低頻吸聲仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
低頻吸聲仿真的實(shí)例教程
研究背景：
具有深亞波長厚度（5cm）的吸收器對低頻聲音（<500Hz）的衰減在噪聲控制工程中引起了極大的興趣。然而，由于低頻聲音的強(qiáng)穿透性和普通材料的弱固有分散性，這是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。傳統(tǒng)的吸聲材料，如多孔材料，已被證明對高頻吸聲（>1000Hz）有效，但如果厚度有限，在低頻時會有缺點(diǎn)。近年來，聲學(xué)超材料的概念為低頻吸聲器的設(shè)計提供了新的思路。許多亞波長吸聲材料或設(shè)備是基于諧振結(jié)構(gòu)開發(fā)的，如裝飾膜諧振器、亥姆霍茲諧振器。帶有背腔的傳統(tǒng)微孔板也是低頻吸聲器的良好候選者。
研究內(nèi)容：
提出了一種基于微穿孔板和卷曲法布里-珀羅通道的混合聲學(xué)超材料吸收器，它可以有效地吸收非常低頻率（<500 Hz）的入射聲波能量，具有較寬的相對吸收帶寬。分析檢驗(yàn)了所提吸收器的高效可調(diào)吸收特性，并通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該吸收體的吸收特性。
圖1. 混合超材料吸收器示意圖
圖2.論文中數(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線
數(shù)值模擬：
在comsol中利用壓力聲學(xué)接口對聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構(gòu)建
（2）設(shè)置物理場
圖4.物理場的設(shè)置
（3）求解吸聲系數(shù)
圖5.數(shù)值分析的吸聲系數(shù)
通過數(shù)值分析計算得到的吸聲系數(shù)曲線與文獻(xiàn)的結(jié)果基本一致。兩個吸收器使用相同的螺旋形通道構(gòu)建，但使用不同的MPP，其中一種情況的參數(shù)為d=0.9 mm、t0=0.64 mm、p=0.018（左圖），另一種情況下的參數(shù)為d=0.4mm、t0 =0.64 mm和p=0.048（右圖）。
展開 聲吸收可分為中高頻吸收和低頻吸收，聲吸收可以減少回聲，同時還可以有效控制混響時間，對改善聽音區(qū)頻響也起到很重要的作用。如此，可以創(chuàng)造一個監(jiān)聽更加清晰并且更加標(biāo)準(zhǔn)的混音環(huán)境。
01 中高頻吸收
高頻吸收主要是針對聲場設(shè)計，進(jìn)行早期反射聲波干涉、混響以及回聲的控制。通?？墒褂萌l帶吸聲玻璃纖維板進(jìn)行吸聲處理，并與擴(kuò)散體聯(lián)合進(jìn)行聲場塑造。
02 低頻吸收（低頻聲陷）
低頻聲陷的作用是避免低頻駐波以及聲音干涉帶來的低頻頻響失真，當(dāng)監(jiān)聽音箱發(fā)出的聲音撞擊墻面后，經(jīng)反射的聲波與監(jiān)聽音箱繼續(xù)發(fā)出的聲波發(fā)生干涉作用。根據(jù)波長不同，聲壓或被加強(qiáng)或被抵消，且不同的位置具有不同的頻響。在一個未經(jīng)處理的房間內(nèi)，聲波相互反相發(fā)生干涉作用時，最多會產(chǎn)生25dB甚至更多的衰減。
很多人錯誤地認(rèn)為，使用近場監(jiān)聽揚(yáng)聲器可以排除聲學(xué)缺陷。事實(shí)上，一樣會有駐波問題，只是在監(jiān)聽位置直達(dá)聲的能量較大而已。雖然當(dāng)人耳靠近揚(yáng)聲器時，高頻反射聲會由于掩蔽效應(yīng)逐漸減小，但是低頻干涉仍然存在。
另一個誤解是使用均衡器改變由于聲波相位抵消所引起的頻響變化。聲波干涉與房間結(jié)構(gòu)有關(guān)，是客觀存在的，除非改變聲波傳遞方向，否則使用均衡無法改變由于聲波干涉引起的頻響畸變。并且不同的位置獲得的頻響曲線完全不同，所以不可能依靠均衡器來補(bǔ)償聲學(xué)缺陷。
雖然使用耳機(jī)可以避免房間帶來的聲學(xué)問題，但是耳機(jī)監(jiān)聽的聲音只有直達(dá)聲，使得我們很難去控制某些音軌的音量。
展開 研究背景：
低頻噪聲衰減是噪聲控制工程中日益增長和富有挑戰(zhàn)性的課題之一。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常使用傳統(tǒng)的纖維和多孔吸聲材料來降低噪聲。然而，由于低頻范圍內(nèi)的聲波長較長，此類吸聲材料在低頻噪聲控制應(yīng)用中的有效性受到限制。20世紀(jì)70年代，微穿孔板（MPP）被引入作為中低頻噪聲控制的替代吸聲器。MPP通常由具有分布亞毫米通孔的薄面板制成，并與背襯空氣腔耦合。MPP可以產(chǎn)生類似于亥姆霍茲諧振器的吸聲機(jī)制。最高可用性構(gòu)架介紹了多點(diǎn)定位系統(tǒng)的理論分析和設(shè)計原理。MPP由于其重量輕、無纖維和環(huán)境友好的特點(diǎn)，自誕生以來一直被視為下一代吸聲材料。然而，由于吸聲帶寬較窄，以及在低頻時需要較大的背腔深度，傳統(tǒng)MPP的應(yīng)用受到限制。
研究內(nèi)容：
本文提出了一種新型吸聲結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于雙層微穿孔板（DLMPP）和類似于卷曲空間的翻轉(zhuǎn)空間概念，以改善具有有限背襯空氣腔空間的外殼中的低頻到中頻吸聲。結(jié)果表明，新設(shè)計可以產(chǎn)生類似于傳統(tǒng)DLMPP的寬帶吸聲，空腔翻轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)有限背腔空間外殼的低頻吸聲。對新設(shè)計的吸聲系數(shù)進(jìn)行了理論分析和有限元模擬。還討論了設(shè)計參數(shù)對新設(shè)計吸聲系數(shù)的影響。
圖1. DLMPP的示意圖（a）傳統(tǒng)的系列安排的DLMPP;（b）新的 T-DLMPP 設(shè)計.
技術(shù)路線：
在Comsol中對這兩種DLMPP結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元仿真分析。
1. 幾何模型的構(gòu)建及網(wǎng)格劃分：
圖2.T-DLMPP幾何模型構(gòu)建及網(wǎng)格劃分
2. 添加研究，對結(jié)構(gòu)化參數(shù)對吸聲系數(shù)的影響進(jìn)行頻率分析：
圖3.孔徑大小對吸聲系數(shù)的影響（左原文，右復(fù)現(xiàn)）。
圖4.穿孔率對吸聲系數(shù)的影響（左原文，右復(fù)現(xiàn)）。
圖5.板厚對吸聲系數(shù)的影響（左原文，右復(fù)現(xiàn)）。
展開 圖5.PCHR吸聲系數(shù)的仿真復(fù)現(xiàn)
最后，有相關(guān)需要?dú)g迎通過公眾號“320科技工作室”聯(lián)系我們。
揚(yáng)聲器仿真高階應(yīng)用】Bl(x)和激勵頻率的關(guān)系，兼論另一種揚(yáng)聲器低頻失真仿真方法
通常的Bl(x)都是通過靜態(tài)掃描得到的，和激勵信號無關(guān)。
在實(shí)際運(yùn)動過程中，音圈在磁場中運(yùn)動會生成感應(yīng)電流，且磁路中的鐵件也會生成感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。
所以在實(shí)際運(yùn)動過程中感應(yīng)電流會略微影響磁場，從而影響B(tài)l值。所以Bl（x）和激勵信號的頻率相關(guān)。
可以采用Comsol或者Ansoft Maxwell軟件（屬于Ansys公司）來進(jìn)行仿真。
為減少計算規(guī)模，且只考慮揚(yáng)聲器低頻段。在軟件中仿真磁路，同時耦合運(yùn)動微分方程，導(dǎo)入Kms（x）的曲線。 需要采用移動網(wǎng)格，否則很難收斂。
得到幅值1A，100Hz的激勵電流下的Bl（x）循環(huán)。可以看到Bl（x）上下循環(huán)時變化較小，也就是運(yùn)動過程中感應(yīng)電流對磁場影響很小。
由此，也可以衍生出另一種揚(yáng)聲器低頻失真仿真的方法。
得到位移的時域曲線
做快速傅里葉變換FFT。可以計算二次/三次諧波失真，最大位移，直流偏移等。如下圖100Hz的激勵信號，200Hz和300Hz的幅值/100Hz的幅值就是二次/三次諧波失真的數(shù)值。
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低頻吸聲仿真的最新內(nèi)容
研究背景：
具有深亞波長厚度（5cm）的吸收器對低頻聲音（<500Hz）的衰減在噪聲控制工程中引起了極大的興趣。然而，由于低頻聲音的強(qiáng)穿透性和普通材料的弱固有分散性，這是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。傳統(tǒng)的吸聲材料，如多孔材料，已被證明對高頻吸聲（>1000Hz）有效，但如果厚度有限，在低頻時會有缺點(diǎn)。近年來，聲學(xué)超材料的概念為低頻吸聲器的設(shè)計提供了新的思路。許多亞波長吸聲材料或設(shè)備是基于諧振結(jié)構(gòu)開發(fā)的
研究背景：
由于傳統(tǒng)材料的能量耗散較弱，低頻吸聲一直是研究人員面臨的一個具有挑戰(zhàn)性的課題。近年來，聲學(xué)超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經(jīng)設(shè)計了一系列亞波長厚度的超材料，以實(shí)現(xiàn)對低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個數(shù)量級。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機(jī)械損傷。卷曲空間超材料是另一種重要的聲學(xué)超材料
研究背景：
低頻噪聲衰減是噪聲控制工程中日益增長和富有挑戰(zhàn)性的課題之一。在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常使用傳統(tǒng)的纖維和多孔吸聲材料來降低噪聲。然而，由于低頻范圍內(nèi)的聲波長較長，此類吸聲材料在低頻噪聲控制應(yīng)用中的有效性受到限制。20世紀(jì)70年代，微穿孔板（MPP）被引入作為中低頻噪聲控制的替代吸聲器。MPP通常由具有分布亞毫米通孔的薄面板制成，并與背襯空氣腔耦合。MPP可以產(chǎn)生類似于亥姆霍茲諧振器的吸聲機(jī)制
研究背景：
為了抑制噪聲污染，已經(jīng)開發(fā)了許多吸聲材料和結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的吸聲材料，如開孔泡沫和纖維棉，隨著時間的推移會劣化，因?yàn)樾☆w粒常常從這些多孔材料的骨架中脫落。此外，脫落的小顆?？赡芪廴窘ㄖ飪?nèi)的空氣，并危害人類健康。因此，穿孔板吸收器是建筑物和住宅的有吸引力的選擇。在當(dāng)前的研究中，系統(tǒng)地改變了傳統(tǒng)圓形穿孔的橫截面形態(tài)，并提出了一種通用的MPP理論，以解釋穿孔形狀對吸聲的影響
聲吸收可分為中高頻吸收和低頻吸收，聲吸收可以減少回聲，同時還可以有效控制混響時間，對改善聽音區(qū)頻響也起到很重要的作用。如此，可以創(chuàng)造一個監(jiān)聽更加清晰并且更加標(biāo)準(zhǔn)的混音環(huán)境。
01 中高頻吸收
高頻吸收主要是針對聲場設(shè)計，進(jìn)行早期反射聲波干涉、混響以及回聲的控制。通?？墒褂萌l帶吸聲玻璃纖維板進(jìn)行吸聲處理
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揚(yáng)聲器系統(tǒng)低頻諧波失真仿真工具
整體軟件界面如下圖所示
參數(shù)輸入
查看非線性曲線
輸出諧波失真等結(jié)果
可以仿真BL(x）,Kms(x)，Le(x)以及閉箱容積等非線性對揚(yáng)聲器和音箱諧波失真的影響。
軟件下載地址 “揚(yáng)聲器系統(tǒng)諧波失真仿真 V1.0.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com
揚(yáng)聲器仿真高階應(yīng)用】Bl(x)和激勵頻率的關(guān)系，兼論另一種揚(yáng)聲器低頻失真仿真方法
通常的Bl(x)都是通過靜態(tài)掃描得到的，和激勵信號無關(guān)。
在實(shí)際運(yùn)動過程中，音圈在磁場中運(yùn)動會生成感應(yīng)電流，且磁路中的鐵件也會生成感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，即感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。
所以在實(shí)際運(yùn)動過程中感應(yīng)電流會略微影響磁場
這個PDF是LMS官方文檔，講述了多孔性吸聲材料的聲學(xué)仿真的一些理論基礎(chǔ)，并且最后給出了一個實(shí)例，有興趣的朋友可以下載，并且可以按照實(shí)例做一下算例。現(xiàn)在多孔性吸聲材料在汽車NVH、船舶、航空等行業(yè)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，希望此PDF對大家有幫助！
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