Acoustics Module
Neue Anwendung: „Absorptive Muffler Designer“
Schalldämpfer werden zur Absorption von Schall, welcher beispielsweise von Verbrennungsmotoren emittiert wird, eingesetzt. Dabei sind Schalldämpfer in der Regel in einem bestimmten Frequenzbereich besonders wirksam. Die Dämpfung wird durch das Schalldämmmaß als Funktion der Frequenz in dB angegeben.
Mit dem „Absorptive Muffler Designer“ können Sie einen einfachen Resonanzschalldämpfer mit einem porösen Innenfutter untersuchen. Die Anwendung ermöglicht die Analyse der induktiven und resistiven Dämpfung eines Schalldämpfers.
Dazu lassen sich die Abmessungen des Schalldämpfers, die Umgebungsbedingungen und die Eigenschaften des porösen Futters bzw. der Innenverkleidung ändern und die entsprechenden Resultate untersuchen.
Benutzeroberfläche der „Absorptive Muffler Designer“ App.
Neue Anwendung: „One-Family House Acoustics Analyzer“
Mit der Anwendung „One-Family House Acoustics Analyzer“ wird die Schallausbreitung in den Räumen eines zweistöckigen Hauses mit insgesamt zehn Zimmern untersucht. Die Anwendung ermöglicht die Ermittlung der Schalldruckpegelverteilung im Haus, wobei mehrere Schallquellen interaktiv innerhalb des Hauses verteilt werden können.
Sie ist für typische Akustikuntersuchungen geeignet, mit denen Ingenieure oder Architekten die Geräuschumgebung in zusammenhängenden Räumen, z. B. von Wohngebäuden, Büroräumen oder Produktionsbetrieben, untersuchen können. So kann beispielsweise sichergestellt werden, dass ein Arbeitsplatz die Arbeitsschutzbestimmungen bezüglich der Lärmbelastung erfüllt.
Durch die Anwendung kann ein Ingenieur oder Architekt vor Ort verschiedene Szenarien mit mehreren Schallquellen und Wandisolierungscharakteristiken simulieren. Dies ermöglicht den direkten Vergleich der Simulationsergebnisse mit gemessenen Werten. Mit der Anwendung können Sie mehrere Schallquellen definieren und in verschiedenen Räumen des Hauses platzieren und ggf. wieder entfernen, um die resultierende Schalldruckpegelverteilung zu ermitteln.
Die Schalldruckpegelverteilungen können mit dem Physikinterface Akustische Diffusionsgleichung von COMSOL Multiphysics schnell und einfach ermittelt werden.
Benutzeroberfläche der „One-Family House Acoustics Analyzer“ App mit den verschiedenen Geräuschquellenoptionen.
Neue Anwendung: „Organ Pipe Design“
Mit dem „Organ Pipe Designer“ können Sie eine Orgelpfeifenkonstruktion entwerfen und anschließend den Klang und die Tonhöhe in einer benutzerfreundlichen Anwendung wiedergegeben. Der ausgegebene Pfeifenton umfasst dabei bis zu sechs Oberwellen mit verschiedenen Amplituden.
Die Orgelpfeife wird mit dem Interface Rohrakustik, Frequenzbereich von COMSOL Multiphysics modelliert. Mit der Simulationsanwendung können Sie die Abhängigkeit der Grundfrequenz von Pfeifenradius und Wanddicke sowie von Umgebungsdruck und Temperatur untersuchen.
Mit der Anwendung können Sie die gesamte Frequenzantwort, welche die Grundfrequenz und die Oberwellen enthält, bestimmen. Durch eine Java®-Code gestützte Methode kann darin die Anwendung alle Positionen und Amplituden der Oberwellen erkennen. Dadurch werden die Analysefähigkeiten von COMSOL Multiphysics erweitert.
Neue Anwendung: „Acoustic Reflection Analyzer“ für Sediment-Wasser-Grenzschichten
Schallreflexionen an Oberflächen von verschiedenen Strukturen müssen im Rahmen zahlreicher technischer Disziplinen ermittelt werden. Der „Acoustic Reflection Analyzer“ für Sediment-Wasser-Grenzschichten enthält ein Beispiel für ein System, bei dem Schallreflexionen zur Untersuchung von Unterwasserakustik und Sonaranwendungen ermittelt werden.
Die Anwendung analysiert Reflexions- und Absorptionskoeffizienten von gestreuten ebenen akustischen Wellen, die auf eine Sediment-Wasser-Grenzschicht treffen. Dies geschieht in Abhängigkeit verschiedener Frequenzen und Einfallswinkeln. Zusätzlich werden die Absorptionsgrade für zufällig einfallende Wellen für die untersuchten Frequenzen bestimmt.
Die gekoppelten akustischen und elastischen Wellen in einem porösen Stoff werden für ein Sediment-Wasser-System mit Hilfe des Interface Poroelastische Wellen von COMSOL Multiphysics modelliert (basierend auf der Biot-Theorie).
Benutzeroberfläche der „Acoustic Reflection Analyzer“ App für Sediment-Wasser-Grenzschichten – angezeigt wird der Gesamtdruck.
Oktavband-Plots
Mit einem neuen Akustikplot, dem Oktavband-Plot, können Sie nun Frequenzbereichübertragungsfunktionen, Antworten, Empfindlichkeitskurven, Einfügedämpfung und das Schalldämmmaß darstellen. Die Plotfunktion bietet mehrere integrierte Akustikfunktionen, z. B. vordefinierte Gewichtung (Z, A, C und benutzerdefiniert) und Plotstil (Oktavbänder, Terzbänder oder stetige Kurve). Für die Banddarstellung wird beispielsweise der Durchschnitts- oder Integralwert des quadrierten Drucks über einen Frequenzbereich, der von der Mittelfrequenz und der Bandbreite bestimmt wird, geplottet.
Die Eingangsdaten eines Oktavband-Plots sind Frequenzbereichslösungswerte. Dies kann beispielsweise der Schalldruck sein, der aus einer Frequenzbereichsstudie oder einem parametrischen Frequenzgang stammt. Im Oktavband-Plot wird automatisch ein bestimmter Ausdruckstyp auf der dB-Skala dargestellt. Dies vereinfacht die Nachbearbeitung, da es nicht mehr nötig ist, den Ausdruck als Variable zu definieren. Die Eingangs-Geometrieentitätsstufe des Plots kann vom Typ Global, Punkt, Kante, Rand oder Gebiet sein. Bei den letzten drei Typen wird automatisch der Durchschnittswert gebildet, wodurch das Definieren und Plotten der durchschnittlichen Leistung, beispielsweise am Einlass des Modells, vereinfacht wird.
Drei Ausdruckstypen stehen zur Auswahl:
- Amplitude (z. B. der an einem Punkt gemessene Druck)
- Leistung (z. B. die Schallintensität am Schalldämpfereinlass)
- Übertragungsfunktion (z. B. elektroakustische Übertragungsfunktion zwischen Spannung und Druck bei einem Mikrofon)
Für die Darstellung der Antwort stehen drei Plotstile zur Verfügung:
- Oktavbänder
- 1/3 Oktavbänder
- Stetig
Weiter können Sie auch eine Gewichtung auf die Antwort anwenden:
- Z-, A- und C-Gewichtung (entsprechend der Norm IEC 61672-1)
- Benutzerdefinierte Gewichtung (Sie können eine beliebige Gewichtung eingeben, die von der Frequenz abhängen kann)
Die Empfindlichkeitskurve beim Loudspeaker Driver-Übungsmodell, geplottet als stetige Kurve und als Terzbereiche.
Die Empfindlichkeitskurve beim Loudspeaker Driver-Übungsmodell, geplottet als stetige Kurve und als Terzbereiche.
Das Schalldämmmaß beim Absorptive Muffler-Übungsmodell, gezeigt als Terzbereiche für zwei verschiedene Rohrkonfigurationen.
Das Schalldämmmaß beim Absorptive Muffler-Übungsmodell, gezeigt als Terzbereiche für zwei verschiedene Rohrkonfigurationen.
Druckakustik enthält eine neue Variable für Dissipationsenergie
Simulationen, welche die Knoten zur Druckakustik, Akustik in porösen Medien und Akustik in engen Bereichen nutzen, können nun die Dissipationsleistungsdichte für alle Fluidmodelle auswerten. Die neue Variable wird als „acpr.Q_pw“ bezeichnet und befindet sich für die Nachbearbeitung der Ergebnisse unter dem Abschnitt Erwärmung und Verluste im Menü Ausdruck ersetzen (siehe Bild unten). Der Ausdruck ist so lange gültig, wie der Ansatz einer ebenen Wellen eine gute Näherung darstellt. Die vordefinierte Variable wird beim Übungsmodell „Focused Ultrasound Induced Heating in Tissue Phantom“ verwendet, bei dem die akustische Dissipationsenergie ein Gewebe erwärmt.
Die Randbedingungen „Normale Geschwindigkeit“ und „Normalverschiebung“ bei Schalldruckanalysen
Die Randbedingung Normale Beschleunigung in den Druckakustik-Interfaces wurde um zwei Randbedingungen zur Vorgabe einer normalen Geschwindigkeit oder einer normalen Verschiebung ergänzt. Diese neuen Randbedingungen vereinfachen das Modellieren von Schallquellen. Ein Beispiel für die Definition einer Schallquelle mit der Randbedingung Normalverschiebung finden Sie im Übungsmodell Generic 711 Coupler – Simulation eines verstopften Gehörgangs.
Zusätzliche Funktionen und Randbedingungen in den Physikinterfaces Poroelastische Wellen und Elastische Wellen
Die Physikinterfaces Poroelastische Wellen und Elastische Wellen wurden verbessert und um mehrere Funktionen und Randbedingungen ergänzt:
Gebietsfunktionen:
- Federbasis
- Hinzugefügte Masse
Randbedingungen:
- Symmetrie
- Starrer Verbinder
- Dünne elastische Schicht
- Federbasis
- Hinzugefügte Masse
Kantenfunktionen:
- Festlager
- Vorgegebene Verschiebung
- Kantenlast
- Federbasis
- Hinzugefügte Masse
Punktfunktionen:
- Festlager
- Vorgegebene Verschiebung
- Federbasis
- Punktlast
- Punktlast auf Achse
- Starre Last
Physikmenü für das Interface Poroelastische Wellen, das neue Rand- und Gebietsbedingungen enthält.
Physikmenü für das Interface Poroelastische Wellen, das neue Rand- und Gebietsbedingungen enthält.
Aktualisierte Intensitätsvariablen in allen Akustik-Interfaces
In allen Akustik-Interfaces wurden die Intensitätsvariablen aktualisiert, welche nun in allen Physikinterfaces und Studientypen einheitlich sind. Die Intensität wird im Frequenzbereich durch die gemittelten Werte über eine Periode definiert. Im Zeitbereich wird die sog. momentane Intensität definiert. Bei den Intensitätsvariablen in den Interfaces Thermoakustik und Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen werden nun die Beiträge der viskosen Spannung berücksichtigt. Nach dem Klicken auf die Ausdruck ersetzen-Schaltflächen stehen die Variablen zur Nachbearbeitung der Ergebnisse zur Verfügung.
Eingeben einer vollständigen Massenmatrix in „Hinzugefügte Masse“
Die Funktion Hinzugefügte Masse wurde erweitert und ermöglicht nun die Eingabe einer vollständigen Massenmatrix.
Interpretation der vorgegebenen Geschwindigkeit/Beschleunigung bei stationären Analysen
Wenn in einem Modell der Knoten Vorgegebene Geschwindigkeit oder Vorgegebene Beschleunigung vorhanden ist, können Sie definieren, wie diese Randbedingungen bei stationären Analysen interpretiert werden sollen. Diese können entweder als beschränkt oder frei (werden ignoriert) festgelegt werden. Diese Festlegung ist insbesondere bei Modellen und Anwendungen mit mehreren verschiedenen Analysetypen (zeitabhängige, stationäre und Frequenzbereichsanalysen) sinnvoll.
Geringfügige Änderungen und beseitigte Programmfehler
Mit der neuesten Version von COMSOL Multiphysics wurden mehrere geringfügige Änderungen vorgenommen und Programmfehler beseitigt:
- Beim PARDISO-Solver, der in den Interfaces Thermoakustik und Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen verwendet wird, wird die Multithreaded-Vorwärts- und -Rückwärtslösungsoption nun standardmäßig verwendet. Dies bewirkt eine beschleunigte Berechnung, insbesondere bei Eigenfrequenzberechnungen.
- Die Eingaben für Modelle im Interface Rohrakustik wurden aktualisiert.
- Das Interface Thermoakustik verfügt zur Nachbearbeitung der Ergebnisse über eine neue Entropievariable (ta.s_entropy). Zusätzlich wurden die Variablen für die thermische bzw. viskose dissipative Leistungsdichte aktualisiert.
- Im Interface Akustische Diffusionsgleichung können Sie nun das Bandstrukturverhalten definieren.
- Um ein Blockieren bei gekrümmten Rändern zu vermeiden, wurden die Interfaces Thermoakustik, Frequenzbereich und Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen um Gleitbedingungen erweitert.
Neue Übungen in der Anwendungsgalerie
In unsere Online-Application Gallery wurden vier neue Übungsmodelle aufgenommen.
Die Akustik in einer Wohnung, analysiert mit der Schalldiffusionsgleichung.
Vibrierende Platte in einer viskosen 2D-Parallelplattenströmung
- Bei diesem einfachen 2D-Übungsmodell werden die Physikinterfaces Linearisierte Navier-Stokes-Gleichungen, Frequenzbereich, Festkörpermechanik und Kriechströmung gekoppelt, um die Vibrationen einer Platte in einer viskosen 2D-Parallelplattenströmung zu modellieren.
Analyse der Akustik in einer Wohnung mit dem Interface Akustische Diffusionsgleichung
- Bei diesem Übungsmodell wird die Verteilung des Schalls, welcher von einem Fernsehgerät ausgeht, in einer 1-Zimmerwohnung berechnet. Anhand dieser Simulation wird die Anwendung des Interfaces Akustische Diffusionsgleichung demonstriert. Mit der Simulation kann der lokale Schalldruck schnell und mit wenig Aufwand geschätzt werden. Um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, können Sie dem Zimmer einen analytischen Ausdruck für den direkten Schall hinzufügen.
Schall-Festkörper-Wechselwirkung mit zwei PMLs
- Mit diesem einfachen Übungsmodell wird der Einsatz von zwei perfekt absorbierenden Schichten (PMLs) demonstriert. Eine Schicht ist für den Schalldruckbereich und die andere für den Festkörpermechanikbereich vorgesehen.
Optimierung der Geometrie eines Hochtonlautsprechers
- Mit diesem Übungsmodell wird die Anwendung der Optimierungsfunktionen von COMSOL Multiphysics demonstriert. Diese Funktionen ermöglichen die Entwicklung neuartiger Konstruktionen unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen. Mit der Simulation wird eine einfache Lautsprechergeometrie optimiert. Zu den Nebenbedingungen könnten beispielsweise der Lautsprecherradius oder ein Mindestschalldruck gehören.