(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111231884.8 (22)申请日 2021.10.2 2 (71)申请人 南京大学 地址 210023 江苏省南京市 鼓楼区汉口路 22号 (72)发明人 杨京　陈安　徐自翔　郑斌　 程建春　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 代理人 柏尚春 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06N 7/00(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于GP-BM的低频宽带吸声器逆设计方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于GP ‑BM的低频宽带吸 声器逆设计方法， 首先建立待优化的吸声器模 型， 确定其m维特征参数及待优化的声学性能目 标； 然后随机产生q组特征参数， 使用有限元方法 计算其声学性能， 构建n ×(m+1)维初始数据集； 接着基于GP ‑BM使用UCB函数预测下一组特征参 数； 最后判断预测的特征参数是否满足声学目 标， 若不满足则将其扩充至 数据集， 循环预测； 若 满足则输 出该特征参数。 本发明不依赖于吸声器 的理论模型和大样本数据集， 通过对 预测过程进 行概率描述， 进而得到最优的声学性能目标； 本 发明可以借助小样本数据集快速优化声学目标， 高效逆设计低频宽带吸声器的特征参数， 对噪声 控制和建 筑声学等领域具有重要应用价 值。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 114036658 A 2022.02.11 CN 114036658 A 1.一种基于GP ‑BM的低频宽带吸声器逆设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)建立包含待优化的低频宽带吸声器的声学结构模型和特征参数： 在有限元仿真软 件中建立低频宽带吸声器声 学结构的几何模型， 并以k个结构参数作为m维特征参数， 其中m 和k取值一致， 以低频宽带吸声谱作为声学目标； (2)构建初始数据集： 在限定区间内随机产生q组特征参数， 每组特征参数组合为m维， 利用有限元仿 真软件的有限元方法计算每组特征参数对应的声学性能， 每组特征参数和对 应的声学性能构成一条 数据， 构成含有n ×(m+1)维数据的初始数据集， 其中n和q取值 一致； (3)训练和预测最佳特征参数： 基于GP ‑BM对步骤(2)建立的数据 集进行训练， 通过最大 化似然函数确定GP ‑BM中高斯核函数的超参数， 对特征参数空间中的声学性能进行基于高 斯过程的概率描述， 结合获取函数对最佳特征参数进行预测， 得到一组预测的最佳特征参 数； (4)判定和循环： 使用步骤(3)中预测的最佳特征参数计算对应的声学性能， 进入判定； 若该声学性能满足预先设定的优化 目标则输出该特征参数； 若不满足设计目标， 则将该特 征参数与声学性能组成的(m+1)维数据加入到步骤(2)中的数据集， 并返回步骤(3)进入新 一轮的训练和预测。 2.根据权利要求1所述的基于GP ‑BM的低频宽带吸声器逆设计方法， 其特征在于， 步骤 (1)所述的低频宽带吸声器的声学结构模型为放置于波导管末端的含有三个多层环形微缝 管吸声器单元的声 学吸声结构； 所述特征参数为9个结构参数， 分别是三个吸声 单元的通道 宽度、 微缝 管的宽度和第二层微缝 管的旋转角度。 3.根据权利要求1所述的基于GP ‑BM的低频宽带吸声器逆设计方法， 其特征在于， 步骤 (2)所述的计算每组特征参数对应的声 学性能是采用了压力声 学模块、 热粘性声 学模块、 声 热粘性相互作用模块及划分四个粘性边界层， 具体实现过程为： 在背景压力场中设置一个 沿X方向传播的单位振幅正入射平面波； 在空气和固体之 间的界面施加硬边界； 在吸声器的 内表面上划分四个粘性边界层； 在 线性化可压缩Navier ‑Stokes方程、 连续性方程和能量方 程中考虑了粘滞摩擦和传热影响； 吸收系数为α＝1 ‑|R|2， 其中R为 由背景压力场得到的复 反射系数。 4.根据权利要求1所述的基于GP ‑BM的低频宽带吸声器逆设计方法， 其特征在于， 步骤 (3)所述高斯核函数为Matern5的高斯过程 概率分布： 其 中 ， x 为 m 维的 特 征 参 数 ， f 为 声 学目 标 ， n 为 当 前 数 据 集的 大 小 ， 表示特征参数空间中两点之间的加权距离， Λn为对角矩阵， 其n个 对角元素和σf,n组成GP‑BM的超参数。 5.根据权利要求1所述的基于GP ‑BM的低频宽带吸声器逆设计方法， 其特征在于， 步骤 (3)所述的获取函数为上置信边界函数： UCBn(x)＝ μn(x)+β·σn(x)            (4)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114036658 A 2其中， μn为均值， σn为标准差， β 为均值和标准差之间的权衡因子 。 6.根据权利要求1所述的基于GP ‑BM的低频宽带吸声器逆设计方法， 其特征在于， 步骤 (4)所述的优化目标为声学吸声结构在2 29Hz到457Hz的吸声率达 到0.9以上。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114036658 A 3