Acoustics Module
Neue App: Analyseanwendung für kleine Konzertsäle
Die Akustik eines kleinen Konzertsaals wird mit dem Interface Strahlenakustik simuliert. Mit der Anwendung können Sie eine Schallquelle mit Kugelcharakteristik, Wandabsorptionsparameter, Eigenschaften von Diffusern und die Mikrofonposition, an der die Impulsantwort gemessen wird, definieren. Die Ergebnisse beinhalten eine gefilterte Energieimpulsantwort für eine bestimmte Fourier-Komponente. Sie können eine Konzerthalle entsprechend der Nutzung optimieren, z. B. für Klassikkonzerte, Jazzveranstaltungen oder Lesungen. Dazu können Sie beispielsweise das Material von absorbierenden Täfelungen ändern oder sie entfernen, um die gewünschte Akustik zu erhalten.
Simulation der Impulsantwort einer Schallquelle mit Kugelcharakteristik bei einer bestimmten Mikrofonposition unter Berücksichtigung von Wandabsorptionsparametern und Diffusoreigenschaften.
Simulation der Impulsantwort einer Schallquelle mit Kugelcharakteristik bei einer bestimmten Mikrofonposition unter Berücksichtigung von Wandabsorptionsparametern und Diffusoreigenschaften.
Impedanz-Randbedingung für Druckakustik, Frequenzbereich
Das Interface Druckakustik, Frequenzbereich bietet nun mehrere vordefinierte Impedanz-Randbedingungen. Jede Randbedingung dient zur Modellierung eines bestimmten akustischen Verhaltens an Rändern. Sie können Folgendes modellieren: die Verluste von porösen Schichten, ein einfaches mechanisches System (angenähert durch eine Kombination aus Verlust, Nachgiebigkeit und Masse), das Verhalten an der Öffnung eines Wellenleiters und die Akustik von verschiedenen Bereichen des menschlichen Ohrs. Mit den Modellen für die Ohrimpedanz und Hautimpedanz können Sie bei der Entwicklung von Kopfhörern, Hörgeräten und ähnlichen Geräten realistische akustische Belastungen in die Analyse einbeziehen.
Die Impedanz-Randbedingungen werden in die folgenden Kategorien eingeteilt: Benutzerdefiniert, RCL, Physiologisch, Wellenleiterende-Impedanz, Poröse Schicht, und charakteristikspezifische Impedanz. Die bei komplexen Systemen mit diesen Impedanzbedingungen erzielten Ergebnisse liefern eine erste, ausreichend genaue Annäherung an das reale Verhalten und erfordern einen sehr geringen Berechnungsaufwand.
Abhängig von der Raumdimension stehen die folgenden Optionen für Impedanzmodelle zur Verfügung:
- Benutzerdefiniert: Zur Eingabe eines beliebigen benutzerdefinierten Ausdrucks.
- RCL: Umfasst Optionen für alle möglichen RCL-Schaltkreis-Kombinationen (äquivalenter akustischer Widerstand, Nachgiebigkeit und Inertanz). Image (a)
- Physiologisch: Umfasst Modelle für die menschliche Haut und das Ohr (Trommelfell, Ohrmuschel und ganzes Ohr). Image (b)
- Wellenleitende-Impedanz: Impedanzmodelle für Rohrenden mit und ohne Flansch. Image (c)
- Poröse Schicht: Zur Auswahl einer Schichtdicke und eines Modells für poröse Medien (gleiche Optionen wie bei der Funktion „Poroacoustics“).
- Charakteristische spezifische Impedanz: Für ebene, Kugel- und Zylinderwellen.
Im gezeigten Beispiel (d) werden mit dem Modell RCL-Impedanz die mechanischen Eigenschaften eines Messmikrofons modelliert. Im Überprüfungsbeispiel „Open Pipe“ in der Anwendungsbibliothek werden zwei Varianten der Wellenleitende-Impedanz-Bedingung verwendet.
In diesem Tutorial wird ein Generic 711 Coupler zur Simulation eines verstopften Gehörgangs eingesetzt. Die mechanischen Eigenschaften (die Impedanz) des Messmikrofons werden mit der Serien-RCL-Impedanzbedingung modelliert.
In diesem Tutorial wird ein Generic 711 Coupler zur Simulation eines verstopften Gehörgangs eingesetzt. Die mechanischen Eigenschaften (die Impedanz) des Messmikrofons werden mit der Serien-RCL-Impedanzbedingung modelliert. (d)
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Neue Modelle für die Akustik in porösen Medien
Die Liste der Fluidmodelle für die Akustik in porösen Medien wurde um die Fluidmodelle Wood und Williams EDFM für die äquivalente Dichte erweitert. Mit diesen Modellen können Sie Sedimente und Fluide unter Einbeziehung von Teilchen untersuchen. Für das Modell Delany-Bazley-Miki wurden mehrere neue Sätze von vordefinierten Parametern implementiert.
- Wood: Zur Modellierung von Fluiden unter Einbeziehung von z. B. Partikeln.
- Williams EDFM: Ein effektives Dichtefluidmodell zur Analyse der Ausbreitung von akustischen Wellen in Sedimenten.
- Delany-Bazley-Miki: Neue vordefinierte empirische Koeffizienten, u. a. angepasster Allard- und Champoux-Koeffizient.
Dipol-Punktquellen für Druckakustik, Frequenzbereich
Mathematisch betrachtet ist ein Dipol eine Quelle, die zwei Monopolen entspricht, die nahe zusammenliegen und eine maximale Phasenverschiebung aufweisen. Dipole treten auf, wenn veränderliche Kräfte in einem Medium wirken, z. B. ein kleines Objekt, das vibriert. Eine komplexe akustische Quelle kann durch mehrere Punktquellen (Monopole, Dipole und Quadrupole) erweitert und genähert werden.
Plot der Druckfeld-Isofläche und Schalldruck-Oberfläche um eine Dipol-Punktquelle herum.
Plot der Druckfeld-Isofläche und Schalldruck-Oberfläche um eine Dipol-Punktquelle herum.
Quadrupol-Punktquellen für Druckakustik, Frequenzbereich
Mathematisch betrachtet ist ein Quadrupol eine Quelle, die zwei Dipolen entspricht, die nahe zusammenliegen. Eine komplexe akustische Quelle kann durch mehrere Punktquellen (Monopole, Dipole und Quadrupole) erweitert und genähert werden.
Plot der Druckfeld-Isofläche und Schalldruck-Oberfläche um eine Quadrupol-Punktquelle herum, wobei der laterale Konfigurationstyp für die Energie verwendet wird.
Plot der Druckfeld-Isofläche und Schalldruck-Oberfläche um eine Quadrupol-Punktquelle herum, wobei der laterale Konfigurationstyp für die Energie verwendet wird.
Innengeschwindigkeit Randbedingung für Thermoakustik, Frequenzbereich
Mit dieser Randbedingung wird im Thermoakustik-Interface einem Innenrand eine Geschwindigkeit zugewiesen. Mit dieser Bedingung kann beispielsweise die Geschwindigkeit der Membran eines Miniaturwandlers festgelegt werden. Dabei kann der Wandler z. B. mit Ersatzschaltungen modelliert werden. Die einzelnen Geschwindigkeitskomponenten können unabhängig voneinander definiert werden, und es kann eine Druckkontinuität entlang des Rands erzwungen werden. Weiterhin stehen Optionen zur Definition der thermischen Bedingungen zur Verfügung.
Neue Datensätze zum vereinfachten Ermitteln und Plotten des Fernfeldes außerhalb des Berechnungsnetzes
Die Datensätze Parametrisierte Kurve und Parametrisierte Oberfläche ermöglichen nun die Ermittlung des Fernfeldes an Stellen, an denen kein Gebietsnetz vorhanden ist. Dazu aktivieren Sie das Kontrollkästchen Nur global definierte Ausdrücke auswerten. Die Fernfeldvariablen werden außerhalb des Netzes auf einer vordefinierten parametrisierten Fläche oder Kurve bestimmt. Mit der neuen Funktion Gitter-Datensätze können Sie die Fernfeldlösung außerhalb des Berechnungsbereichs, in Volumen oder auf Oberflächen, plotten. Auf die Lösung für dieses Gitter kann über das Einstellungsfenster 3D Gitterzugegriffen werden.
Außerhalb des Berechnungsbereichs (außerhalb des Netzes) geplottetes Druckfeld für einen Tonpilz-Piezowandler. Das Druckfeld wird mithilfe des 3D-Gitterdatensatzes und des Fernfeldes berechnet. Die Wandler-Nachbearbeitungswerte werden auf dem Netz des Modells geplottet, während die Fernfeld-Nachbearbeitungswerte auf ein einfaches und nicht sichtbares Rechteckgitter geplottet werden. Das Gitter liegt in dem Raum, der den Wandler umgibt.
Außerhalb des Berechnungsbereichs (außerhalb des Netzes) geplottetes Druckfeld für einen Tonpilz-Piezowandler. Das Druckfeld wird mithilfe des 3D-Gitterdatensatzes und des Fernfeldes berechnet. Die Wandler-Nachbearbeitungswerte werden auf dem Netz des Modells geplottet, während die Fernfeld-Nachbearbeitungswerte auf ein einfaches und nicht sichtbares Rechteckgitter geplottet werden. Das Gitter liegt in dem Raum, der den Wandler umgibt.
Neue Array-Datensätze
Mit einem neuen Datensatz können Sie Array-Datensätze erstellen, mit denen direkt periodische Lösungen geplottet werden können. Mit diesen Array-Datensätzen können Sie beispielsweise Lösungen visualisieren, die mit Modellen erzielt wurden, die die Randbedingung Floquet-Periodizität verwenden.
Plot des Gesamtdrucks für einen porösen Absorber mit der neuen Datensatzfunktion Array 2D.
Plot des Gesamtdrucks für einen porösen Absorber mit der neuen Datensatzfunktion Array 2D.
Strahlenakustik: Berechnung der Intensität in gradierten Medien
Sie können nun die Intensität von gradierten Medien (Medien, bei denen die Schallgeschwindigkeit raumabhängig ist) berechnen. Ein Beispiel dafür ist die Akustik in Meeren, in denen die Schallgeschwindigkeit signifikant von der Tiefe und von Temperatur und Salzgehalt abhängt. Die Intensitätsberechnung basiert nun auf einem Krümmungstensor anstatt auf den Hauptkrümmungen. Zur Verwendung des Krümmungstensors wählen Sie im Einstellungsfenster des Strahlenakustik-Knotens im Abschnitt Strahleneigenschaften unter Berechnung der Intensität die Option Unter Benutzung des Krümmungstensors aus.
Strahlenakustik: Modellierung der Dämpfung in Fluiden
Mithilfe von zwei Optionen können Sie nun die Dämpfung von Schallwellen in Fluiden modellieren. Die Dämpfung ist bei der Schallausbreitung in Luft bei höheren Frequenzen und bei großen Räumen, z. B. Konzertsälen, eine wichtige Größe. Der Dämpfungswert ist auch bei der Unterwasserakustik von Interesse. Über die Dämpfungsoption Linear elastisch können Sie einen benutzerdefinierten Ausdruck für den Dämpfungskoeffizienten erstellen. Mit der Option Wärmeleitend und viskos wird der klassische Ausdruck für die Dämpfung aufgrund von Viskosität und Wärmeleitung definiert.
Strahlenakustik: Umfassendere Unterstützung der Strahlenakustik dank frequenzabhängiger Materialeigenschaften
Für Strahlenakustikmodelle können Sie nun im Einstellungsfenster Material anstatt im Fenster Eigenschaften des Mediums die Materialeigenschaften festlegen, die von der Strahlenfrequenz oder einer anderen Strahleneigenschaft abhängen. Dabei müssen alle Strahleneigenschaften im neuen Operator noenv() enthalten sein. Durch diesen Operator können nur für Strahlen vorhandene Größen berücksichtigt werden, die in für Bereiche definierte Ausdrücke einbezogen werden sollen.
Strahlenakustik: Weitere Verbesserungen
- Verbesserte Gebietsebenenfunktion Akkumulator: Die Variable der Funktion Akkumulator kann nun mehr als 10 Mal schneller und genauer als in Version 5.0 berechnet werden. Die Solver-Sequenz für die Modelle muss nicht mehr manuell geändert werden.
- Neuer Freisetzungstyp: Freigabe aus Datendatei. Sie können nun Anfangspositionen und -richtungen von Strahlen aus einer Textdatei importieren.
- Neue Optionen für die Funktion Freigabe vom Raster: Sie können nun für Rastertyp die Option Alle Kombinationen oder Festgelegte Kombinationen auswählen. Diese Optionen ermöglichen eine bessere Steuerung der Anfangspositionen von Strahlen.
Dokumentation
Der Bedienungsanleitung für das Acoustics Module wurden weitere Kapitel hinzugefügt, die u. a. Folgendes behandeln: Modellierung, Tipps und Tricks sowie optimale Vorgehensweisen bezüglich Vernetzung und Solver-Verwendung.
Neue Übung: Analyse eines Helmholtz-Resonators mit verschiedenen Frequenzbereich-Solvern
Mit diesem Übungsmodell wird ein Frequenz-Sweep eines Helmholtz-Resonators simuliert, um zu veranschaulichen, wie verschiedene Löser im Frequenzbereich verwendet werden. Dieser Resonator stellt einen klassischen Akustikresonanzkreis mit einer bekannten theoretischen Lösung dar. Zusätzlich zum Löser Stationär werden für das Modell die Löser Asymptotische Wellenform-Auswertung und Stationär, Frequenzbereich, modal verwendet, mit denen das Ergebnis basierend auf Erweiterungen um ein paar genaue Lösungen im Sweep-Bereich hreum rekonstruiert wird.
In diesem Übungsbeispiel wird der Durchschnittsdruck im Volumen eines Helmholtz-Resonators als Funktion der Frequenz geplottet. Der Frequenzgang wurde mit dem Standard-Frequenzbereich-Solver und den Solvern AWE (AWE: Asymptotic Waveform Evaluation) und Frequenzbereich, modal berechnet.
In diesem Übungsbeispiel wird der Durchschnittsdruck im Volumen eines Helmholtz-Resonators als Funktion der Frequenz geplottet. Der Frequenzgang wurde mit dem Standard-Frequenzbereich-Solver und den Solvern AWE (AWE: Asymptotic Waveform Evaluation) und Frequenzbereich, modal berechnet.
Neue Übung: Tonpilz-Piezowandler mit einem vorgespannten Bolzen
In dieser Übung wird gezeigt, wie die Akustik-Struktur-Wechselwirkung mit dem Frequenzbereich, linearisiert Solver modelliert wird. Der Tonpilz-Piezowandler wird bei einer relativ niedrigen Frequenz und starker Schallemission simuliert. Diese Bedingungen gelten häufig bei Sonaranwendungen. Der Wandler besteht aus piezokeramischen Ringen, die durch einen Mittelbolzen zusammengehalten werden.
In dieser Übung wird demonstriert, wie der Effekt der Vorspannung im Bolzen einbezogen wird. Der Frequenzgang des Wandlers wird untersucht, um Größen wie Deformation, Spannungen, abgegebene Leistung, Schalldruck, die TVR-Kurve (TVR: Transmitting Voltage Response) und das Bündelungsmaß (DI) des Schallstrahlenbündels zu bestimmen. Für dieses Modell sind das Acoustics Module, das Structural Mechanics Module und das AC/DC Module erforderlich.
Der Tonpilz-Piezowandler wird für relativ niederfrequente, starke Schallemissionen eingesetzt. Der Wandler besteht aus piezokeramischen Ringen, die durch massive Platten und einen vorgespannten Mittelbolzen zusammengehalten werden. Die Kopf- und Fußmasse verringern die Resonanzfrequenz des Wandlers. Bei diesem Tutorial wird der Frequenzgang des Wandlers mit vorgespanntem Bolzen untersucht. Die Abbildung zeigt die Deformation des Wandlers bei 40 kHz. Für diese Übung sind das Acoustics Module, das Structural Mechanics Module und das AC/DC Module erforderlich.
Der Tonpilz-Piezowandler wird für relativ niederfrequente, starke Schallemissionen eingesetzt. Der Wandler besteht aus piezokeramischen Ringen, die durch massive Platten und einen vorgespannten Mittelbolzen zusammengehalten werden. Die Kopf- und Fußmasse verringern die Resonanzfrequenz des Wandlers. Bei diesem Tutorial wird der Frequenzgang des Wandlers mit vorgespanntem Bolzen untersucht. Die Abbildung zeigt die Deformation des Wandlers bei 40 kHz. Für diese Übung sind das Acoustics Module, das Structural Mechanics Module und das AC/DC Module erforderlich.
Aktualisierte Übungen
Mehrere Übungsmodelle in der Anwendungsbibliothek des Acoustics Module wurden aktualisiert, um die neuen Funktionen zu demonstrieren. Zu diesen Übungen gehören:
- Open Pipe: Verwendet die neuen Wellenleitende-Impedanz-Randbedingungen für kreisförmige Rohre mit und ohne Flansch.
- Generic 711 Coupler - An Occluded Ear-Canal Simulator und Lumped Receiver Connected to Test Set-Up with a 0.4cc Coupler: Bei beiden Übungen wird die neue Randbedingung RCL-Impedanz angewendet.
- Porous Absorber und Reflections off a Water-Sediment Interface: Bei beiden Übungen wird der Lösungsweg mit der neuen Funktion Periodischer Datensatz demonstriert.
- Bessel Panel: Arbeitet nun mit einem iterativen Solver.
- Jet Pipe: Das Modell wird nun in mehreren Studienschritten gebildet, und es wird die Abhängigkeit vom Umfang berücksichtigt.
- Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone, Loudspeaker Driver, Generic 711 Coupler-An Occluded Ear-Canal Simulator und Reflections off a Water-Sediment Interface: Bei allen vier Übungen werden nun vordefinierte Multiphysik-Kopplungen angewendet.
Beim aktualisierten Strahlrohrmodell wird die periphere Abhängigkeit des Druckfeldes nun bei der Nachverarbeitung berücksichtigt, indem der Datensatz Drehung 2D angewendet wird. Das Modell demonstriert das aeroakustische Verhalten von Lärm, der von einem Turbolüfter emittiert wird.
Beim aktualisierten Strahlrohrmodell wird die periphere Abhängigkeit des Druckfeldes nun bei der Nachverarbeitung berücksichtigt, indem der Datensatz Drehung 2D angewendet wird. Das Modell demonstriert das aeroakustische Verhalten von Lärm, der von einem Turbolüfter emittiert wird.