务书以及其它文件，详细确定软 ３．软件设计阶段 ４．１任务 件需求并编制出一个需求完整、详细的软件需 ３．１任务 根据软件设计说明对各程序单元进行编 求规格说明。 软件设计阶段的任务是根据软件需求规 码、调试、静态分析和单元测试，验证程序单 ２．２实施步骤 格说明进行软件的总体结构和功能模块间的设 元与设计说明的一致性，并将经过单元测试的 １）分析和确定软件开发和运行的环境； 计，初步编制软件集成测试计划。定义各功能 模块逐步集成和调试，完成软件系统集成， ２）明确操作者的要求，经分析后将任务书中的 模块的接口并设计数据结构，对功能模块进行 ４．２实施步骤 技术指标条文拟定成相应的软件需求规格说明 过程描述设计，设计功能模块的内部细节，包 １）对每个程序单元用指定的程序设计语言 的条文；３）确定人机界面；４）编制项目开发计 括算法和数据结构，为编写源代码提供必要的 进行编码和测试；２）对完成编码的源程序进行 划，确定项目质量要求，并将它分解为对软件开 说明。 静态分析；３）补充和完善单元测试用例并依此 发各阶段的质量要求，给出检查准则；５）确定本 ３．２实施步骤 产生测试输入数据，开发单元测试程序；４）进 项目的质量保证、配置管理工作，并写入项目 Ｉ）总体结构设计；２）设计该软件系统的数 行程序单元测试；５）将经过单元测试和调试的 开发计划；６）编写软件需求规格说明；７）初步 据结构，给出所需的模型及所采用的算法原理： 程序逐步集成和调试，直至集成为相对独立的 编写软件测试工作计划，明确计划安排。软件 ３）设计高层模块的数据流和控制关系；４）给出 软件功能模块；６）及时清除程序中用于调试等 测试工作计划一般由软件项目组编写。如要求 各个功能模块的功能描述、数据接口描述及全 项工作的多余语句和程序“垃圾”；７）在集成 当Ｄ取值为ｏ．２８ｍ时，对应的参数ｄ＝０．ｉｍ， 孔率也相应变大。板厚在０．３－０．４范围内时， 参考文献 ｔ＝０．１ｍ，ｐ＝１％，求出此时的共振频率为ｆｏ＝３６ＨＺ， 吸声系数曲线相对平滑，对应的穿孔率也相对 ［１］赵松龄．噪声的降低与隔离 ．同济大学出版社，１９８５． 不在要求频率范围。 合理。板厚增大到Ｏ．５时，保证吸声系数大于 ［２］马大猷．微穿孔板声阻抗的直接准确测量Ⅱ］．声学学 参数穿孔率、空腔深度同时变化时，空腔 ｏ．６，则会导致穿孔率范围变窄。 报，１９８３８④：２５７ ２６２． 深度对吸声系数的影响规律是一定的，都是在 根据以上分析，取穿孔直径为ｏ．Ｉｍｍ，空 嘲马大猷．现代声学理论基础 ．科学出版社，２００４． 空腔深度取值为０．１４ｍ是吸声系数达到第一个 腔深度为０．１４ｍ，当板厚取０．３时，穿孔率在 极大值。令空腔深度Ｄ＝Ｏ．１４，穿孔率对吸声系 ２％一４％范围内的，吸声系数曲线图，如图４所 基金项目：质检公益性行业科研专项项目（项目编 数影响较大，讨论穿孔率的吸声系数的影响。 示；当板厚取０．４，穿孔率在３％－５％范围时的吸 号：２０１３１０００４）；重点科技攻关项目《新型光通讯核 观测数据，只有穿孔直径ｄ＝Ｏ．１ｍｍ时，才能更 声系数曲线图如图５所示。 心模块快速故障诊断与质量评价研究》（项目编号： 好的满足吸声系数大于０．６，故令ｄ＝Ｏ．１ｍ。如 仿真曲线结果表明，以上的取值都满足设 ２０１２１Ｏ１Ｏ１０２５）。 图３所示。 计要求，即在ＩＯＯＢＺ－ＩＯＯＯＨＺ频率范围内，微穿孔 ４．结论 板吸声系数能达到Ｏ．６以上。板厚靠近ｏ．４ａｒｍ，平 作者简介：熊洁（１９８９一），女，湖北天门人，硕士 吸声系数随穿孔率与板厚的共同影响关 均相对系数较大。 研究生，研究方向：测试计量技术与仪器。 系如图，板厚增大时，最大吸声系数对应的穿 电早世鼻一１７７—