聲模態計算的案例
LMS Virtual.Lab聲模態計算視頻
可能是由于李增剛老師書里面沒有單獨講聲模態的計算，很多朋友對這個不是很了解，以為對聲模態計算還需要像李增剛老師書里面，定義一大堆東西。實際上，不是這樣的，聲模態計算是最簡單的一個東西，有聲學有限元網格，馬上就可以算出來，是個幾分鐘就能完成的計算。在這里，特別給大家做了一個聲模態計算視頻，非常簡單的，需要的朋友看一下。此外，還有朋友問過，在LMS Virtual.Lab中對于聲學有限元計算，如何查看內部結果，趁著這個例子，也向大家講解一下Cut Plane Analysis工具的使用。
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展開 【iSolver案例分享16】三維剛性壁面圓管聲模態計算
本文以三維剛性壁面圓管聲模態分析的整個流程為例，將iSolver、Abaqus、理論計算結果進行對比。
模態分析是各種動力學分析類型中基礎的內容，結構和系統的振動特性決定了結構和系統對其他各種動力載荷的響應情況。所以，一般情況下，在進行其他動力學分析之前首先要進行模態分析。
使用模態分析有如下功能。
（1）可以使結構設計避免共振或按照特定的頻率進行振動。
（2）可以認識到對于不同類型的動力載荷結構是如何響應的。
（3）有助于在其他動力學分析中估算求解控制參數（如時間步長）。
1.2 建模
在Hypermesh中建立三維剛性壁面圓管模型如下圖所示
圓管長度為4.25,直徑長度為0.2。
圖1 三維剛性壁面圓管有限元模型
導入模型，在iSolver中導入Hypermesh導出的BDF模型文件。
圖2 模型導入
材料設置：
創建材料,設置空氣密度1.225，體積模量為141610。
展開 基于optistruct聲固耦合模態分析 ￥80
看到技術鄰上很多人都在問聲固耦合模態怎么分析、控制卡片如何設置等。本案例主要給大家演示如何使用optistruct對流固耦合的結構進行模態分析，以及了解聲腔對結構模態的影響。流固耦合法被廣泛地應用于聲學和噪音控制領域，對空腔結構（比如汽車車室）進行流固耦合模態分析，可以了解到聲腔對結構模態的影響，為研究耦合系統的聲學特性提供可靠的理論參考。在我們汽車結構振動領域應用相對較多的如油箱流固耦合、聲腔耦合分析等，通過進行聲腔與鈑金耦合分析可以了解車身結構件的振動特性及靈敏度。模擬流體對結構動力學特性影響的分析方法有很多種，如流固耦合法、虛擬質量法等。
聲固耦合模態分析結果動畫
技術鄰網友求助
聲腔、結構、聲固耦合模態分析頻率結果
聲腔模態頻率
結構模態頻率
聲固耦合模態頻率
本案例模型見收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問可互相交流。
展開 模態分析在揚聲器設計優化中的作用
這次圖和動態圖比較多，應該容易看得懂
一、結構模態
1.揚聲器Fs
一般是第一階模態
2.晃動模態
一般是第二階和第三階模態。對軸對稱喇叭來說，模態頻率接近，振型旋轉90°。
容易擦圈 這個頻率點一般不是位移最大的時候
如果是類似下面的方形或者跑道型振膜，一般長軸晃動是第二階，短軸晃動是第三階
3.中頻谷
音盆邊緣諧振
4.節圓分割振動
會對頻響曲線噪聲峰峰谷谷的影響
5.非軸對稱分割振動
一般情況下對揚聲器頻率響應影響不大。如果用2維軸對稱會損失全部軸對稱模態，或者1/2,1/4模型會損失部分軸對稱模態。最近還和一位同事探討過這個問題。
6. 結構強度
可以定性半定量地判斷盆架或外殼的結構強度
對結構弱的位置進行增加加強筋，加厚之類的操作
參看【揚聲器系統設計與仿真】揚聲器振動結構仿真分析
可以采用Klippel的Scanner模塊或者Polytec激光測振儀來進行驗證，或直接判斷
二、聲模態
1. 倒相箱的準確Fb計算
2.箱內駐波
可以通過改變箱體內尺寸，調整揚聲器安裝位置等方法來避免箱內駐波對頻響曲線的影響
3.考慮吸音棉的影響
可以通過改變添加吸音棉等方法來避免箱內駐波對頻響曲線的影響
下圖是一定條件下空箱和增加吸音棉對揚聲器頻響影響的差異。可以看到某些頻段增加吸音棉可以減少箱內駐波對揚聲器頻響的影響。
參看 【揚聲器系統設計與仿真】箱體內駐波以及復雜開口箱fb仿真
三、聲固耦合模態
也可以稱為濕模態。 高音，壓縮高音，微型揚聲器等等需要考慮空氣的耦合對模態的影響
當然這個就比較復雜了。
展開 
【iSolver案例分享18】一端開放圓管空氣聲腔聲模態分析
模態分析是各種動力學分析類型中基礎的內容，結構和系統的振動特性決定了結構和系統對其他各種動力載荷的響應情況。所以，一般情況下，在進行其他動力學分析之前首先要進行模態分析。
使用模態分析有如下功能。
（1）可以使結構設計避免共振或按照特定的頻率進行振動。
（2）可以認識到對于不同類型的動力載荷結構是如何響應的。
（3）有助于在其他動力學分析中估算求解控制參數（如時間步長）。
iSolver可支持結構的模態，也能支持聲介質模態分析，本文以一端開放圓管空氣聲腔聲模態分析的整個流程為例，將iSolver、Abaqus、理論計算結果進行對比，可發現iSolver頻率計算結果以及振型和abaqus完全一致，沒有誤差。
1.2 建模和網格劃分
在Hypermesh中建立三維圓管模型如下圖所示:
圓管長度為4.25,直徑長度為0.2，劃分網格，由于是三維結構，劃分為六面體單元，由于需要在iSolver中分析，iSolver支持Abaqus、Nastran等商業軟件模型的導入，在HyperMesh中導出為Nastran的bdf文件。
展開 平板聲輻射功率計算
采用圖（1）（2）（3）的計算過程求取R矩陣，R為正定實對稱矩陣，如圖(4)所示,圖(5)為R的等高線圖，可見是對稱陣；圖（6）為特征值分解后的特征向量，是雜亂無章的。采用圖(3)公式，以（j*振型*圓頻率）作為速度分布，計算聲輻射模態，不能像振型一樣得到明顯的規律，如圖(7)所示；不知為何？正定實對稱矩陣特征值分解后，除了正交以外還有其他怎樣的規律呢？比如像振型這樣的元素分布。
案例13 基于模態的振動響應（Abaqus計算模態）
之前在superxjw版主的第二課中介紹了如何利用VL計算基于模態的振動響應，但是有網友是采用Abaqus計算模態，然后用VL來計算后續的振動響應以及聲學響應，然后就詢問如何導入Abaqus的模態分析結果，因此，做了一個導入Abaqus的模態結果，然后進行振動響應計算的案例，給大家分享一下。
superxjw版主的視頻教程：
LMS Virtual.Lab 11聲學視頻教程 第二課 基于模態的振動響應計算
對于VL的接口方面：
VL11SL2和VL12都是支持到Abaqus 6.12
所以，喜歡追求新版本，使用Abaqus6.13的朋友們就得注意一下版本的問題了。
感謝阿偉在本人學習LMS Virtual.Lab過程中的幫助！
本例視頻及Abaqus模態計算結果文件下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=4100661600&uk=1728334102
LMS Virtual.Lab Acoustics 交流群 238339600
展開 北航馮林課題組《Lab on a chip》封面文章：基于多模態聲驅微氣泡的多功能微對象操控研究
近日，北京航空航天大學機械工程學院仿生與微納研究所馮林副教授等研發了一種基于聲驅微氣泡的模態可切換的多功能微操控系統，該系統能夠在微流控芯片內實現可控且高效的微對象運輸、三維旋轉和公轉等操控模式（圖一）。
圖一基于聲驅振蕩微氣泡陣列的多模態操控系統示意圖
通過采用面投影微立體光刻3D打印技術（nanoArch S140，摩方精密），研究團隊設計制造了一種帶有底面微孔陣列（直徑100μm、深度100μm）的微流控芯片。由于液體存在表面張力，當液體通入微流道并流過底面微孔時，可以形成具有近似尺寸的微型氣泡。當超聲發生裝置所形成的超聲信號傳遞到微流道中，可以激勵微型氣泡膜振蕩形成聲微流。
圖二聲驅微氣泡的理論模態與有限元仿真結果
基于所設計結構內氣泡界面的相對靈活性，該裝置可以在僅調節驅動頻率而不改變壓電換能器數量與氣泡陣列設計的情況下切換微型氣泡的振蕩模式，進而實現對單獨或群體生物樣本的多功能操控（圖三）。由于聲場的驅動特性，該裝置可以有效操控幾微米到幾百微米的不同生物樣本，包括微顆粒、細胞、綠眼蟲、螺旋藻等。此外，利用平面外旋轉模式的運動特點，研究團隊實現了對細胞樣本的三維重建，從而實現多視角的形態學復現與基本參數的測量估計。該系統所提出的聲學操控方式具有多功能性、可控性、高效性以及良好的生物兼容性，在進一步促進細胞研究和治療等應用層面具有很大潛力。
圖三不同控制模態下微對象的運動及定量分析
該項研究成果獲得國家重點研發計劃(No. 2019YFB1309700)及北京新星科技計劃項目(No.
展開 聲功率頻率響應曲線仿真計算
最近有人咨詢我怎么在comsol中仿真揚聲器聲功率的頻率響應曲線。
雖然我之前沒做過。不過摸索了下，很快就弄出來了。
選中輻射出口的面（2維軸對稱時是線）對聲壓平方/（空氣密度*聲速）的表達式進行積分即可。
abs(p)^2/(acpr.rho*acpr.c)
此時輸入的電功率是1W。可以看到常規的直接輻射揚聲器效率是相當低的。
做仿真的時候，一定要有整個物理圖像在頭腦中，再加上一定的數學基礎。軟件本身的操作是更其次的東西，可以參照軟件help慢慢找。
我之前在公眾號里有寫過一篇文章《仿真分析的思路》，雖然文中沒什么圖，談得也比較抽象。但是我覺得對做仿真的工程師挺重要的。因為好多人就是徘徊在各種軟件技巧中不能自拔。
仿真分析的思路
展開 揚聲器空氣隨動質量計算
揚聲器振膜在空氣中運動時，空氣對振膜也會產生反作用力，等效揚聲器整體的質量將增加。該等效質量一般稱為空氣隨動質量或者空氣附加質量。
對小口徑揚聲器單元，空氣隨動質量的輕微差異，對整體Mms估算影響不大。但對振動面積比較大，比如8寸以上的低音揚聲器，空氣隨動質量計算的準確性還是有必要研究的。對準確設計音箱也有幫助。
1.自由場測試
一般認為自由場測試時空氣隨動質量
Mair=2.67*p*a^3=0.394D^3=0.566*Sd^(1.5)
p為空氣密度（溫度20℃時1.18kg/m^3），a為揚聲器振膜半徑，D為直徑，Sd為振膜有效輻射面積。
常用的測試系統都是采用這個計算公式。
例外的是Klippel測試系統，是按上下兩側各有這么多空氣隨動質量。
而在普遍的認識中，無限大障板才需要按這樣上下兩側質量計算。
2.無限大障板測試
一般認為無限大障板按上下兩側空氣隨動質量計算。
Mair=1.13*Sd^(1.5)
3.揚聲器單元工作在音箱中的空氣隨動質量
很顯然，箱體內外的形狀對空氣隨動質量是有較大影響的，內外的空氣隨動質量也不一樣。而且邊界復雜的時候，估算起來也比較麻煩。
Beranek提出近似計算公式：
振膜前空氣隨動質量Mair-front=0.408*Sd^(1.5)
振膜后空氣隨動質量Mair-rear=0.667*Km*Sd^(1.5)
其中Km≈10^(-(0.462β+0.057），β是振膜面積和障板面積之比。
轉載自揚聲器設計與仿真
展開 吸聲減噪原理及計算公式
吸聲減噪原理：室內到達接收點的聲音包括直達聲和周圍維護結構的反射聲（混響聲），在室內布置吸聲材料可以降低混響聲部分。
吸聲減噪公式如下：
房間平均吸聲量（m2)
房間混響時間(s)
房間平均吸聲系數
加入吸聲材料前
A1
T1
α1
加入吸聲材料后
A2
T2
α2
吸聲減噪特點：
1）只能降低混響聲，對直達聲無效；
2）一般只適用于房間處理前平均吸聲系數很小的房間；
3）一般降噪量在6-10dB，很難超過10dB。
金屬吸聲材料推薦上海博網新材針孔復合吸聲鋁板
上海博網新材針孔復合吸聲鋁板技術參數：
1、吸聲系數：75MM空腔時NRC≥0.70；
2、隔聲系數：≥30dB(A)；
3、人工加速耐候性(250h):無粉化；
4、耐鹽霧腐蝕性：酸性1000h，外觀評級10級，無點蝕、起泡、剝落等腐蝕現象；
5、抗拉荷載：≥1305N；
6、防火等級：A級不然。
上海博網新材針孔復合吸聲鋁板用途：
1、高速公路、高架橋梁、輕軌鐵路、室內外大型機組等等的消聲隔聲屏障；
2、大型會議中心、體育場館、歌舞劇場、候機樓、候車樓等等的防反射護墻吸聲板、吊頂板；
3、無纖維大型管道消聲器、消聲室（內壁、吸聲板）等。
展開 
設計仿真 | 基于MSC Nastran的等效輻射聲功率ERP計算
聲學分析需要考慮聲固耦合或聲輻射技術，因為涉及到內場的聲固耦合分析或外聲場的輻射聲功率計算，雖然封閉聲場可以基于模態法減少計算時間，外聲場可以采用格林法或聲傳遞函數等方法減少計算時間，但是，聲學網格分網、聲固耦合計算還是要花費更長的計算時間，造成企業需要更大的硬件資源和更長開發周期。
在車輛開發前期的動力系統開發或車身開發中，我們可以通過抑制結構表面法向振動速度縮小輻射噪聲，同時，精確識別結構局部模態對輻射噪聲影響。利用ERP分析，可以在頻率響應分析中快速獲取特定激勵下部件與面板的最大潛在聲輻射數據，從而準確定位結構中聲輻射最大的區域。基于這一結果，可采取結構優化措施（如對鈑金件進行形貌優化）或增加阻尼片等方式，有針對性地抑制結構表面振動，進而有效降低結構振動產生的輻射噪聲。
等效輻射功率
等效輻射功率（Equivalent Radiated Power, ERP）分析作為一種表征結構振動聲輻射的計算方法，自2008年引入MSC Nastran軟件，經過多年開發與更新，功能與優勢如下：
? 支持分析類型：頻響分析和瞬態分析。
? 峰值點輸出：與PEAKOUT結合，支持系統自動識別峰值點，一步分析輸出或用戶自定義頻率輸出點。
? 支持模態貢獻率分析：將面板等效聲輻射分解到面板局部模態。
? 計算高效性：無需對流體媒質進行建模，計算速度快。
? 支持ERP輻射值為設計響應：基于ERP的優化對計算資源與時間的要求顯著低于聲學響應優化，適用于拓撲/幾何驅動的聲學設計。
? 阻尼表征能力：定義局部結構阻尼研究對ERP影響。
? 分析結果格式：csv、OP2、PCH、H5格式，展示和二次處理方便。
展開 LMS計算揚聲器、手機音頻、麥克風經典論文
在這里，找到一篇非常好的用LMS做的關于揚聲器的仿真計算的文章，這個是2000年的文章，是當年用SYSNOISE做的，關鍵是本論文中有實驗與仿真計算數據完美對比！現在都用Virtual.Lab了，可以很容易地使用VL將此模型復原計算！做電聲的朋友，可以好好嘗試做一下，對于你們工作是很有幫助的！
Yeager_Modal_Modeling_Simplified_Disk_Paper.pdf
LMS virtual lab 間接邊界元計算聲固耦合流程(修改版) ￥25
一、前處理
用Nastran計算結構的模態并輸出OP2文件(即在analysis里選擇Normal modes ,選擇solution type——result output Format——將op2 勾選上) 讓后進行分析就能得到op2文件了
打開LMS Virtual.Lab，進入start ——acoustics——acoustics Harmonic BEM模塊，File——import結構網格structure（模態加屬性） 再次file——Import BEM網格（只輸入網格，不選模態和屬性）
案例6：平板隔聲性能計算結果比較（LMS Virtual.Lab vs VAOne）
從 LMS Virtual.Lab 11 開始加入了結構求解器 Samcef，這樣在 VL 里面就可以很方便的進行聲學或者聲振耦合分析。
ESI 公司的 VAOne 號稱是目前唯一能夠進行混合建模（Hybrid Model，即將FE 方法和 SEA 方法結合起來建立混合模型）和分析商業軟件。
本文借用 superxjw 版主第九課的模型來比較一下 VL 的 FEM 跟 VAOne 的FE-SEA 在計算平板隔聲量的差異。
