低頻吸聲仿真的案例
基于comsol模擬微穿孔板和卷曲通道的混合吸聲器低頻吸聲
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，由于低頻聲音的強穿透性和普通材料的弱固有分散性，這是一項具有挑戰性的任務。傳統的吸聲材料，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。近年來，聲學超材料的概念為低頻吸聲器的設計提供了新的思路。許多亞波長吸聲材料或設備是基于諧振結構開發的，如裝飾膜諧振器、亥姆霍茲諧振器。帶有背腔的傳統微孔板也是低頻吸聲器的良好候選者。
研究內容：
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。分析檢驗了所提吸收器的高效可調吸收特性，并通過數值模擬和實驗驗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.論文中數值模擬的吸聲系數曲線
數值模擬：
在comsol中利用壓力聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖4.物理場的設置
（3）求解吸聲系數
圖5.數值分析的吸聲系數
通過數值分析計算得到的吸聲系數曲線與文獻的結果基本一致。兩個吸收器使用相同的螺旋形通道構建，但使用不同的MPP，其中一種情況的參數為d=0.9 mm、t0=0.64 mm、p=0.018（左圖），另一種情況下的參數為d=0.4mm、t0 =0.64 mm和p=0.048（右圖）。
展開 吸聲材料的結構作用及低頻聲陷井
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，對改善聽音區頻響也起到很重要的作用。如此，可以創造一個監聽更加清晰并且更加標準的混音環境。
01 中高頻吸收
高頻吸收主要是針對聲場設計，進行早期反射聲波干涉、混響以及回聲的控制。通常可使用全頻帶吸聲玻璃纖維板進行吸聲處理，并與擴散體聯合進行聲場塑造。
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，當監聽音箱發出的聲音撞擊墻面后，經反射的聲波與監聽音箱繼續發出的聲波發生干涉作用。根據波長不同，聲壓或被加強或被抵消，且不同的位置具有不同的頻響。在一個未經處理的房間內，聲波相互反相發生干涉作用時，最多會產生25dB甚至更多的衰減。
很多人錯誤地認為，使用近場監聽揚聲器可以排除聲學缺陷。事實上，一樣會有駐波問題，只是在監聽位置直達聲的能量較大而已。雖然當人耳靠近揚聲器時，高頻反射聲會由于掩蔽效應逐漸減小，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。聲波干涉與房間結構有關，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償聲學缺陷。
雖然使用耳機可以避免房間帶來的聲學問題，但是耳機監聽的聲音只有直達聲，使得我們很難去控制某些音軌的音量。
展開 用于有限空腔空間外殼中低頻吸聲的翻轉雙層微穿孔板
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性的課題之一。在實際工程應用中，通常使用傳統的纖維和多孔吸聲材料來降低噪聲。然而，由于低頻范圍內的聲波長較長，此類吸聲材料在低頻噪聲控制應用中的有效性受到限制。20世紀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可以產生類似于亥姆霍茲諧振器的吸聲機制。最高可用性構架介紹了多點定位系統的理論分析和設計原理。MPP由于其重量輕、無纖維和環境友好的特點，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MPP的應用受到限制。
研究內容：
本文提出了一種新型吸聲結構，該結構基于雙層微穿孔板（DLMPP）和類似于卷曲空間的翻轉空間概念，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。結果表明，新設計可以產生類似于傳統DLMPP的寬帶吸聲，空腔翻轉可以實現有限背腔空間外殼的低頻吸聲。對新設計的吸聲系數進行了理論分析和有限元模擬。還討論了設計參數對新設計吸聲系數的影響。
圖1. DLMPP的示意圖（a）傳統的系列安排的DLMPP;（b）新的 T-DLMPP 設計.
技術路線：
在Comsol中對這兩種DLMPP結構進行有限元仿真分析。
1. 幾何模型的構建及網格劃分：
圖2.T-DLMPP幾何模型構建及網格劃分
2. 添加研究，對結構化參數對吸聲系數的影響進行頻率分析：
圖3.孔徑大小對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
圖4.穿孔率對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
圖5.板厚對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
展開 基于comsol的壓力聲學-熱黏性聲學模塊模擬一種具有多階吸聲的低頻寬帶薄超表面
圖5.PCHR吸聲系數的仿真復現
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揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
揚聲器仿真高階應用】Bl(x)和激勵頻率的關系，兼論另一種揚聲器低頻失真仿真方法
通常的Bl(x)都是通過靜態掃描得到的，和激勵信號無關。
在實際運動過程中，音圈在磁場中運動會生成感應電流，且磁路中的鐵件也會生成感應電流。根據楞次定律，感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，即感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。
所以在實際運動過程中感應電流會略微影響磁場，從而影響Bl值。所以Bl（x）和激勵信號的頻率相關。
可以采用Comsol或者Ansoft Maxwell軟件（屬于Ansys公司）來進行仿真。
為減少計算規模，且只考慮揚聲器低頻段。在軟件中仿真磁路，同時耦合運動微分方程，導入Kms（x）的曲線。 需要采用移動網格，否則很難收斂。
得到幅值1A，100Hz的激勵電流下的Bl（x）循環?？梢钥吹紹l（x）上下循環時變化較小，也就是運動過程中感應電流對磁場影響很小。
由此，也可以衍生出另一種揚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?？梢杂嬎愣?#x2F;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/三次諧波失真的數值。
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展開 揚聲器系統低頻諧波失真仿真 V1.0發布
01
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揚聲器系統低頻諧波失真仿真工具
整體軟件界面如下圖所示
參數輸入
查看非線性曲線
輸出諧波失真等結果
可以仿真BL(x）,Kms(x)，Le(x)以及閉箱容積等非線性對揚聲器和音箱諧波失真的影響。
軟件下載地址 “揚聲器系統諧波失真仿真 V1.0.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1thiDPnZnFZuMt8WvZ1rtLw 密碼：ghn7
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使用說明
首先同樣需要安裝matlab運行環境。
下載并運行“MyAppInstaller_web.exe”
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1eTrAQtW 密碼：jgkh
參數輸入
若希望計算揚聲器單元的諧波失真?？梢园验]箱容積設置成較大數值，比如1e10 L。
非線性項按4階多項式表達式進行擬合
BL(x)=BL0+BL1*x+BL2*x^2+BL3*x^3+BL4*x^4
Kms(x)=Kms0+Kms1*x+Kms2*x^2+Kms3*x^3+Kms4*x^4
Le(x)=Le0+Le1*x+Le2*x^2+Le3*x^3+Le4*x^4
可以選擇手動輸入非線性項的系數，或直接導入非線性曲線。當導入曲線后，對應的系數輸入項將禁止輸入以進行區別。每一項都可以自由選擇輸入參數或導入曲線。
數據來源可以是Klippel或有限元模擬軟件的結果。
展開 LMS Virtual.Lab多孔吸聲材料仿真
這個PDF是LMS官方文檔，講述了多孔性吸聲材料的聲學仿真的一些理論基礎，并且最后給出了一個實例，有興趣的朋友可以下載，并且可以按照實例做一下算例?，F在多孔性吸聲材料在汽車NVH、船舶、航空等行業應用相當廣泛，希望此PDF對大家有幫助！
TRIM multilayer sound material.pdf
基于Comsol的花瓣形穿孔微穿孔板的吸聲理論仿真
添加研究，對兩種微穿孔板吸聲體的吸聲系數進行頻率分析：
圖.圓形微穿孔板的吸聲系數有限元結果
圖.花瓣形微穿孔板的吸聲系數有限元結果
與文獻中的結果對比：
圖(a)文獻中具有圓形和花瓣形穿孔的MPP的吸聲系數:理論預測與有限元仿真結果的比較；(b)Comsol中復現的有限元仿真結果。
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