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1、声学(shngxu)模块的典型应用领域喇叭(l b)消声器航空(hngkng)发动机汽车回音声固耦合声压传感器第1页/共24页第一页，共25页。预置应用(yngyng)模式流体中的声学时谐波传播(chunb)，求解总场或散射场瞬态波传播(chunb)特征频率分析，寻找共振波导的边界和截面模态分析固体中的声学时谐波传播(chunb)特征频率分析，包括衰减和非衰减永久变形的稳态分析气动声学可压缩势流分析流体中的声学预定义多物理场耦合声场+固体第2页/共24页第二页，共25页。压力(yl)声学应用于流体空气和水最常见人体组织 (70% 水)布、玻璃丝、石纤维求解声压(shn y)，p1 atm =
2、100 kPap 1 100 Pa频域中的控制方程第3页/共24页第三页，共25页。人为(rnwi)边界条件辐射(fsh)边界条件仿真连续自由空间用一个给定的形状吸收波前完美匹配层通用、高效终止对波的方向不敏感With PML第4页/共24页第四页，共25页。入射波辐射条件开边界问题法向加速度已知结构振动驱动力未知结构振动背景声压远处(yun ch)声源声源(shn yun)第5页/共24页第五页，共25页。入射波辐射(fsh)条件开边界问题法向加速度已知结构振动驱动力未知结构振动背景声压远处声源声源(shn yun)第6页/共24页第六页，共25页。F Fe入射波辐射条件(tiojin)开边
3、界问题法向加速度已知结构振动驱动力未知结构振动背景声压远处声源声源(shn yun)第7页/共24页第七页，共25页。入射波辐射条件开边界问题法向加速度已知结构振动驱动力未知结构振动背景声压(shn y)远处声源声源(shn yun)第8页/共24页第八页，共25页。湍流K-eps使涡流变得模糊不清 = 不适合气动声学方程需要势流低Re模型使用LES或可能的偶极子源白(粉、黑、机械)噪声模拟(mn)为（可能随机）振幅vs.频率点源、单极子、偶极子、线源没问题外加(wiji)声源第9页/共24页第九页，共25页。无声(wshng)源与绝对压力无关仅为感兴趣的分布和特征频率无源(w yun) 特征
4、频率分析第10页/共24页第十页，共25页。演示模型：房间的特征演示模型：房间的特征(tzhng)(tzhng)模式模式 COMSOL 4.1 COMSOL 4.1第11页/共24页第十一页，共25页。房间声场的特征(tzhng)模式日常生活中共振有时会成为一个问题。客厅中的音乐或家庭影院系统的低音能够摇动窗户及使地板震动。这些现象发生于一些特定的频率房间的特征频率。音乐的体验会受到房间声场的特征模式影响。因此，当设计一间音乐厅时，就必须考虑共振这一重要因素。为了得到清澈且不受渲染的声音，特征频率应当均匀地扩散。对于家庭影院或音乐系统的拥有者，由于无法改变房间的外形，所以探讨喇叭应放置于何处能
5、得到较佳的声音是比较恰当(qidng)的方法。第12页/共24页第十二页，共25页。模型(mxng)介绍本模型的房间尺寸为542.6m，里面有一台电视机、两个喇叭以及一个长沙发。用声压分布图直观地说明音乐(ynyu)的影响，计算所有低于100Hz的特征频率及特征模式（eigenmode）。特征模式显示了与之相应的特征频率下声音的强度(qingd)模式。经由特征模式的特性，可以得出结论，应该将喇叭放置于何处。第13页/共24页第十三页，共25页。模型(mxng)定义本模型使用波动方程（wave equation）描述声音在空气中的传播情形：其中p表示压力，c是声音的速度。假如空气被简谐振动的来源
6、引起运动（例如(lr)喇叭），而仅仅只有一种频率可在房间中存在。由此原因借由下式找寻时间谐波（time-harmonic）是有意义的。波动方程此时以声音(shngyn)扰动的振幅p简化为Helmholtz方程：本模型假设所有边界墙、地板、天花板以及家具都是完美刚体（硬声场边界），相当于法向速率为0。第14页/共24页第十四页，共25页。实例实例(shl)(shl)：中空圆柱体的声固：中空圆柱体的声固耦合耦合 COMSOL 4.1 COMSOL 4.1第15页/共24页第十五页，共25页。模型(mxng)简介本案例模拟浸没在水中的中空圆柱体（内部充满(chngmn)水）受到点声源或线声源激发时的
7、声场分布（f=60kHz）3D模型：1.声波与结构双向耦合2.分别模拟线声源和点声源线声源辐射(fsh)方程点声源辐射方程第16页/共24页第十六页，共25页。模型(mxng)定义求解域声压传输(chun sh)方程边界条件外层辐射边界条件(最大限度(xind)减少声波反射的影响)交界水面声波对圆柱圆柱对声波第17页/共24页第十七页，共25页。结果(ji gu)与讨论线声源(shn yun)辐射时声压级切面图和圆柱体变形图点声源辐射(fsh)时声压级切面图和圆柱体变形图第18页/共24页第十八页，共25页。实例实例(shl)(shl)：瞬态高斯脉冲波：瞬态高斯脉冲波 COMSOL 4.1 C
8、OMSOL 4.1第19页/共24页第十九页，共25页。模型(mxng)定义本案例模拟瞬态高斯脉冲。椭圆为硬声场边界，左焦点发出的声波会在 b/c秒后再次聚焦于右焦点，b为椭圆长轴的长度，c为声速。声压(shn y)方程为：左焦点为高斯脉冲波，一波长剖分6单元当t=1/f0时，波形如右图气流(qli)速度第20页/共24页第二十页，共25页。模型(mxng)定义，续f0与频宽成正比，f0=c/(Nh)，h为网格单元尺寸，N为每个波长内剖分的网格数。本模型取N=6.当t=1/f0时，波形和完整的高斯波非常(fichng)近似。高斯函数的傅里叶变换非常(fichng)简单（忽略截止效应）：其中w0
9、=2pf0，实际上信号所有的能量都在-2w0w2w0的范围内。网格尺寸和时间步长之间的关系和CFL数有关。此无量纲数在1附近表示空间和时间的解析度类似。COMSOL默认使用广义a和二阶单元，广义a的公差较大，所以(suy)CFL0.2时，时间空间的公差在同一量级。第21页/共24页第二十一页，共25页。结果(ji gu)与讨论h=0.15m, N=6, 所以t0=2.624ms. 本模型需要CFL 不适合(shh)。白(粉、黑、机械。演示模型：房间的特征模式 COMSOL 4.1。波动方程此时以声音扰动的振幅p简化为Helmholtz方程：。本模型假设所有边界墙、地板、天花板以及家具都是完美刚体（硬声场边界），相当于法向速率为0。实例：中空圆柱体的声固耦合 COMSOL 4.1。点声源辐射时声压级切面图和圆柱体变形图。感谢您的欣赏第二十五页，共25页。
