声学与振动 博客文章
如何模拟消声覆盖层
模拟消声覆盖层需要我们找到最小的单元格、截断几何结构，并分析波的衍射。COMSOL® 软件提供了实现类似操作的预置接口。
如何在仿真研究中使用声学拓扑优化
今天，瑞声达听力集团的客座博主 René Christensen 跟我们一起讨论声学拓扑优化的重要性，以及如何在 COMSOL Multipysics 中应用声学拓扑优化。 拓扑优化是一种强大的工具，通过使用这种工具，工程技术人员能够找到与其应用相关的问题的最佳解决方案。本文中，我们将深入研究声学方面的拓扑优化，以及如何最优分配声介质来获得所需的响应。下面几个例子将进一步说明这种优化技术的潜力。
优化用于海洋声学层析术的可调式风琴管
海洋声学层析系统通过在两个仪器之间传播音频信号来测量温度。这类系统一般需要利用低频信号来覆盖宽频带，并要求使用大功率声源。可调式风琴管能够平衡效率与功能，是实现上述目标的可靠选择之一。Teledyne Marine Systems 集团下设的 Advanced Technology Group 的研究人员使用仿真改进可调式风琴管设计，并对仿真与实验测试结果进行了比较。
高效计算穿孔板的声学转移阻抗
消音器等装置中的孔眼可使部分声音在消声室间和管道内外传播，从而达到消声的效果。当模拟穿孔板时，我们可以绘制出每一个小孔并进行网格剖分，但这会增加求解模型所需的时间。一种更有效的办法就是使用半透明边界。在本文中，我们将讨论几种使用了半透明边界的技术，并介绍一种可计算穿孔板转移阻抗的方法。
仿真助力减少航空发动机涡轮风扇的噪声
飞机涡轮发动机中的涡轮风扇是主要的飞行噪声源之一。过量的噪声可能会引发一系列健康问题，例如听力障碍、睡眠紊乱和压力疾病。声学建模可以帮助您优化涡轮风扇发动机的设计，减少噪音污染及其负面影响。我们将通过喷射管教程模型，阐明使用声学建模方法的好处。
麦克风与换能器的仿真评估
由于测量工具本身的缺陷，声学测量数据的准确性并非总是可靠。为了减少错误结果，人们针对麦克风和振动换能器等设备制定了专门的标准，规定了误差允许范围。除了符合标准，优秀的测量工具还能保证设备的误差范围始终保持一致。为了制造高质量设备，来自英国 Brüel＆Kjær 公司的研究团队使用多物理场仿真对麦克风和换能器设计进行了建模。
利用声学建模降低摩托车发动机噪声
降噪是摩托车设计的首要考虑因素之一。噪音过大、设计不良的摩托车可能违反噪声法规，或难以赢得客户的口碑，所以汽车制造商需要找出并消除噪声源，从而降低摩托车的噪声。为此，马恒达摩托车公司（Mahindra Two Wheelers）的研究人员求助于声学仿真。
借助 App 快速准确地分析声反射
对于许多工程领域，研究声的反射与吸收非常重要。仿真是进行此类分析的宝贵工具，它能够清楚地解释声波是如何与周围物体的表面发生相互作用的。今天，我们将以水-海床界面的声反射为例，了解“App 开发器”如何使该领域受益于仿真的强大功能。
三维多层石墨烯生物传感器的设计模拟
在整个科学界，石墨烯都可以说是一种有极强关注度和影响力的材料。石墨烯有许多用途，研究人员正尝试将其作为一种非常具有潜能的材料解决方案，用于医学和生物传感器应用设计。今天，我们将探讨仿真在分析和优化三维多层石墨烯生物传感器中是如何运用的。
如何打造出色的汽车音响效果
仅仅因为你在车里，并不意味着音质就应该低于标准。来自 COMSOL 认证咨询公司的一名特邀博主演示了如何使用声学仿真来优化汽车的声性能。
多物理场仿真助力分析小提琴的音调与音量
从 10 世纪到 18 世纪，小提琴的音孔从圆形逐渐演变为细长的 f 形。在最近发布的一篇研究论文中，美国麻省理工学院的科学家和波士顿北本尼特街学校（North Bennet Street School）的小提琴制造商研究了这种形状变化对音质的影响。他们认为 f 形孔能够增强气流，将小提琴低音的响度增加两倍。今天，我们将使用 COMSOL Multiphysics 重现他们的研究结果。
借助仿真 App 高效研究室内的噪声分布
建筑师和工程师们会在开始建造房屋前对声音质量进行优化设计；此时，他们就可以使用 COMSOL Multiphysics 等仿真工具来实现该目标，最终将以较低的成本实现精确的结果。现在，仿真 App 进一步提升了该工作流程的效率；它使不具备仿真专业知识的用户也能自行运行声学分析，从而能更快地得到结果。本篇博客将介绍我们的家庭住宅声学分析器 App，希望它能帮您加深对室内声学的理解并为您带来更多灵感。
扬声器发明百年：使用与影响
扬声器能够利用电流进行扩音，自发明以来，给广大听众带来了极大的便利。扬声器也由于不断创新得到人们广泛认可，不断改进设备并积极开发它的新用途。今年是扬声器发明 100 周年纪念，我们将带您一起探索它的悠久历史，以及仿真在推动设计进步中的重要作用。
用于声学仿真的新阻抗边界条件
在开发一个新产品或新功能时，第一步通常是单独了解功能特性。要通过数学建模获得可靠和准确的预测，必须非常详细地指定关键组件、测试设置和边界条件。然而，大多数工程师更愿意关注关键组件，而不是 “不相关”的部分。COMSOL Multiphysics 声学模块中新增的阻抗边界条件可以帮助工程师更准确地指定边界条件。 什么是阻抗边界条件？ 在回答上述问题之前，我们先来看看边界条件的定义。引入边界条件意味着 “我们知道在特定的边界上会发生什么”。边界条件会为域内正在求解的控制方程的动力学施加一个额外的约束。这个约束可以是一个已知的振动速度、一个硬声场壁或一个对称平面。施加了额外约束后，COMSOL Multiphysics 会寻找满足声学动力学 和 边界条件的解。 阻抗模型实际上是 “全流动”的模型，即同时对声压和声速施加一个条件，用于定义这两个因素之间的特定关系。在一些理想的情况下，这种关系是已知的。引入一个阻抗条件，本质上是形成一个特定的理想的声学行为。因此，阻抗边界条件 是一个很强大但简单的条件，适用于理想化动力学存在较明显的情况。例如我们熟知的麦克风腔的膜动力学，长管道中的声学，以及多孔表面的平面波声学，等等。 在数学上，阻抗边界条件指定了压力 p 和速度 v 之间的线性关系。 (1) p = Z\textrm{s} v 式中，Z\textrm{s} 是包含动力学的阻抗（SI 单位：Pas/m）。最高级的阻抗模型是在频域中给出的。因此，Z_\textrm{s} 通常是一个与频率有关的参数，Z_\textrm{s}=Z_\textrm{s}(\omega)。 与其指定一个 比阻抗 将速度与每一个点的压力联系起来（如等式(1)），不如使用声学阻抗 Z（SI 单位：Pas/m^3）将作用在一个表面的压力与该表面的体积流量 Q 相关联，即 (2) p = Z Q, \qquad Q = \intA v \ \mathrm{d} \mathbf{r} 最后，我们得到为行波定义的 特征比阻抗Z\textrm{c}。这类阻抗与波在域中移动时每一点的粒子速度和压力有关，这使它们成为对无限域有用的低阶模型。平面行波的关系，Z_\textrm{c}=\rho c 就是有一个典型的例子。 声学模块中的新阻抗模型 COMSOL Multiphysics 声学模块中的阻抗边界条件内置了几个直接可用于一系列声学应用的新模型。所有新增的模型都包含频率依赖性，并且只在频域中可用。(如果要在时域中定义一个阻抗边界条件，可以使用 用户定义的阻抗 边界条件）下表对这些模型进行了简单的描述，包括 压力声学 物理场接口的 阻抗 边界条件下的新增模型。 名称 描述 应用 RCL 集总参数电路元件模型，允许声阻（R）、声顺（C）和声惯（L）的任何组合。 电声: 用于移动设备和消费电子产品的麦克风膜、传感器等模型。 声-固相互作用:弹性材料和固体的机械行为的简单模型。 通用:弹性材料和固体的机械行为的简单模型。 生理学 经过实验验证的人耳和皮肤的模型。 助听器:人耳内使用的助听器的适当边界条件。 头部设备、移动设备、耳机:消费类设备的工作条件的理想声载荷。 人的皮肤: 人体是模拟域的一部分的模拟。 波导末端阻抗 波导两端的声学模型，有法兰盘和非法兰盘配置的选择。 长管道和导管:用于在管道和导管末端截断模拟域。当传播的波是平面波时，阻抗边界条件是很好的近似值。 […]
主动噪声控制中的声传播路径仿真
今天，Lars Fromme 将以比勒费尔德应用科学大学 （FH Bielefeld University of Applied Sciences）教授的身份回归我们的博客。 现代世界中，在机器的噪声下工作已经发展成为一个职业安全问题。为了保证工人的安全，我们可以借助仿真来开发一些低成本的噪声控制方案。比勒费尔德应用科学大学的研究人员决定借助 COMSOL Multiphysics 仿真软件来模拟声传播路径，希望藉此实现噪声控制。
声学轨迹角动量仿真
这篇博客介绍了声学轨迹角动量，并演示了如何模拟它。这是声泳力仿真系列博客的第 2 篇。
声辐射力的热黏性分析
了解声辐射力以及如何在 COMSOL Multiphysics 中对其进行全面热黏性分析。
通过声学扩散提升睡眠质量
声学扩散方程是最快速、最简单的高频声学模拟方法。事实上，当我为父母设计他们的新家时，这一方法对我的帮助很大。在这篇博客中，我将通过亲身体验来介绍声学扩散这一主题，重点讲解这一模拟方法背后的各项假设以及它的优缺点。
使用直接流固耦合方法计算声辐射力
本文是上一篇博客的后续报道，我们展示了在 COMSOL Multiphysics® 中计算声辐射力的一种直接的流体-结构相互作用的方法。
我们能听出鼓的形状吗？
半个世纪前，Mark Kac 做了一个有趣的讲座，讲座内容基于十年前他从 Bochner 教授那听到的一个问题：“我们能听出鼓声的形状吗？”他把讲座的重点放在特定的(待定)一组特征值能否确定振动鼓膜形状。特征值问题已经解决了，在这里，我们通过考虑一些有趣的物理效应，探索这个问题中“听”的部分。
使用 COMSOL Multiphysics 对室内声学进行建模
在室内声学中，重点是解决封闭空间的声音质量。我们向您演示如何在 COMSOL Multiphysics 中建立这些声学模型。
如何计算声辐射力
你知道吗，物体实际上可以被声音移动？这种效应被称为声辐射，它是一种可在 COMSOL® 软件中分析的声致伸缩现象。
仿真助力飞机发动机噪声分析
多年来，降低飞机发动机噪声一直是航空业的主要关注点。要将噪声辐射降到最低，当然需要先了解发动机噪声，考虑到飞机系统和几何的复杂性，这项任务就变得非常困难。通过航空发动机导流管模型，我们获得了对飞机发动机声场的更深入理解。
采用声悬浮技术精准制药
制造药品时需要无污染的空间，因此科学家尝试了许多创新的方法来改进相关工艺。在阿贡国家实验室（Argonne National Lab），曾希望能够创建一种可以在稀薄空气中漂浮和旋转化学化合物的设备并予以实现。这种设备可以非常精确地控制所需的每种化学药品的量，并将外部杂质破坏结果的风险降到最低。 声音如何举升物体 阿贡国家实验室（Argonne）的研究人员使用多物理场仿真和试错原型制作来提升声学悬浮装置的效率。当我们需要移动对象时，声音可能不是我们通常可以采用的工具。那么，如何利用声音在实验室环境中使物体漂浮或悬浮？答案在于以正确的方式组合力即可产生提升力。 当声音振动通过空气等介质传播时，所产生的压缩是可测且真实的。通过组合声泳力、重力和阻力等压力，不仅足以提升液体药物之类的材料，而且还可以根据操作员的需要对药物进行定位、旋转和移动。 声学悬浮器的换能器之间的波所产生的压力袋会在粒子尺度上产生较大的提升力。 结晶之前旋转药滴 通过使液滴保持稳定旋转，在药物保持液态和无定形状态下，研究人员能够使其进行化学反应。这是创造一个安全、稳定的环境使药物正确合成的关键所在。 声学悬浮装置的几何建模 声学悬浮装置中的每种材料和尺寸都会影响该设备，包括是否按照最终设计进行正常工作，以及是否能根据使用它的科学家的需求进行精细调整。 该设备的几何形状包括两个小型压电传感器，它们像喇叭一样竖立在产生药物的工作区域的上方和下方，如下图所示。 声学悬浮器的波型由位于平坦相对的换能器上的高斯形状泡沫控制。 设计中最重要的部分可能是由聚苯乙烯制成，并覆盖每个换能器端部的高斯形状的泡沫，这种泡沫可以消除所需范围之外的声波，能作为滤波器来维持均匀、明确的驻波。 Argonne的团队耦合使用了COMSOL Multiphysics® 中的“声学模块”、“ CFD模块”和“粒子追踪模块”对声学悬浮器进行了建模。通过仿真，他们能够缩小声场的形状和浮动液滴的位置。 上图仿真结果显示，在T = 0.75秒时，颗粒形成了液滴。左侧显示了仿真中预期的粒子分布，右侧显示了液滴的实际分布的照片。 使用声学悬浮装置生产更安全、更精确的药物 声悬浮技术的发展以及能控制越来越精细的化学反应的能力，使药物科学界的成员扩展了其研究领域，未来也许会发现更多能够挽救生命的新药。 扩展阅读 了解有关通过声悬浮技术实现飘浮更多信息。