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声源
• 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 –远处声源
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声源
• 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 –远处声源
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实例：瞬态高斯脉冲波 COMSOL 4.1
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模型定义
• 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
气流速度
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模型简介
• 本案例模拟浸没在水中的中空圆柱体（内部充满水）受到 点声源或线声源激发时的声场分布（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
• 求解声压，p
–1 atm = 100 kPa –p ~ 1 – 100 Pa
• 频域中的控制方程
p 0
2 p 0 c2 0
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演示模型：房间的特征模式 COMSOL 4.1
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声源
• 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 –远处声源
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求解域声压传输方程
外层辐射边界条件 (最大限度减少声波反射的影响) 边界条件 交界水面 圆柱对声波
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实例：中空圆柱体的声固耦合 COMSOL 4.1
声波对圆柱
结果与讨论
线声源辐射时声压级切面图 和圆柱体变形图
点声源辐射时声压级切面图 和圆柱体变形图
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模型定义，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 完整的高斯波非常近似。 • 高斯函数的傅里叶变换非常简单（忽略截止效应）：
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压力声学
• 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
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模型介绍
• 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。
线声源辐射方程
点声源辐射方程
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模型定义
房间声场的特征模式
• 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得 到较佳的声音是比较恰当的方法。
–与绝对压力无关 –仅为感兴趣的分布和特征频率
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COMSOL实例分析
中仿科技技术部
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声学模块的典型应用领域
喇叭
消声器
汽车回音
航空发动机
声固耦合
声压传感器
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模型定义
• 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 的来源引起运动（例如喇叭），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（timeharmonic）是有意义的。 • 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。
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外加声源
• 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
–模拟为（可能随机）振幅vs.频率
• 点源、单极子、偶极子、线源…
–没问题
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声源
• 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 –远处声源
•Fe
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无源 – 特征频率分析
• 无声源
声学模块
• 全面处理流体和固体中的声波问题 • 支持时谐、瞬态、特征频率、以及模态等分析 • 特点
– 易用的振动分析 – 支持衰减材料、压电材料 – 完美匹配层概念（PML） – 远场后处理功能 – 气动声学
音箱声压级分布
微穿孔版消声器
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