声学模块

新 App:吸收式消声器设计

消声器常常用来减弱内燃机等产生的噪声,并通常在一个特定的频率范围内有具有良好的吸声性能。工程中一般通过传输损耗测得吸声性能,并表示为频率的函数的衰减分贝值。

吸收式消声器设计的仿真 App 用于有多孔衬里的共振消声器。利用该 App,您可以对您的消声器进行阻性损耗和抗性损耗分析。

在这个 App 中,用户可以研究消声器尺寸,外界环境条件和多孔衬垫的材料特性对消声器性能的影响。

吸收式消声器设计 App 的用户界面 吸收式消声器设计 App 的用户界面

吸收式消声器设计 App 的用户界面

新 App:独户住宅声学分析仪

独户住宅声学分析仪 App 用于评估一个两层十室房间中的噪声传播。该 App 能计算房间中由一系列各处分布声源产生的声压级 (SPL) 分布。

工程师或者建筑师常常需要考虑由多个房间组成的系统的噪声环境,例如,家庭,办公场所或车间等,以确保符合各项噪声和设计规范。这是一个典型的室内声场分析问题。

工程师或者建筑师可以在工地现场运行这个 App,研究不同噪声源和墙壁的隔声特性,他们还可以将模拟结果和实际测量值做比较。在 App 中,用户可定义、放置和移动不同房间内的多个声源,运行后可得到相应的声压级分布。

声场由 COMSOL Multiphysics 的 声扩散方程 物理接口来模拟,这个接口能快速高效的得到声压级分布结果。

独户住宅声学分析仪 App 的用户界面,展示了不同的噪声源选项。 独户住宅声学分析仪 App 的用户界面,展示了不同的噪声源选项。

独户住宅声学分析仪 App 的用户界面,展示了不同的噪声源选项。

新 App:风琴管设计器

在这个界面友好的风琴管设计 App 中,用户可以研究风琴管的相关设计参数,还可以播放不同设计下的风琴管发出的不同谐波和强度的声音。

风琴管利用 COMSOL Multiphysics 中的 管道声学,频域 接口模拟。您可以通过这个仿真 App 来分析管半径,管壁厚度以及环境压力和温度对一阶共振频率的影响。

在这个 App 中,你可以分析全范围的频率响应,包括基础频率和谐波。基于一个 Java® 代码编写的方法,这个 App 扩展了 COMSOL Multiphysics 内置的功能,可以检测频率响应的位置和振幅。

新 App:水-海床界面的声学反射分析

不同结构界面的声学反射分析是许多工程学科的重要研究课题。水-海床界面声学反射分析 App 展示了这样一个分析,可用于水下声学和声呐等研究。

这个 App 分析了平面声波的反射和吸收系数,不同频率和入射角声波在水-海床界面上的散射。此外,还计算了给定频率下随机入射的吸收系数。

为了建立水-海床界面模型,该 App 应用了 COMSOL Multiphysics 的多孔弹性波接口来耦合声波和多孔介质中的弹性波(Biot 理论)。

水-海床界面声学反射分析 App 的用户界面,展示了总的声压分布。 水-海床界面声学反射分析 App 的用户界面,展示了总的声压分布。

水-海床界面声学反射分析 App 的用户界面,展示了总的声压分布。

倍频图

您现在可以使用新的声学领域专用图(倍频图)表征频域上的传递函数,响应,灵敏度曲线,插入和传输损耗。这个函数内置了多种声学特性,比如预定义的权重(Z、A、C和用户定义),绘图样式(倍频带,1/3 倍频带或者连续)。例如,频带选项对应于绘制由中间频率和带宽定义给定的频带内声压平方的平均值或者积分值。

倍频图通常基于频域计算结果,例如,它可以是频域研究或者频率参数化扫描结果的声压数据。倍频图会自动根据已给定的表达式类型以 dB 为刻度画图,不再需要以变量形式定义表达式,大大简化了后处理过程。输入的几何实体层次可以是全局、点、边、边界或者域。后三个为自动计算平均值,这使得定义和绘制平均功率变得更加容易,例如,绘制模型入口处的平均功率。

绘图的输入表达式一共有三种类型:

  • 幅度(例如,一个点上的声压值)
  • 功率(例如,消音器的入射强度)
  • 传递函数(例如,在麦克风中电压和声压之间的电声传递函数)

有三种绘图样式来代表响应:

  • 倍频带
  • 1/3 倍频带
  • 连续

您也可以对响应进行加权:

  • Z、A 和 C 权重(符合 IEC61672-1 标准)
  • 用户定义的权重(输入用户定义的基于频率的权重)

[扬声器模型](http://cn.comsol.com/model/loudspeaker-driver-1369)使用连续曲线和 1/3 倍频带图绘制的敏感性曲线。 [扬声器模型](http://cn.comsol.com/model/loudspeaker-driver-1369)使用连续曲线和 1/3 倍频带图绘制的敏感性曲线。

[扬声器模型](http://cn.comsol.com/model/loudspeaker-driver-1369)使用连续曲线和 1/3 倍频带图绘制的敏感性曲线。

1/3 倍频图显示吸收消声器模型的传递损耗,对比了两种不同内衬情况下的传递损耗。

1/3 倍频图显示吸收消声器模型的传递损耗,对比了两种不同内衬情况下的传递损耗。

1/3 倍频图显示吸收消声器模型的传递损耗,对比了两种不同内衬情况下的传递损耗。

压力声学中的能量耗散变量

对于压力声学,多孔声学,狭窄区域声学,您现在可以模拟所有流体模型的功率耗散密度。这个变量称为 acpr.Q_pw,位于后处理时(如下图所示)增加/替换表达式菜单的发热和耗散项中。这个表达式仅限于对平面行波使用。医疗成像中聚焦超声发热 这个教学案例使用了该预置变量,耗散的声波能量用于加热生物组织。

压力声学中法向速度和法向位移边界条件

压力声学 接口,除了 法向加速度 边界又补充了两个新的边界条件来描述法向速度和法向位移。这简化了声学中对声源的设置过程。可参考 通用 711 耦合器:闭塞耳管模拟器 教学模型,其中通过 法向位移 定义了声源。

多孔弹性波和弹性波物理接口中的新增功能

更新和改进了 多孔弹性波弹性波 物理接口中的几个功能和边界条件。它们的特点如下:

  • 域特征:
    • 弹簧基础
    • 增加的质量
  • 边界特征:
    • 对称
    • 刚性连接
    • 弹性层
    • 弹簧基础
    • 增加的质量
  • 边特征:
    • 固定约束
    • 指定位移
    • 边载荷
    • 弹簧基础
    • 增加的质量
  • 点特征:
    • 固定约束
    • 指定位移
    • 弹簧基础
    • 点载荷
    • 轴上点载荷
    • 环形载荷

弹性波接口 的物理菜单中新增边界条件和域条件。

弹性波接口 的物理菜单中新增边界条件和域条件。

弹性波接口 的物理菜单中新增边界条件和域条件。

更新了所有声学接口的强度变量

所有的声学接口进行了强度变量的更新,使得它和物理接口、研究类型相一致。强度是在频域内定义(一个周期的平均值),瞬时强度则是在时域中定义。热声线性 Navier-Stokes 方程 接口的强度变量考虑粘性应力的影响。在后处理中可通过增加/替换方程表达式按钮找到这些变量。

“增加的质量” 中新增 “全质量矩阵” 输入选项

新版本扩展了增加的质量 功能,现在可以输入一个全质量矩阵。

稳态分析中对速度/加速度的定义

当模型中有指定速度指定加速度 节点,您可定义在稳态分析时这些边界条件的具体处理方式,他们既可作为约束条件(约束)起作用,也可忽略它的作用(自由)。这一功能在创建包含频域、瞬态和稳态混合分析的模型和 App 中特别有用。

一些小问题的修复

COMSOL Multiphysics 软件的新版本还包括以下更新和 Bug 修复:

  • 应用于热声和线性 Navier-Stokes 接口的 PARDISO 求解器,现在默认使用多线程前向和后向求解选项。一般情况下这会带来运行速度的小幅提升,当求解特征频率时,效果更为明显。
  • 管道声学接口包含了更新后的模型输入。
  • 热声学接口提供了一个新的熵变量 ta.s_entropy,可用于后处理。热量耗散和粘滞能量密度变量也进行了更新。
  • 声扩散方程接口更新了用户定义的带结构行为。
  • 为了避免曲面边界上锁死,热声,频域和线性 Navier-Stokes 接口下更新了滑移边界条件。

App 库中新的教学案例

新版本的在线 App 库 中新增加了四个教学案例。

基于声扩散方程,一个公寓的室内声场仿真。 基于声扩散方程,一个公寓的室内声场仿真。

基于声扩散方程,一个公寓的室内声场仿真。

二维粘性平板流中的振动盘

  • 这个简单的二维教学模型耦合了线性 Navier-Stokes,频域,结构力学,蠕动流接口,用来模拟二维粘性平板流中的振动盘。

利用声扩散方程分析公寓内声场

  • 本教学案例计算了从一台电视机发出的声音在单卧室公寓内的声场分布。仿真结果表明利用声扩散方程接口能快速的对本地声压级做简单的评估。为了提高精度,在客厅中加入了 Direct Sound 的解析式。

应用两个完美匹配层 (PMLs) 的声固耦合

  • 这个简单的教学案例显示了如何设置带有两个完美匹配层 (PML) 的模型,一个用于压力声学域,一个用于固体力学域。

高频扬声器波导形状优化

  • 这个教学案例展示了如何使用 COMSOL Multiphysics 的优化功能,根据关键的设计约束以自动生成新的设计。此例中,仿真优化了扬声器的几何,设计约束可以是扬声器半径或者最小的声压级。