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COMSOL Multiphysics ® 5.2a版針對聲學模組的用戶引入了基於不連續Galerkin方法的新介面來模擬超音波,新增了用於分析小型管道中的傳播和非傳播模式的新介面,以及用於揚聲器分析的指向性繪圖類型等。請查看以下詳細資訊來了解聲學模組的所有更新。

 

用於大型暫態聲波模擬的不連續Galerkin 方法

更有效地實現大型聲學問題的時域模擬

聲學模組中新增了的使用顯式求解器進行大型時域聲學模擬的介面。它基於不連續Galerkin方法(又稱DG-FEM或簡化DG),並使用時間顯式求解器,從而得到非常節約記憶體的方法。新增的介面名為對流波動方程,時間顯式介面,可以在模型嚮導的選擇物理場介面頁中新增的超音波節點下找到。

聲壓脈衝的靜態圖像,其中吸收(海綿)層顯示為網格域。

聲壓脈衝的靜態圖像,其中吸收(海綿)層顯示為網格域。

該介面用於求解暫態線性聲學問題,其中可包含或不包含尺度遠大於波長的靜態背景流動。應用領域包括超聲流量計,超音波距離感測器,以及其他超音波感測器,其中傳播時間是一個很重要的參數。不局限於超音波方面的應用,還可以研究室內或車內聲學的聲音脈衝的暫態傳播。

對流波動方程,時間顯式介面還有關聯的吸收層域特徵,用於模擬消音環境,其功能類似於無反射邊界條件。介面求解假設絕熱狀態方程的線性歐拉(Euler)方程;因變量為聲壓和聲速擾動。背景流可以是任意具有很小或中等速度梯度的靜態流動。在介面中不包含損耗機制。

下圖顯示了一個超聲流量計(傳播時間配置)的案例,模擬了一個2M 赫茲的信號經過流道的傳播,流場平均流速為10 m/s。這個三維模型可以在聲學模組App 庫中找到(稱為帶通用渡越時間配置的超音波流量計),模型具有1600 萬個自由度(DOF),計算時需要10 GB 記憶體。

使用新的不連續Galerkin方法對流波動方程,時間顯式介面的應用資料庫範例的路徑為:

Acoustics_Module/Ultrasound/ultrasound_flow_meter_generic

將新的對流波動方程,時間顯式介面與吸收層域特徵結合使用的應用資料庫範例的路徑為:

Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers動畫顯示模型對稱面中的連續正弦聲壓脈衝傳播。

動畫顯示模型對稱面中的一個高斯脈衝的傳播,圖中加上了變形效果。聲波在主流道左側和右側的吸收層中被完全吸收。

新增對流波動方程,時間顯式介面

新的對流波動方程,時間顯式介面包含下列域和邊界條件:

·       對流波動方程模型:定義此模型的本構方程。

·       硬聲場壁:定義硬邊界/壁。

·       初始值:設定因變量的初始值。

·       域源:添加模擬施加在流體中的外部力的域源項。

·       壓力:在外部邊界定義壓力源。

·       對稱:在模型中存在對稱性時應用。

·       法向速度:在外部邊界上定義表徵振動面的源,如換能器。

·       聲阻抗:用來模擬阻抗邊界或簡單輻射邊界。

·       一般通量/源:在DG 框架中的外部邊界上設定廣義源。

·       一般內部通量:在給定的DG 框架設定一般內部通量條件。

吸收層(有時也稱為海綿層)用於截斷計算域。吸收層域特徵相當於下面三種特徵結合起來:

1.    減緩波動傳播的比例係統。

2.    吸收層域中進行濾波,去掉高頻分量。

3.    外部一階無反射條件(阻抗條件)。

當這些條件組合起來,不符合實際情況的反射波的幅值將減少多達1000 倍。下圖顯示的是來自於新的二維單向流動中高斯脈衝的動畫:對流波動方程和吸收層教學模型,其中向外傳播的聲波脈衝被吸收層所吸收。

使用新的吸收層域特徵的應用資料庫案例的路徑為:

Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers

 

"二維均勻流中的高斯脈衝:對流波動方程和吸收層案例中二維均勻流中的高斯脈衝:對流波動方程和吸收層教學模型的壓力脈衝動畫。左:包含吸收層的全計算域的動畫。右:只顯示物理域。

新增教學模型:帶通用渡越時間配置的超聲流量計

流體常常用來傳輸物質或能量,因而,準確測量流體流速在很多情況下都很重要。在渡越時間或傳遞時間方法檢測流速過程中,常常將一個超音波脈衝穿過管道的主流區,以無損的檢測其流速。當信號與主流方向以一定角度穿過管道時,如果其傳播方向與主流方向一致,超音波信號的傳播將快於在流體中的聲速,當其傳播方向與主流方向相反時,其傳播速度將慢於流體聲速,兩個方向上穿越時間的差值隨著流體流動速度線性增長。這種類型的流量計在工業上應用很廣泛。

這個新增的教學模型演示瞭如何使用聲學模組模擬一個通用的浸潤型暫態超聲流量計。模型求解信號向流動下游傳播的暫態問題。首先使用“CFD模組計算流量計中的穩態背景流場。向上游運動的信號事先經過計算並作為數據導入,到達時間的差值用來估算流體流動速度。其中使用超音波節點下的對流波動方程,時間顯式物理場介面,這是一個專門用於暫態高頻情況的介面,它基於不連續Galerkin方法(DG-FEM)

應用資料庫路徑:

Acoustics_Module/Ultrasound/ultrasound_flow_meter_generic

備註:此模型需要聲學模組和以下模組之一:“CFD模組熱傳模組

Pressure distribution of the transmitted signal, depicted in the symmetry plane of the flow meter, at time t = 5 ms.
The average pressure at the receiver for a pulse moving downstream and a pulse moving upstream. The time difference is used to calculate the average flow speed in the main channel.

左:傳輸信號的壓力分佈,顯示在流量計的對稱面上,時間t = 5 ms。右:脈沖向下游和向上游運動的接收器上的平均壓力,時間差值用來計算主流道中的平均流速。

 

新增教學模型:二維均勻流中的高斯脈衝- 對流波動方程和吸收層

這個小型教學模擬了一個標準的測試和標竿模型,分析線性歐拉(Euler)類型的體系中的無反射條件和海綿層。它涉及二維均勻流中的暫態高斯脈衝。對流波動方程,時間顯式介面求解了絕熱狀態的線性歐拉方程,並且在介面中使用吸收層特徵來模擬無限大域。

在計算域中心的初始高斯分佈產生一個聲學脈衝,然後在高馬赫數均勻流動中傳播。這個問題存在解析解,用來驗證數值結果,顯示出良好的一致性。

模型還顯示瞭如何設定和使用吸收層,這種吸收層可以將不符合實際情況的反射波減少到1/1000 入射場幅值。

應用資料庫路徑:

Acoustics_Module/Tutorials/gaussian_pulse_absorbing_layers

The acoustic particle velocity of a convected Gaussian pulse as it impinges on the absorbing layer.
Comparison of the pressure profile of the COMSOL Multiphysics® model (blue line) and the analytical solution (green dots) in a cross section along the x-axis. The spike to the right represents the pulse inside the absorbing layer and has no physical meaning .

左:對流的高斯脈衝作用到吸收層之後的聲學粒子速度。右:COMSOL Multiphysics® 模型的結果(藍線)與解析解(綠點)沿x 軸截面的比較。右側的尖峰代表脈沖在吸收層中,沒有任何物理意義。

 

新增熱黏性聲學,邊界模式物理場介面

在智能手機和其他小型電子設備等小幾何尺寸中進行聲學分析,由於存在近壁的邊界層,來自於黏性損耗和熱傳導的效應相當重要。這些層的厚度稱為黏性和熱穿透深度。熱黏性聲學,邊界模式介面計算和識別這些波導和管道中的傳播和非傳播模式。它用來在小幾何尺寸的邊界、入口、波導截面,或者管道中執行邊界模式分析,其中包含熱和黏性損耗,這些在近壁的聲學邊界層中非常重要。此介面求解壓力、速度和溫度,以及算出的模式的面外波數的聲學變化。

An example of analysis of a 0.5-mm-by-2-mm waveguide. The plot shows the pressure for the first 3 modes at 100 Hz.
An example of analysis of a 0.5-mm-by-2-mm waveguide. The plot shows the out-of-plane acoustic velocity for the first 3 modes at 100 Hz.
An example of analysis of a 0.5-mm-by-2-mm waveguide. The plot shows acoustic temperature variations for the first 3 modes at 100 Hz.

一個長寬分別為0.5 毫米和2 毫米的矩形波導的分析案例,圖中顯示100Hz的前三階模式的壓力(左)、面外聲速(中),以及聲學溫度變化(右)。一階(傳播)模式顯示為幾何面上的圖,波數kn = 2.58-1.31i 1/m,後兩階為衰逝模式,波數分別為2970.6-7134.7i 2904.8-7635.9i。顏色並不屬於相同的尺度。

除了小管道系統,在諸如助聽器和移動設備中,熱黏性聲學,邊界模式介面可以用來識別傳播波數和管道截面的特徵阻抗。這些資訊隨後可以用於下一步分析,作為壓力聲學,頻域介面的均勻狹窄區域聲學特徵的輸入。

這個介面可以在三維和二維軸對稱模型中的邊界上使用。它求解由線性Navier-Stokes 方程(線性連續性、動量和能量方程)定義的方程,在靜態背景條件中尋找給定頻率的面外波數。

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熱黏性聲學中的背景聲場(散射場公式)

熱黏性聲學介面現在有了一個散射場公式選項,可以讓您在模型中添加背景聲場。背景場可以由用戶定義平面波公式。

對於用戶定義,您可以定義壓力、聲速和溫度變化的表達式。這些也可以從另一個定義背景場的聲學模型的解中獲取。平面波選項定義一個平面傳播的波,包含物理一致的黏度和熱衰減。

使用這個新特徵,當您在建模熱和黏性損耗很重要的傳播問題,或者研究小對象(與聲學邊界層相比較小)散射時,可以創建簡單源。作為一個高級App案例,這個特徵可以結合熱黏性聲學,邊界模式介面,在波導入口創建聲源。

使用熱黏性聲學特徵中的新背景聲場應用資料庫案例的路徑為:

Acoustics_Module/Tutorials/transfer_impedance_perforate

“穿孔板的轉移阻抗”教程模型的結果,其中一側的入射場使用新的“背景聲場”特徵施加。 顏色圖顯示穿孔板中孔內的聲速,線圖顯示COMSOL Multiphysics® 計算的傳遞阻抗,並與半解析模型進行比較。

穿孔板的轉移阻抗教學模型的結果,其中一側的入射場使用新的背景聲場特徵施加。顏色圖顯示穿孔板中孔內的聲速,線圖顯示COMSOL Multiphysics ®計算的傳遞阻抗,並與半解析模型進行比較。

 

新增教學模型:穿孔板傳遞阻抗

穿孔板是分佈著很多小穿孔或孔洞的平板,常用於消音器系統、吸音面板,以及很多其他地方作為襯墊,可以很精確地控制衰減。隨著穿孔變得越來越小,黏性和熱損耗變得越來越重要。衰減行為也會隨頻率變化,可以透過選擇穿孔尺寸和板上的分佈來進行控制。

儘管穿孔板已經進行了多年的理論研究,但是現在還只能在簡單的幾何中使用解析和半解析模型。當孔洞具有變化的截面、穿孔為錐形,或者孔洞的分佈不均勻等情況時,有必要透過數值方法來進行分析。

在這個教學模型中,使用熱黏性聲學,頻域介面詳細地模擬了這些效應。雖然高音平或存在流動(流過或越過穿孔)時會發生非線性損耗,但是在這個教學模型中只研究了黏性和熱傳導的線性效應,確定了系統的傳遞阻抗、表面法向阻抗,以及衰減係數。

計算得到的傳遞阻抗與半解析模型進行了比較。在這個詳細的模型中得到的傳遞阻抗可以作為壓力聲學,頻域介面中存在的內部阻抗條件用於更大系統的模擬。

應用資料庫路徑:

Acoustics_Module/Tutorials/transfer_impedance_perforate

穿孔板傳遞阻抗的比較,分別為聲學模塊和半解析模型的結果。 圖上顯示了傳遞阻抗的實部、虛部,以及絕對值。
穿孔中的聲學溫度波動,其中熱邊界層清晰可見。

左:穿孔板傳遞阻抗的比較,分別為聲學模組和半解析模型的結果。圖上顯示了轉移阻抗的實部、虛部,以及絕對值。右:穿孔板中的聲學溫度波動,熱邊界層清晰可見。

 

熱聲學的新名稱:熱黏性聲學

COMSOL Multiphysics ® 5.2a版中,所有的熱聲學介面重命名為了熱黏性聲學。這些介面專門用於具有小幾何尺寸的熱和黏性聲學損耗問題的建模,即,在這些問題中,熱和黏性聲學邊界層的損耗很重要。這樣的例子包括麥克風、移動設備、助聽器、微型換能器,還有很多。熱聲學是一個已有的聲學分支中的項,處理聲波冷卻或加熱。因此,熱黏性聲學能更好地描述建模的物理現象。

以下介面均有了新名稱:

·       熱黏性聲學,頻域

·       熱黏性聲學,邊界模式(新介面)

·       -熱黏性聲學相互作用,頻域

·       熱黏性聲學-結構相互作用,頻域

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新增指向性繪圖

新的指向性繪圖類型可供聲學工程師將揚聲器的空間響應顯示為頻率和角度的函數,對於揚聲器和其他電聲換能器很重要。以這種方式表徵空間響應在揚聲器行業中很普遍,而且測試數據也經常是以這種形式顯示。繪圖包括很多格式化選項,以達到對模擬數據的最大程度的了解。一些重要的格式化為:

·       歸一化:入射聲壓級數據可以根據指定的極角、最大值(每個頻率)進行歸一化,或者不進行歸一化。

·       計算:計算圓可以在空間的任何位置定義,並且可以定義設定零度角方向的參考方向。

·       著色和樣式:將數據格式化為表面、線,以及標籤。還可以方便地切換軸的佈局和將頻率放在xy軸上。

方向性繪圖的示例,其中數據以30 度角進行歸一化,頻率在x 軸上,在繪圖中添加了標籤。
相同數據以0 度角進行歸一化,頻率在y 軸上。

指向性繪圖的案例,其中數據以30 度角進行歸一化,頻率在x軸上,在繪圖中添加了標籤(左)。相同數據以0 度角進行歸一化,頻率在y 軸上(右)。

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線性Navier-Stokes Euler 的背景聲場(散射場公式)

線性Navier-Stokes,頻域線性Euler,頻域介面現在有了散射場公式選項,可以讓您在模型中添加背景聲場。既可以由用戶定義的表達式輸入壓力、聲速和溫度變化。也可以來自於另一個聲學模型的解,定義確定類型聲波的解析表達式。

線性Euler介面中原本稱為入射聲場特徵現在得到更新和改進,稱為背景聲場特徵。

 

線聲學:計算射線功率和表面聲壓級(SPL)

線聲學介面中新增和改進了用於計算射線功率功能,對於強度計算有四種可用的選項:

1.    計算強度(原來稱為使用主曲率

2.    計算強度和功率

3.    計算變折射率介質中的強度(原來稱為使用主曲率張量

4.    計算變折射率介質中的強度和功率

對於射線功率選項,您可以在條件中添加聲壓級計算,這個新特徵計算表面聲壓級,包括表面屬性的效應,例如吸收係數。您可以很方便地使用結果節點來繪製這些變量。

計算射線功率和表面聲壓級的案例下載案例的入口為:

Small Concert Hall Acoustics

The new ray power computational option for Ray Acoustics; the Settings window where the options for Intensity computation can be selected.
A screenshot from the Small Concert Hall Acoustics tutorial model with the Sound Pressure Level Calculation node highlighted.

線聲學的新射線功率計算選項:設置窗口顯示選定強度計算的選項(左),以及來自於小型音樂廳聲學教學模型的高亮的聲壓級計算節點(右)。

 

線聲學:無網格射線追踪

如果介質具有均勻屬性(非變折射率介質),射線聲學介面不再需要網格。在這種情況下,環境介質的材料屬性可以在全局定義。唯一的要求是模型至少包含一個邊界條件,例如壁,或材料非連續性。射線可以在無網格幾何的很長距離傳播,並且可以在幾何模型之外釋放和傳播。這可以用於諸如大型音樂廳模擬。

 

錐形釋放的新選項

以初始方向的錐形分佈釋放射線時,新增了一些選項。您可以在波矢空間以均勻密度釋放射線,這樣每個射線具有相同的立體角。或者,您可以分別指定極和角向的射線密度。內置的選項還可以只在邊沿釋放射線,包含或者不包含軸上的射線。

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壓力聲學的背景壓力場和入射場中的球面波和柱面波

壓力聲學,頻域介面,背景壓力場入射壓力場特徵(輻射條件的子節點)擴展為包含柱面波和球面波。這樣更加容易設定複雜的入射和背景聲場。由外部點源或小振動體產生的場可以透過單極類型源進行近似。

選擇壓力聲學的“柱面波”或“球面波”壓力場類型。

一個二維散射示例,從左上角沿順時針方向為總聲壓場,總聲壓級,散射聲壓,以及柱面波背景聲壓。

左:選擇壓力聲學的柱面波球面波壓力場類型。右:一個二維散射案例,從左上角沿順時針方向為總聲壓場,總聲壓級,散射聲壓,以及柱面波背景聲壓。

 

用於揚聲器的電聲耦合

新增和改進的特徵簡化和擴展了用於換能器的電磁耦合,例如線圈。當模擬揚聲器驅動單元時,這很重要。三維和二維軸對稱 ​​中,線圈域特徵現在支持速度(洛倫茲項)。在結構力學應用中,洛倫茲力貢獻可以自動地選作體力。這些在案例下載應用資料庫揚聲器驅動單元模型中有演示。

使用改進的多匝線圈域特徵的應用資料庫案例的路徑為:

Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/loudspeaker_driver

“揚聲器驅動單元”模型使用了新增的電聲耦合。

更新教學模型:揚聲器驅動單元

揚聲器驅動單元模型得到更新,現在使用新的自動電磁耦合多物理場特徵來實現運動線圈和磁場之間的耦合。速度(洛倫茲項)已經添加到線圈域,並且洛倫茲力貢獻自動地選作結構的邊界負載特徵。這個新功能不需要用戶定義方程來模擬這種類型的多物理場耦合。

備註:此模型需要聲學模組“AC/DC模組

應用資料庫路徑:

Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/loudspeaker_driver

 

頻率掃描的對數和ISO 偏好頻率選項

在研究中定義頻率掃描時添加了兩種新定義方法:

1.    對數:輸入起始和終止頻率,以及每個數量級所需的頻率數量。此特徵可用於COMSOL Multiphysics®,不需任何插件產品。

2.    ISO偏好頻率:選擇起始和終止頻率,以及所需的間隔(倍頻,1/3倍頻,1/6倍頻,1/12倍頻及1/24倍頻)。

a.     1/3倍頻偏好頻率的定義是基於ISO 266標準,這個標準選項基於ISO 3首選數字的頻率(序列R20R40R80)擴展為1/6倍頻、1/12倍頻和1/24倍頻間隔。注意,您必須在模型建立器工具欄中選擇顯示 > 進階研究選項來使用它。

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完美匹配層(PML) 更新

一些選項添加到了完美匹配層特徵,使它可以定制層的屬性:

·       在求解器中的選項啟用/關閉PML”對於源為算得場的散射問題很有用。

·       如果PML 具有非標準幾何,可以使用用戶定義的幾何類型,還可以用於自動檢測PML 幾何失敗的情況。

·       您可以選擇用戶定義坐標拉伸函數來定義PML 的縮放,這允許您在PML 中指定縮放,例如,在特定的物理場配置中非常有效地吸波。

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其他增強功能和重要的Bug 修復

·       更新遠場圖,添加了新選項來指定零度角的參考方向。

·       可壓縮勢流介面中添加計算溫度選項。

·       可壓縮勢流介面有了兩個邊界條件:內部壁(滑動速度)平均流速勢。此外,現在有一個選項來自動地計算流動中的溫度場。當設置線性勢流模型的背景流時可以使用它。

·       熱黏性聲學,頻域介面中添加了兩個新熱邊界條件:

o   熱通量條件用於當脈衝熱源生成聲波時。

o   內部溫度變化條件用於模擬類似薄板帶有由脈衝電流產生的電阻發熱引起的諧波溫度變化的應用。

·       由於線性Euler介面中的入射聲場特徵更名為背景聲場,所有變量的後綴由_i改為_b

·       線性Navier-Stokes和線性Euler介面的時間導數變量的名稱從p_t改為ptu_t改為utrho_t改為rhotT_t改為Tt

·       聲擴散方程介面中添加了兩個貢獻點源。

 

更新教學模型:微流道截面的聲流動

近來微流控系統的先進製造需要處理活性細胞和其他微顆粒,以及混合。所有這些可以透過聲輻射力和片狀流動的黏性拖曳來實現。

1.    片狀流動:由於Navier-Stokes 方程中的非線性項,流動的諧擾動將產生淨時間平均流,稱為聲流。

a.     聲流是一種二階(非線性)聲學效應,可以透過兩種方式模擬:

                                 i.         直接求解非線性Navier-Stokes 方程進行模擬;

                                ii.         或如此處所示,透過分離時間尺度方法。

2.    輻射力:由於控制方程的非線性項,動量可以從聲場傳遞給顆粒。

a.     這導致在粒子上受到淨力- 聲輻射力。

設備中粒子的軌跡由黏性拖曳力(來自於聲流)和聲輻射力之間的平衡所控制。此模型顯示如何使用COMSOL Multiphysics ®聲學模組來引入並對此進行建模。

案例下載連結:

Acoustic Streaming in a Microchannel Cross Section

The acoustic streaming flow inside the microchannel cross section.

更新教學模型:帶熱和黏性損耗的多孔彈性波(Biot-Allard 模型)

在空氣填充的多孔材料中的壓力波和彈性波傳播應用中,熱和黏性損耗都很重要。典型應用見於房間聲學的絕聲材料或汽車車廂墊層材料,還可以用於汽車工業的消音器中的多孔材料。

在很多情況下,這些材料可以使用壓力聲學介面中實現的多孔聲學模型(相當於流體模型)來模擬。多孔聲學模型沒有捕獲所有效應,因此有時候有必要引入多孔基體中的彈性波。通常使用所謂的Biot-Allard理論來模擬多孔彈性波。

聲學模組多孔彈性波介面基於用於地球科學的經典的Biot理論。這個模型假設飽和流體為液體(水),並且只包含黏性損耗。材料輸入與典型的聲學絕聲材料的材料還有差別。當前的模型顯示多孔彈性波介面如何專門用來引入由Biot-Allard理論描述的熱和黏性效應。

案例下載連結:

Poroelastic Waves with Thermal and Viscous Losses (Biot-Allard Model)

單多孔層的表面法向阻抗。 曲線包含熱和流體中的粘性損耗,以及多孔基體的機械變形。

單多孔層的表面法向阻抗。曲線包含熱和流體中的黏性損耗,以及多孔基體的機械變形。

 

更新教學模型:聲子晶體

光子和聲子晶體在各種科技應用中得到了越來越多科學家的關注,這些晶體由基體中內嵌的周期性分佈的散射體構成。在特定條件下,可以形成聲學帶隙,這些譜帶的波無法進行傳播。

此教學模型首先分析了一個聲子晶體,確定了它的帶結構。然後模型分析透過有限尺寸晶體的傳輸損耗,並與帶結構的結果進行比較。

案例下載連結:

Sonic Crystal

聲子晶體結構中的周期性壓力場。 使用預置的Floquet(也稱Bloch)週期性條件來模擬其周期性。
聲子晶體結構中的周期性壓力場。使用預置的Floquet(也稱Bloch)週期性條件來模擬其周期性。

更新教程模型:聲-結構相互作用和小提琴中的空氣流動

過去的千年,小提琴中的音孔從圓形變成拉長形狀。很多聲音的低音符從小提琴的這種拉長的音孔中發出。小提琴的振動琴身提供了高頻部分,同時使得其中的空氣產生諧振。

“案例下載”入口中提供了兩個教程模型,第一個使用聲-結構相互作用來研究空氣的模式諧振如何受到小提琴琴身振動的耦合影響。另一個使用勢流近似來研究空氣如何流過拉長的音孔。

這些模型在以下博客中有更加詳細的描述:" Analyze Violin Tone and Volume with Multiphysics Modeling "。

“案例下載”鏈接:

Acoustic-Structure Interaction and Air Flow in Violins

耦合的小提琴和聲學模型的一階模式,300Hz 左右。
空氣流過小提琴的f 孔,通過勢流進行模擬。

左:耦合的小提琴和聲學模型的一階模式,300Hz 左右。右:空氣流過小提琴的f孔,透過勢流進行模擬。

更新教學模型:熱黏性聲學能量守恆

帶有小尺寸結構的幾何中聲音傳播受到近壁的黏性和熱損耗的影響,這樣的損耗需要在對這種結構模擬其聲學行為時包含在內。

此教學模型研究一個帶入口和出口,以及包含非常薄細頸的Helmholtz諧振腔的概念性測試模型中的能量守恆。細頸處的聲學由熱黏性聲學介面建模,仔細地分析其熱和黏性損耗。為了研究和驗證能量守恆,模型比較了聲學邊界層中的總損耗能量和系統入口減去出口的功率。

熱聲學理論方面更加詳細的討論可以查閱博客" Theory of Thermoacoustics: Acoustics with Thermal and Viscous Losses "

案例下載連結:

Energy Conservation with Thermoacoustics

 

更新教學模型:使用阻抗邊界條件的子元件集總

本教學說明了推導聲學模組中物理一致性簡化模型的建模方法。其中包括將復雜的子組件轉換為一個阻抗邊界條件,否則在整個模型中需要使用聲學模型。其效果是可以顯著地加速計算。

案例包含一個簡化的由一個主管道和一個Helmholtz 諧振腔構成(子元件)的消音器類系統。諧振器中的聲學使用熱黏性聲學建模,因為黏性和熱損耗很重要。目標是將熱黏性聲學域集總成一個阻抗模型。

該教學模型給出了在復雜聲學模型中一步一步如何推導阻抗邊界條件的詳細描述,以及如何在一個新的簡化模型中調用這個阻抗。此外,模型還詳細說明如何使用優化模組來將推導的阻抗擬合到RCL模型。檔案中討論了為什麼第二種方法可以用來推導建模系統的更加深入的情況。

案例下載連結:

Sub-Component Lumping in Acoustics Using the Impedance Boundary Condition