2026 年 9 月 23 日 13:30–16:20

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COMSOL 主题日:声学

探索多物理场仿真的无限可能

声学和振动现象被广泛应用于各类产品设计,例如扬声器、麦克风、移动设备、助听器、建筑、汽车、超声成像和无损检测等,是许多工业领域中的关键环节。

COMSOL Multiphysics®在声学领域得到了广泛认可,用于模拟和求解各类与声学相关的物理现象,包括微声学、室内声学、气动声学、超声、振动声学以及电声学等。软件提供了创建和求解声学系统及设备高保真模型的多物理场耦合仿真功能,以及多种数值方法。

在此次声学主题日活动中,您将了解 COMSOL 多物理场仿真在声学研究和器件设计中的广泛应用。届时将有来自业界的专家带来主题演讲,COMSOL 工程师也将与您共同探讨多物理场仿真在声学领域中的应用。

欢迎您邀请同事及好友参加此次活动。请查阅页面下方的日程表,了解活动的具体安排。

日程安排

1:30 p.m.

COMSOL 多物理场仿真软件提供了全面的声学仿真功能,广泛应用于压力声学、气动声学、电声、超声,以及水声等各种声学相关领域,可以实现从热粘滞效应的微观声学,到扬声器单体,再到音乐厅等大型空间的多尺度分析。借助多物理场仿真技术,工程人员可以准确模拟各种声学现象、直观呈现声场分布,准确评估并优化产品在真实工况下的性能。

在本环节中,我们将概述 COMSOL 多物理场仿真软件在声学中的应用,并简要介绍 GPU 加速以及 AI 辅助仿真等功能。

1:45 p.m.
主题演讲
平衡衔铁换能器的非线性特性及声学响应仿真

浙江中科电声研发中心,陆晓

在助听器、高保真耳机等小体积消费类电子产品中,平衡衔铁换能器因其小尺寸、高转换效率及高灵敏度等优势,常被用作声源。然而,被磁化的平衡衔铁不断运动使得磁路具有固有的非线性特性,即使在小振幅下,声学响应也受非线性特性影响。

本报告首先介绍平衡衔铁换能器的非线性集总参数模型,阐明反电动势和磁场力与小振幅下声学响应的关系;进而提出一种基于 COMSOL 的考虑磁场非线性的声学响应频域仿真方法,仿真结果与实测数据基本吻合。

2:15 p.m.
休息
2:20 p.m.
并行环节
电声器件

扬声器和麦克风等电声器件通常涉及电磁、机械振动和声传播等不同物理现象之间的相互影响。借助多物理场仿真,工程师可以建立完整的电-力-声全耦合模型,更好地理解电声器件的工作原理,优化设计方案。COMSOL Multiphysics® 提供了全面的电声器件仿真功能,可以准确模拟磁力学耦合、声-结构相互作用等多物理场耦合问题,并支持使用集总电声耦合的方法将集总电路和有限元模型结合,实现终端产品应用的系统级分析。

在本环节中,我们将介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对扬声器和麦克风等电声器件进行仿真分析。

振动与噪声

结构振动时往往会辐射声音,入射声波亦能激发结构振动。振动声学分析是理解声音产生、传播与接收的关键,在声学换能器设计及噪声控制中具有重要价值。

在本环节中,我们将重点介绍 COMSOL Multiphysics® 软件的声‑结构耦合仿真功能,以及如何用于分析结构振动与声压场之间的强耦合作用。我们将展示如何利用声‑结构耦合模型对声学设备进行特性分析与设计优化,并探讨如何借助虚拟实验对声学材料和系统方案开展测试,以有效抑制不必要的振动与噪声。

3:00 p.m.
并行环节
车载音频

随着汽车产业的快速发展,智能化的驾乘体验正受到更多的关注。借助多物理场仿真技术,工程人员可以在研发早期无样车的情况下综合考虑造型、结构与车内外声场等设计需求,预测整车级声学性能并快速迭代方案。COMSOL 多物理场仿真软件能够准确模拟声学、结构、电磁、传热等不同物理现象及其之间的相互作用,通过虚拟化方式优化车载音频设计方案,大幅缩短研发周期,提升汽车座舱的听觉品质。

在本环节中,我们将展示 COMSOL 多物理场仿真在车载音频中的应用,内容涵盖从零件级到整车级的完整仿真方案,包括单体与波导结构设计、扬声器布局、车内声学响应、可听化评估,以及异响预测与控制等方面。

超声仿真

超声波广泛应用于工业、医疗、建筑等领域,常用于无损检测、流量测量、医学成像与超声治疗等场景。在超声设备应用中,需综合考虑超声波引发的振动、发热、流体流动等多物理现象,及其对测量或成像精度的影响。COMSOL Multiphysics® 能够模拟超声波在弹性和压电固体以及静止或运动流体中的传播,同时支持时域和频域仿真,并全面考虑多种物理场之间的耦合作用,帮助工程人员精确分析声波传播过程。

在本环节中,我们将介绍如何利用 COMSOL 进行超声仿真分析,重点探讨超声波在固体与流体中的传播特性,并展示在压电换能器、导波无损检测、超声流量计及医学超声等典型应用中的仿真方法。

3:40 p.m.
并行环节
声学超材料

声学超材料具有天然材料所不具备的超常声学特性,能够实现对声波的控制,常用于高效吸隔音、负折射、波束转向和滤波等应用。COMSOL Multiphysics® 可以通过仿真指导各种声学超材料的结构设计,实现对超材料有效特性的精准控制,并可进一步验证实际阵列结构的宏观声学性能。

在本环节中,我们将介绍如何在 COMSOL Multiphysics® 中进行声学超材料的建模和仿真,并通过案例演示如何计算声子晶体单胞结构的带隙特性,并对完整的阵列结构进行结果验证。

GPU 加速声学仿真

GPU 计算为大规模、高计算成本的声学仿真提供了新的提速可能。本环节将介绍 COMSOL Multiphysics® 中基于 GPU 的求解器技术,重点探讨如何缩短声学仿真的求解时间,并显著提升整体计算性能。

我们将详细讲解 COMSOL 自研的适用于间断伽辽金显式时域法压力声学问题的 GPU 求解器(目前已支持多 GPU 并行),以及 6.4 版本中新增的面向 NVIDIA GPU 的 NVIDIA CUDA® 直接稀疏求解器(NVIDIA cuDSS),并讨论如何将 cuDSS 求解器应用于单物理场及多物理场声学模型。

此外,我们还将演示如何在 COMSOL 中配置 GPU 计算及设置求解器参数,并通过声学案例,直观展示 GPU 计算相较于 CPU 计算的加速效果。

4:20 p.m.
结束

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COMSOL 主题日详情

主办地开始时间:
2026 年 9 月 23 日 | 13:30 (UTC+08:00)
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特邀嘉宾

陆晓 浙江中科电声研发中心

陆晓,中国科学院声学研究所理学博士、高级工程师,中国电子音响行业协会专家委员会委员。现任浙江中科电声研发中心副主任,主要从事振动和声学领域的多物理场仿真技术研发和咨询服务工作,涉及车载音频、专业音响、微电声、消费类电子和振动器等各类声学产品。在多物理场仿真技术研发和声学产品优化设计等方面具有扎实的理论基础和丰富的实践经验。