聲場仿真的案例
comsol聲場分析，戴在仿真人耳上的耳機和HRTF 計算
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202010/de1d820a19f14269871a626974069ee3.gif" alt="耳朵.gif"></p><p> Comsol官網有個幾個不錯的人體聲場仿真案例</p><p> 耳機與人耳緊密耦合，因此無法在用于揚聲器的經典聲自由場設置中測量耳機的靈敏度。測量時需要使用仿真人頭和仿真人耳來準確表示耳機的使用情況。此模型演示一個全罩式耳機與通用仿真人耳的耦合分析。該模型使用“多孔彈性波”物理場接口對泡沫進行建模。內置的內部穿孔板模型用于表示耳機外殼中的穿孔和網格。人造耳耦合到簡化的耳道，并且特別分析了耳鼓的阻抗。等效電路用于模擬耳機中的驅動器。
展開 直播預告 | 電聲系統的聲場及電子行業相關氣動噪聲仿真方案
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p class="ql-align-justify">海克斯康工業軟件Actran深耕振動聲學、氣動聲學仿真計算20余年，積累了大量的汽車NVH、電子產品聲學仿真的經驗，在新的形勢下一定能夠為電聲產品的設計帶來新的方案和思路。3D的振動聲學建模仿真可以從輸入端給定電壓開始，研究在整個系統中的振動和聲學響應，無論是聲腔共振亦或振動的直接輻射，各種路徑都可以進行分解。在出現共振或者聲學響應不滿足預期時，可以從主要路徑上進行控制。風噪聲也是電子行業的一大痛點，在設計階段驗證風噪并解決風噪而不過分的依賴風洞試驗，只能通過仿真的手段。準確、快速的預測風噪，并在設計階段研究各種對策（包括幾何形狀優化、通道形狀優化、添加吸聲材料）的影響十分必要。</p><p><br></p><p class="ql-align-justify">本期海克斯康直播講堂請到了聲學仿真專家白玉儒，白玉儒老師將為我們帶來電聲系統的聲場及電子行業相關氣動噪聲仿真方案，詳細講解通過仿真方式進行電聲產品的建模和集成環境下的振動和聲場分析，也會涉及電子產品中的氣動噪聲問題例如耳機風噪、電子散熱風扇的內容，為進一步提升喇叭的輻射效率、降低產品共振風險、預測和優化產品的聲場提供數據化、可視化的依據。更多精彩盡在海克斯康直播講堂，敬請關注！
展開 多物理場仿真服務
多物理場仿真建模+分析+報告撰寫服務#發布技能來賺錢 本人畢業于985高校，有5年的多物理場仿真建模經驗，擅長變壓器“電磁-流體-溫度”多場仿真分析、套管\電纜“電-熱-流”多場仿真分析、電力裝備聲場仿真分析、絕緣介質電樹枝仿真分析、風機電場仿真分析、絕緣介質空間電荷分布仿真
聲場網格劃分原則 ￥0.2
聲場網格的劃分除了需要遵循常規的網格劃分原則外，也同時有一些特殊的要求。
關于網格劃分的一般注意事項，可以參考之前那篇談論網格的文章。
網格劃分技巧
一般來說，描述一個完整的正弦波而不造成明顯的失真，需要在一個周期內取10-12個點。見下圖。 轉換成聲場仿真的說法就是：希望求解的最高頻率對應的波長需要10-12個節點 。
海信日立空調風盤降噪案例
本文分享海信牌卡式風盤降噪項目的一些經驗，該項目旨在通過對風機性能、風盤內流場等進行仿真分析，最終達到在風扇性能維持不變的前提下，降低風盤噪聲并保持室內流場均勻。
1.噪聲形成原因
風盤的噪聲來源于多種聲源組成的復雜聲學系統，主要包括氣動噪聲、機械噪聲和電磁噪聲。對于正常運轉的風盤，氣動噪聲是最主要的。
噪聲分類
風盤氣動噪聲主要由風扇性能、流道風場引起。此外，換熱器翅片異響也是需要解決的。
氣動噪聲產生原因
2.優化結果
單純通過聲場仿真方法來解決工程中的噪聲問題存在計算資源、計算時間和計算精度等問題，因而本項目中，主要考慮通過合理化流場的方式來降噪，并以實驗方式驗證仿真的準確性。
風扇性能
首先，對風扇進行性能優化，主要考慮通過提高一定轉速下風扇風量的方式來降低額定風量下風扇的轉速，從而降低風盤的噪聲。改善后風扇在800rpm時，風量較原風扇提高了約10%，對應同風量下的噪聲降低了2.3dB（SPL）。
展開 干貨 | ANSYS Fluent氣動噪聲仿真模型解析
圖2 ANSYS Fluent中氣動聲學模型
以軸流風機為例，對其氣動噪聲進行仿真。首先進行穩態流場計算，可采用多參考系（MRF），為后面的瞬態計算提供初始流場；其次，可采用滑移網格進行瞬態計算，控制時間步長，且至少得到多個周期的變化方可結束；然后，開啟聲比擬模型，設置sources及receivers，進行聲場仿真，并輸出相關參數變化曲線；最后，通過傅里葉變換（FFT）得到聲壓級頻譜曲線（見圖3）。
圖3 聲壓級頻譜曲線
注意（見圖4）：
網格數需加密，可參考最小聲波長，設定最小的網格尺寸；湍流方程需采用高階方程，如LES、DES等；如有條件，可采用并行加速方法來加快計算速度。
圖4 氣動噪聲仿真的注意點
風機氣動噪聲的優化，可通過流場中靜壓、渦量及湍流動能等參數的大小來進行優化預測，然后通過改善導流罩、葉型以及其它參數結構來降低噪聲。可通過DesignXplorer模塊，實現多目標優化（見圖5）。
圖5 Workbench平臺在DesignXplorer模塊及其多目標優化功能
展開 基于fluent的管道風扇氣動噪聲分析
最終可以得到1m處噪聲值計算結果為78dB(A)，完成聲場計算過程后得到的數據是時域信號，還需使用Fluent 軟件后處理功能中的快速傅立葉變換模塊（FFT）完成時頻轉換獲得聲壓級頻譜圖，如下所示。
設計仿真 | Actran幫助現代新能源汽車設計行人警示揚聲器
仿真結果顯示，最低的安裝位置呈現最好的警示聲場效果，既提供了更高的聲壓級，又提供相對平緩的頻譜表現。仿真也顯示出最低位置可以將地面帶來的聲波相消干涉降到最小。
仿真結果及測試對標
喇叭測試和仿真對比
工程師對仿真結果進行驗證，使用1V的正弦掃頻信號進行喇叭實驗和仿真。如上圖所示，仿真得到的喇叭1米遠處聲場頻譜與物理實驗完美匹配。
現代工程師使用Actran優化揚聲器腔體和管道的中的聲學共鳴，可以使喇叭設計中的低、中、高頻聲場特性均滿足美國和歐盟的法規要求，同時降低了喇叭的尺寸和能量的消耗。“Actran的仿真結果提供了比實驗測試更全面的信息，這些信息可以幫助現代工程師快速的迭代優化方案，相比利用傳統的制造樣機進行測試的方法節省一半的時間”，Lee說道。
優化設計提供了非常好的聲音聚焦表現
現代使用Actran仿真優化設計之后，制造了一個完整的APAS測試樣機。
展開 案例分享 | 現代新能源汽車行人警示揚聲器分析
喇叭的聲學有限元模型
2) 使用仿真結果優化喇叭設計
現代通過Actran進行一系列參數研究，尋找各主要設計變量對聲場的影響。歐盟和美國法規要 求，在1600Hz以下和800Hz以下至少分別發出一個頻率的警報聲音。APAS喇叭的驅動單元很小， 因此滿足低頻聲音要求比較困難。同時實驗分析顯示，在400Hz以下的一個頻率可以較明顯的傳遞到乘客艙，這影響了乘客的舒適感。接下來工程師 在喇叭上加入背腔設計，并做了數值仿真，通過 掃頻分析發現此時聲阻抗頻率從400Hz改變到490Hz，這一改變既可以滿足法規要求，同時也保證了成員的舒適性。
喇叭的背腔對頻譜特性的影響
聲波導管可以保護喇叭不受環境中水汽的影 響，而且在聲音調校方面起到重要作用。工程師使用Actran管道聲場仿真技術進行導管的設計以加強中頻1500Hz聲音傳播。同時喇叭內部覆蓋件和驅動單元之間的空間得到優化，以加強4400Hz附近的聲壓級。
聲波導管對頻譜特性的影響
工程師在仿真中對保險杠上喇叭安裝的垂直位置進行研究，考慮車的前部形狀和地面的影 響。仿真結果顯示，最低的安裝位置呈現最好的警示聲場效果，既提供了更高的聲壓級，又提供相對平緩的頻譜表現。仿真也顯示出最低位置可以將地面帶來的聲波相消干涉降到最小。
展開 Helmholtz共振腔氣動噪聲FLUENT仿真 ￥499
用 FLUENT 仿真 Helmholtz 共振腔旁接管道系統模型。
針對流場仿真，采用六面體網格建模，分析選擇合適的網格密度，明確網格及邊界條件的影響，以獲得準確的聲源信息。
運用 Lighthill 聲類比方法對聲場進行仿真，并提取管道內部場點聲壓級頻譜曲線，分析曲線峰值頻率特征。
新能源汽車技術 | 轉子不同方式分段斜極對永磁同步電機噪聲的影響
建立電機聲場的仿真模型，在電機外表面構建1 000 mm的空氣包絡，并對其進行網格剖分、導入載荷和聲域求解設置，仿真計算得到電機的聲場結果。
從不同斜極方式的聲場計算結果中提取隨轉速變化的36階和72階聲功率曲線，如圖5所示。
(a)36階
(b)72階
圖5 不同斜極方式下36階和72階聲場結果
不同斜極方式下36階和72階聲功率的最大值如表5所示。
表5 不同斜極方式的最大聲功率 （dB)
由以上分析可以看出，對于本文所研究的驅動用PMSM而言，轉子分段不斜極的效果最差，
轉子雙邊斜極的效果最好
，二者的最大聲功率相差26 dB，聲場計算結果如圖6所示。
展開 
配電變壓器的噪聲與振動分析
圖9和圖10總結了聲場仿真結果。這些數字顯示了離箱壁2米處的聲壓級。0度和-180度表示變壓器較短一側的中心。參考線顯示53分貝，這是該變壓器的噪聲水平基于數據表。這些結果也證明了數值模擬結果的精度是可以接受的。如圖所示，在680mm的箱體內聲壓達到60dB。當使用a加權時，聲壓級增大，如圖10所示。結果表明，所分析的變壓器滿足要求，但通過適當的設計可以降低其噪聲水平。
圖9 距油箱2m、340mm和680mm高度處變壓器周圍的聲壓級水平[dB]
圖10 距油箱壁2m、680mm高度處變壓器周圍的聲壓級水平[dB] 及A級加權
IV. 結論
考慮硅鋼片的各向異性和磁致伸縮影響，分析了配電變壓器的噪聲和振動性能。利用ANSYS軟件建立了基于三維有限元法的電磁-機械-聲場多物理工作流程。以某200kVA配電變壓器為例，分析了三維有限元工作流程。仿真結果與變壓器數據表數值吻合較好，驗證了耦合仿真的有效性。所提出的仿真工作流程適合于變壓器噪聲和振動的仿真，或有助于開發新的變壓器診斷方法。
文章來源：牛眼看變壓器
展開 制冷壓縮機振動噪聲控制技術
1.2.2 流致性振動噪聲
雙螺桿式制冷壓縮機流場-聲場聯合仿真預測技術是解決流致性振動噪聲問題的關鍵。筆者團隊基于雙螺桿式制冷壓縮機的結構參數，應用CFD數值仿真技術，建立壓縮機工作過程的非定常流場，分析流場的壓力云圖和壓力時域特性，開展流場和聲場的聯合仿真，預測氣動聲學特性，如圖3所示。從圖3（e）和（f）壓力時域和噪聲頻譜的計算結果可以看出，雙螺桿式制冷壓縮機氣流脈動具有顯著的周期性，其前四階的氣動噪聲相對較大。將流場和聲場的預測結果反饋給結構設計，實現雙螺桿式制冷壓縮機流場與聲場的優化。
圖3 雙螺桿式制冷壓縮機流場-聲場聯合仿真預測
基于雙螺桿式制冷壓縮機的流場和聲場特性，設計氣流脈動衰減裝置，抑制氣流脈動誘發的振動噪聲。
定頻雙螺桿式制冷壓縮機的運行轉速恒定，氣流脈動激勵頻率固定，可采用赫姆霍茲共振腔和聲波干涉器衰減氣流脈動，降低氣動噪聲，其結構原理如圖4（a）和（b）所示，針對某公司螺桿式制冷壓縮機噪聲特性和結構空間，成功試制了樣品，如圖4（c）和（d）所示。在排氣軸承座上設計赫姆霍茲共振腔，其腔體容積為32.0 cm3，頸部長度為15.0 mm，頸部直徑為16 mm，最佳狀態下可降低噪聲聲壓級2~3 dB（A）。在排氣軸承座的排氣端面上開設旁支流道，旁支流道與主流道的長度差為290.0 mm，可降低噪聲聲壓級2 dB（A）。
圖4 壓縮機氣流脈動衰減裝置原理及應用
圖5所示為寬頻穿孔管消聲器結構示意圖和應用于某公司螺桿式制冷壓縮機的穿孔管消聲器樣品。由于變頻雙螺桿式制冷壓縮機的運行轉速范圍寬，氣流脈動激勵頻率區間廣，采用寬頻穿孔管消聲器降噪技術，可以有效降低壓縮機在變轉速和變工況下的噪聲。
展開 汽車氣動噪聲特性的隨機聲學法分析
鄭拯宇[4]等人從聲擬理論出發，在某轎車邊界元模型中導入脈動壓力邊界條件對氣動噪聲外輻射聲場進行了數值仿真。陳鑫[5]等人采用大渦模擬（LES）法對車外后視鏡不同邊緣結構對車外流場及車身表面監測點氣動噪聲的影響進行了仿真研究。Ashish[6]等人對裝有彈性尾翼的鈍頭體模型進行了實驗研究，重點關注彈性體流致振動引起的外部激勵對遠場的影響。以上研究多關注氣動噪聲的外輻射聲場。
本文首先對某款混合動力轎車車內氣動噪聲進行了數值仿真。采用分離渦模擬(DES)湍流模型對流場進行非定常計算，獲得了車身表面的脈動壓力，并將其視為隨機信號，采用隨機聲學的方法研究了脈動壓力對車內聲場的影響，并對該車進行了實車道路試驗，分析了車內氣動噪聲特性，驗證了隨機聲學法的可行性。
1氣動噪聲研究理論基礎
1.1流體動力學（CFD）軟件與專業聲學仿真軟件聯合仿真
CFD與專業聲學軟件進行聯合仿真的方法也稱混合法，首先在CFD軟件中對流場進行穩態計算，將穩態結果作為初值進行瞬態計算，將流場的瞬態計算結果輸出為壓力脈動或速度脈動的格式，在專業聲學仿真軟件中導入壓力或速度脈動，并將其轉化為相應的單極子聲源、偶極子聲源或四極子聲源。經過快速傅里葉變換，可將時域數據轉化到頻域進行聲學響應計算。混合法的優勢在于，可以充分考慮所有聲源、結構和流速對聲傳播的的影響。克服了傳統聲類比理論一般只對遠場噪聲進行模擬的缺點，更精確地模擬了氣動噪聲產生傳播的過程。
1.2 FW-H聲擬理論
1969年Ffows Williams和Hawkings在Lighthill方程的基礎上運用廣義函數理論推導出流體中運動物體所致聲場的 FW-H方程(式1)。從20世紀80年代開始，Farassat等人成功地運用FW-H方程求解了實際物體運動所致聲場。
展開 線下培訓 | Actran氣動噪聲分析培訓
本次培訓將對Actran氣動噪聲方法和特點進行講解，介紹Actran氣動噪聲案例，讓學員快速掌握從CFD流場到CAA聲場的仿真計算流程、CFD仿真分析關鍵參數設置等，同時熟悉降噪方法的仿真模擬策略。培訓以線下&線上形式同步開啟，以上機實操為基礎，結合真實案例，手把手幫您解鎖Actran氣動噪聲仿真關鍵技術，歡迎積極報名參加！
培訓課程：
培訓時間：6月12日-13日
培訓地點：深圳市南山區高新南九道61號衛星大廈7樓ECO會議中心衛星廳
適用人群：面向風機、管路類行業及汽車風噪聲設計、流體分析工程師、氣動聲學分析工程師，以及其它行業想要了解氣動噪聲特點并利用仿真加以改善的工程人員。
培訓費用：培訓免費，上機培訓參加請自帶電腦
培訓咨詢：馬老師 18221799218
培訓報名：
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