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</p><p><br></p><p class="ql-align-justify">本期海克斯康直播講堂請到了聲學(xué)仿真專家白玉儒，白玉儒老師將為我們帶來電聲系統(tǒng)的聲場及電子行業(yè)相關(guān)氣動噪聲仿真方案，詳細(xì)講解通過仿真方式進(jìn)行電聲產(chǎn)品的建模和集成環(huán)境下的振動和聲場分析，也會涉及電子產(chǎn)品中的氣動噪聲問題例如耳機(jī)風(fēng)噪、電子散熱風(fēng)扇的內(nèi)容，為進(jìn)一步提升喇叭的輻射效率、降低產(chǎn)品共振風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)測和優(yōu)化產(chǎn)品的聲場提供數(shù)據(jù)化

聲學(xué)有限元法是采用整個(gè)分析域的離散，但隨著聲學(xué)仿真模型的日益精細(xì)與龐大，網(wǎng)格劃分費(fèi)時(shí)費(fèi)力；對于無限域聲學(xué)問題，有限元方法還需要結(jié)合一些特殊的方法進(jìn)行問題轉(zhuǎn)換。

也是因?yàn)轳R赫數(shù)較低的緣故，流體繞流聲仿真中的流場非定常計(jì)算與聲輻射仿真可以分開，其中不考慮流場對聲場的散射效應(yīng)。 在艦船流體繞流噪聲仿真中，最關(guān)鍵的是要獲得精確的聲源信息，了解聲源的成分、聲輻射效率和聲源分布。

隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展, 有條件對水下目標(biāo)散射聲場進(jìn)而對主動聲吶回波信號進(jìn)行較為精確的數(shù)值仿真, 避免了頻繁進(jìn)行海試試驗(yàn), 節(jié)省了大量的人力物力[1]。通過相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn), 國內(nèi)對于水下結(jié)構(gòu)的散射聲場數(shù)值仿真大都采用有限元與邊界元相結(jié)合的方法, 并在工程應(yīng)用方面取得了良好的結(jié)果[2], 但只是針對簡單模型進(jìn)行仿真。

如上圖所示，仿真得到的喇叭1米遠(yuǎn)處聲場頻譜與物理實(shí)驗(yàn)完美匹配。 現(xiàn)代工程師使用Actran優(yōu)化揚(yáng)聲器腔體和管道的中的聲學(xué)共鳴，可以使喇叭設(shè)計(jì)中的低、中、高頻聲場特性均滿足美國和歐盟的法規(guī)要求，同時(shí)降低了喇叭的尺寸和能量的消耗。

仿真技術(shù)不僅加速了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的步伐，還為設(shè)計(jì)師提供了深入了解物理機(jī)理、制定針對性優(yōu)化方案的機(jī)會。雖然針對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與聲場建模手段已經(jīng)越來越成熟，但無論是定義真實(shí)的結(jié)構(gòu)載荷還是聲場載荷，其形式和大小對仿真而言都具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。

圖 6 聲壓級曲線 圖 7 各時(shí)刻壓力云圖03文章小結(jié)采用Dytran與Actran進(jìn)行聯(lián)合仿真，可以快速且便捷的進(jìn)行碰撞以及跌落過程中的聲場分析，同時(shí)，根據(jù)聲場的分析結(jié)果，可以為結(jié)構(gòu)的降噪優(yōu)化提供相關(guān)理論參考。

，將其導(dǎo)入Mechanical進(jìn)行簡諧振動分析，得到質(zhì)點(diǎn)振動速度，再將其導(dǎo)入ANSYS Acoustics聲學(xué)仿真模塊，求解聲壓波動方程，進(jìn)行聲場分析，得到最后的噪聲計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)GB/T1094.10進(jìn)行評定。

從核心功能模塊的技術(shù)特性來看，Actran 構(gòu)建了覆蓋全聲學(xué)仿真流程的解決方案：? Actran Acoustics 基礎(chǔ)模塊：基于高階有限元（p-version FEM）與自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)，支持聲場傳播、空腔聲學(xué)模態(tài)分析、外場聲輻射預(yù)測等場景，網(wǎng)格收斂性誤差可控制在 3% 以內(nèi)。

圖2：使用不同數(shù)量的麥克風(fēng)產(chǎn)生的聲場他們發(fā)現(xiàn)，盡管可以用76個(gè)麥克風(fēng)表示1米處3kHz的輻射聲場，但實(shí)際測試的條件多變，這意味著需要進(jìn)行穩(wěn)健性研究。Yang 提到：“實(shí)際測試總是受到測量誤差的影響。我們在測量傳聲器位置以及每個(gè)傳聲器的聲壓測量（包括幅度和相位）時(shí)可能會出現(xiàn)誤差。因此，我們希望檢查這些錯誤是如何發(fā)生的，并為此在輸入數(shù)據(jù)中添加了人工擾動”。這可以通過仿真輕松完成。

聲學(xué)有限元仿真分析是進(jìn)行直升機(jī)降噪設(shè)計(jì)的有效手段，可以在型號設(shè)計(jì)之初預(yù)估出機(jī)艙內(nèi)外噪聲水平，給出降噪設(shè)計(jì)建議，評估降噪技術(shù)效果，大幅減少了后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)和測試成本。目前，直升機(jī)噪聲的仿真分析主要集中在旋翼和尾槳噪聲等艙外噪聲上。王普緣應(yīng)用有限元方法，分析得出在中速前飛狀態(tài)下，旋翼噪聲在直升機(jī)全機(jī)總噪聲中的占比超過90％。

基于PERA SIM進(jìn)行聲學(xué)研究，首先，PERA SIM Mechanical結(jié)構(gòu)仿真、PERA SIM Fluid流體仿真、以及PERA SIM LEmag電磁仿真，提供了面向工業(yè)用戶各類產(chǎn)品聲音產(chǎn)生的仿真評估能力，例如：模態(tài)剛度分析、湍流模擬、電磁力計(jì)算等。

2.2.2 聲場分析 在上述諧響應(yīng)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行電機(jī)多轉(zhuǎn)速工況的噪聲仿真。建立電機(jī)聲場的仿真模型，在電機(jī)外表面構(gòu)建1 000 mm的空氣包絡(luò)，并對其進(jìn)行網(wǎng)格剖分、導(dǎo)入載荷和聲域求解設(shè)置，仿真計(jì)算得到電機(jī)的聲場結(jié)果。

● 用于評估聲場擴(kuò)散性的 SIF 指標(biāo)：新的 Sinc 指示函數(shù) (SIF) 輸出（可通過 OUTPUT_REQUEST 獲取）數(shù)值在 0 到 1 之間，用于評估聲場的擴(kuò)散質(zhì)量。它將該聲場的空間互相關(guān)函數(shù)與理想擴(kuò)散聲場進(jìn)行比較。這對直接場聲學(xué)試驗(yàn) (DFAT) 仿真特別有用。● 新的網(wǎng)格編輯器框架： 該網(wǎng)格編輯器是專用于網(wǎng)格操作的新框架，比原有框架速度更快，并支持撤銷/重做操作。

圖7 動力總成振動位移4 噪聲研究 以LMS Virtual．Lab Acoustics有限元仿真軟件為平臺，仿真動力總成的電磁噪聲聲場分布情況。圖8為樣機(jī)電磁噪聲聲場分布云圖。從圖8仿真結(jié)果可知，動力總成機(jī)身附近的聲功率較大，這是由于徑向電磁激振力直接作用在電機(jī)定子鐵心內(nèi)表面，而隨著聲場的擴(kuò)大，聲場呈射線狀散開。

圖2：使用不同數(shù)量的麥克風(fēng)產(chǎn)生的聲場他們發(fā)現(xiàn)，盡管可以用76個(gè)麥克風(fēng)表示1米處3kHz的輻射聲場，但實(shí)際測試的條件多變，這意味著需要進(jìn)行穩(wěn)健性研究。Yang 提到：“實(shí)際測試總是受到測量誤差的影響。我們在測量傳聲器位置以及每個(gè)傳聲器的聲壓測量（包括幅度和相位）時(shí)可能會出現(xiàn)誤差。因此，我們希望檢查這些錯誤是如何發(fā)生的，并為此在輸入數(shù)據(jù)中添加了人工擾動”。這可以通過仿真輕松完成。

本研究使用仿真手段對旋轉(zhuǎn)槳的非空化噪聲進(jìn)行研究。研究分為流體動力學(xué)仿真計(jì)算和聲學(xué)仿真計(jì)算，流體計(jì)算以縮比的DMPT P4119標(biāo)準(zhǔn)槳為研究對象。在穩(wěn)態(tài)計(jì)算中，采用SST 湍流模型。瞬態(tài)計(jì)算采用大渦模擬(LES)湍流模型，計(jì)算不同工況下螺旋槳的水動力性能。所得流場結(jié)果與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi)。

◆ 測試方法與計(jì)算參數(shù)論文提到兩種風(fēng)扇噪聲聲場的預(yù)測方法：一種是假設(shè)聲音在自由空間中傳播，結(jié)合CFD軟件進(jìn)行仿真；另一種是混合方法，從CFD軟件中提取聲源，通過聲學(xué)求解器進(jìn)行傳播。本次試驗(yàn)使用CFD軟件中的scFLOW軟件進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)流場計(jì)算，預(yù)測自由空間聲場中的聲壓。我們還使用Actran軟件計(jì)算聲壓級。兩款軟件均由海克斯康工業(yè)軟件開發(fā)，具有良好的數(shù)據(jù)交互性。

1.2.2 流致性振動噪聲 雙螺桿式制冷壓縮機(jī)流場-聲場聯(lián)合仿真預(yù)測技術(shù)是解決流致性振動噪聲問題的關(guān)鍵。筆者團(tuán)隊(duì)基于雙螺桿式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，應(yīng)用CFD數(shù)值仿真技術(shù)，建立壓縮機(jī)工作過程的非定常流場，分析流場的壓力云圖和壓力時(shí)域特性，開展流場和聲場的聯(lián)合仿真，預(yù)測氣動聲學(xué)特性，如圖3所示。