COMSOL 主题日：声学

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。

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。

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。

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 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。