声学与振动 博客文章
一场“安静”的革命:通过仿真分析电动机噪声
一个多世纪以来，世界在电动机的帮助下不停地运转。当人类社会享受到从电风扇到汽车等由电动机带来的各种好处时，人们可能就会要求这些机器变得更加安静。电动机发出的声音是一种多物理场现象，因为电动机的电磁运作会通过机器和周围的空气传送振动。
通过仿真分析高强度超声聚焦技术在生物组织中的传播
高强度超声聚焦（High-intensity focused ultrasound，HIFU）是一种用于生物医学领域的非侵入性技术，包括手术、癌症治疗和冲击波碎石术。当施加高强度聚焦超声时，超声波在焦点上耗散实现组织凝结和消融。我们可以通过仿真进一步分析该技术的声学特性和非线性性质。
使用 COMSOL Multiphysics® 模拟多孔介质的声学特性
今天的特邀博主 Kirill Horoshenkov（FREng）是来自英国谢菲尔德大学（the University of Sheffield）的声学教授，他讨论了如何使用 COMSOL Multiphysics® 软件和声学模块模拟多孔介质的声学特性。 对于多孔介质的声学特性，我们感兴趣的方面是它对入射声波具有极强的吸收和修改能力，其中入射声波与填充材料孔隙的流体会发生相互作用。黏性摩擦、惯性和热耗散效应是产生刚性结构多孔介质声学特性的主要原因。这些效应受材料的孔隙率和其他孔隙结构参数影响。对于大多数实际工程问题而言，尽管我们并不直接关注多孔材料的声学特性，但研究声学特性、孔隙率和结构形态之间的关系却非常有意义。 在与能量存储相关的应用中，测量影响多孔隔板的电解质吸收及导电能力的陶瓷隔板的孔隙率和曲折率非常重要；在与过滤操作相关的应用中，定期测量与上述相似的特性可以确定在有流体流动的情况下膜的渗透性；在制药应用中，通常需要测量平均粒度和压实度，粒度分布以及颗粒混合物吸收的水分量。在化学和化学工程应用中，重要的是要了解材料的内部孔隙表面积，用于通过输送催化剂控制化学反应并将有毒物质转化为化学惰性键。在噪声控制应用中，我们关注的是评估多孔层吸收声音的能力。 6 参数 Johnson–Champoux–Allard–Lafarge 模型 COMSOL Multiphysics 软件包含一系列可以预测多孔介质声学特性的模型。在以往的应用中，声学模块的 多孔介质声学功能（图1）中所包含的 Johnson-Champoux-Allard-Lafarge（JCAL）模型一直用于此目的，其结果被广泛参考（截至 2020 年 11 月 15 日，已有超过 2000 个 Scopus 文摘和引文数据库引用）。 JCAL 模型最初于 1991 年被提出（参考文献1）。它需要 6 个非声学参数来预测材料孔隙中流体复杂的、随频率变化的动态密度： (1) \rho(\omega)=\frac{\rhof \alpha\infty}{\epsilonp} \left[ 1+\frac{\sigma \epsilonp}{i \alpha\infty \rhof \omega} \left( 1+\frac{4i \alpha ^{2}\infty \mu \rhof \omega}{\sigma^2 \Lambda^2 \epsilon^{2}{p}}\right)^{1/2} \right] 以及动态可压缩性 (2) C(\omega) = \frac{\epsilonp}{\gamma P0} \left[\gamma – \frac{\gamma-1}{1-\frac{i \sigma’ \epsilonp}{\rhof \alpha\infty N\textrm{Pr} \omega} \left(1+\frac{4i \alpha^{2}{\infty}\mu \rhof N\textrm{Pr}\omega}{(\sigma’ \Lambda’ \epsilon_p)^2}\right)^{1/2}} \right] 图1 多孔介质声学接口的设置窗口的屏幕截图，显示了 JCAL 模型的 […]
借助仿真实现声呐系统的快速原型设计
借助多物理场仿真技术，诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman Corporation，NGC）快速完成了声呐系统的创新设计和实现。Lauren Lagua 是 NGC 水下系统部门声呐集成团队成员之一，她在 2020 年北美 COMSOL 用户年会的主题演讲中，讨论了如何使用 COMSOL Multiphysics® 软件在声呐系统开发中进行快速原型设计。文中摘录了她的一些演讲内容，并附加了完整的视频演讲，欢迎浏览。 视频演讲：NGC 如何使用 COMSOL Multiphysics® 进行快速原型设计 NGC 的快速原型设计流程 在 NGC 公司，工程师遵循着快速原型设计的流程，该流程包括四个部分，其中前三个部分经常重复多次： 原型设计 原型制造 测试与设计验证 最终设计的制造 Lauren Lagua表示，在该流程的每一个环节都使用了多物理场仿真技术。 原型设计 在为声呐系统设计换能器（Tonpilz 型压电换能器案例模型）时，工程师会通过测试不同的参数设置，来了解如何最好地实现项目的总体目标。他们可能会尝试测试材料（例如新的压电材料）、几何形状和频率等参数。Lauren 团队使用 COMSOL Multiphysics 的 压力声学、固体力学、静电 和电路 接口，确定了不同的参数变化如何影响其设计。 在测试新材料时，团队经常缺少供应商提供有关材料属性的所有必要信息。因此，他们使用 COMSOL Multiphysics 评估已有信息测试材料属性，并将评估结果与 COMSOL 模型进行比较来估计材料性质。 主题演讲的屏幕截图，显示了换能器设计中使用的材料。 原型制造 NGC 团队在建立好模型并运行之后，会在整个原型制造过程中执行一系列测试，并将其与模拟结果进行比较。有时结果会不匹配，例如模型中可能缺少物理场。有时，Lagua能够在原型中发现制造问题。例如，当将压电材料黏合到背衬基板时，可能会出现气泡或黏合不良等问题。 Lagua 对导致问题的原因进行了假设，并在 COMSOL Multiphysics 中模拟了其假设。通过将模型结果与原始原型的假设进行比较，Lagua 能够快速对制造问题进行故障排除并纠正。 测试和验证 准备好原型后，NGC 团队将对其电气和声学特性进行系统级测试。 电气测试包括阻抗测试和电容测量。 在声学方面，NGC 公司使用了最先进的声学测试设备。该设备是私营企业最大的测试池，直径为 15 米，可容纳约 1500 立方米水，并用红木衬砌，以建造一个理想的宽带声学测试环境（模仿开放水域环境）。声学测试池用于测量声呐换能器中的发射电压响应，远场电压灵敏度和辐射方向图。该设备的测试结果将被反馈回模型中，并进行验证模型，或者在必要时进行调整。 声学测试池。图片由 Northrop Grumman Corporation 提供。 一旦设计通过了快速原型设计流程的前三个阶段，就可以一次又一次地快速迭代它们，直到准备好制造出最终设计版本为止。 微型无人水下飞行器的声呐 在 Lagua 的主题演讲中，她以 NGC 公司的一个项目为例说明了如何借助仿真快速实现声呐系统的原型制造。该项目成功使用 COMSOL […]
混凝土墙的声传输损耗仿真
隔音是建筑物质量的一个重要评判标准。公寓和住宅区的居民经常会抱怨由于墙壁太薄而能听到邻居的活动；居住在高速公路或机场附近的居民不希望听到汽车或飞机日常飞行的噪音。
分析油箱振动的最佳方法是什么？
在某些情况下，传统的建模方法和简化会导致模型无法准确地表示一个结构。比如与流体接触的结构，该结构的动态响应由于流体的存在而显著改变，例如燃料箱。本文我们将比较用于分析燃料箱的传统建模方法和多物理场建模方法，并比较哪种建模方法可以提供更准确的结果…
人体头部扫描几何的头相关传递函数计算
头相关传递函数(head related transfer function，HRTF)是设计音频设备时的一个重要因素。声学工程师常使用通用的HRTF测量结果，但每个人都有自己的 HRTF —— 它就像指纹一样独特。为了进行更个性化的分析，可以用麦克风测量个人的 HRTF，但这个过程既耗时又繁复。
模拟人耳道内的声学特征 优化助听器和耳机设计
你有没有注意到当你戴着耳机或耳塞式耳机说话时，你自己的声音听起来有什么不同？这种现象被称为封闭效应，它会影响助听器的性能和舒适度，进而影响听障人士对助听器的接受程度。
弹性波，时域显式接口简介
从无损测试到地震波在土壤和岩石中的传播，有许多应用领域涉及弹性波在固体中的传播以及结构中的振动。
使用传递矩阵计算分析耵聍挡板声学
助听器可用于应对不同类型的听力损失，同时为了保证其功能的有效性，必须进行积极的维护。声学工程师和设计人员将耵聍挡板集成到助听器中，以保护其微型扬声器（在助听器中通常称为接收器）。
使用仿真优化微型扬声器设计
从手表到笔记本电脑，我们每天使用的设备中都有微型扬声器。在这篇博客文章中，学习模拟如何帮助优化微型扬声器和提高音质。
优化耳机设计 实现自由聆听体验
戴着耳机听音乐已经成为了大家日常生活的一部分。工程师在设计耳机时必须保证耳机以下几个方面的质量：音质、可靠性和安全性，不过这可能极具挑战性。
使用 COMSOL 评估人耳声学设备性能
通常，助听器、移动电话和耳机都需要高质量的声音，使用户可以拥有良好的听觉体验。为了评估设计的性能，音频工程师利用头部和躯干模拟器（HATS，一种模仿成人听力环境的人体模型）创建了样机。
如何在声学仿真中使用求解器建议
当建立大型工业规模的声学模型时，是否发现有效地解决现有硬件的问题具有挑战性?阅读这篇博客，了解如何在 COMSOL Multiphysics®中自动写入求解算建议
三星采用仿真技术改善扬声器设计
当你听到三星这个名字时，你可能会想到智能手机和电视机。然而，三星还有一个目标是成为排名第一的音响公司。为此，三星美国研究中心声学主管 Allan Devantier 在加州建立了三星音频实验室。
如何在声学仿真中根据频带自动划分网格
想象一下一架优雅的三角钢琴的弧形琴盖。曲线对应于琴弦的长度，琴弦的长度对应于音高的感知。这种视觉感知体现了声学的一个重要元素：我们对音调的感知是基于对数的。这意味着声学现象涉及到较大的频率范围。
在 COMSOL® 中模拟声-结构相互作用
声固耦合（ASI）问题要求对固体中的弹性波，流体中的压力波以及两者之间的相互作用进行建模。ASI 的使用包括有声音的产生，发散，传播或接收的设备，以及用于声音的分配、隔音或消除噪声的机械系统。
机械系统的频率响应分析
阅读这篇博文，你可以详细了解阻尼机械系统，在COMSOL®中建立频率响应分析的指南，以及如何解释结果的讨论。
光声光谱腔拓扑优化分析
在气体光声光谱学中，光和声用于检测周围环境中有害化合物的浓度。与其他光谱技术相比，光声学由于其检测方案而显示出最高的信噪比——但由于产生的声波通常太弱而不能被麦克风检测到，因此我们使用声学单元来放大信号。
在声波导模型中使用端口边界条件
通过结合几个端口边界条件，可以很容易地计算在排气和消声器系统的传输和插入损失。阅读本文，了解在声学建模应用此特征的更多好处。
通过仿真微调压电换能器设计
设计压电换能器本质上是一个多物理问题。请在此查看分析COMSOL®软件中此类设备的示例。
建立逼真的声悬浮器模型对抗重力
这不仅仅是科幻小说：物体真的可以漂浮。实现这一点的一种方法是利用声波在半空中提升和悬浮粒子。仿真可以拓宽这项技术的使用范围。
如何在封闭空间中建立基源模型
故事始于阿基米德正在处理的一桩金皇冠诈骗案。当他洗澡的时候突然有了灵感：将一个物体浸入水中，所排出的水量与该物体的体积相同，这样他就可以查出掺有杂质的黄金了。阿基米德高兴地大喊：“找到了（eureka）！”但是会有人会听到这著名的呐喊吗？通过仿真，我们可以评估共振和混响封闭空间（如浴室）的声学效果，及其对基源的响应。
如何建立兼具发射器与接收器功能的压电器件模型
某些类型的换能器可以同时充当发射器与接收器。我们演示了如何使用两个特征来模拟此类压电器件。