音響モジュールアップデート
COMSOL Multiphysics® バージョン 5.4 の音響モジュールでは圧力おんきょうのポート境界条件, 非線形音響 Westervelt モデル, 大気減衰モデルなどが加わりました. 音響モジュールのアップデート詳細については以下をご覧ください.
圧力音響のポート
新しい ポート 境界条件はダクトや流路などの導波路構造を入出射する音波を励起したり吸収したりするために使います. この境界条件は 圧力音響 (周波数領域) インターフェースで利用可能です. 導波路流入出口での音響を完全に記述するために, 同じ境界でいくつかのポート条件を組み合せることができます. 解析する周波数帯での全ての関係する伝播モードを含めることにより, ポート条件はほぼ完全な無反射条件を導波路に与えます. 基本的にはこの条件は解のマルチモード展開による表示です. 多くの場合, この新しい ポート 条件が, 平面波輻射条件や完全適合層 (PML) よりも使いやすく, 精度のよい結果を与えます. 新しい ポート 条件は自動でSパラメーター (散乱パラメーター) を計算し, ビルトインの後処理変数により簡単に透過損失 (TL) や挿入損失 (IL) を計算することができます. ポート 境界条件は特定のモードで系を励起するソースとしても使うことができます.
この機能は次のモデルで使われています:
ポート機能設定ウィンドウ. 矩形ポートが選択され, 平面波モード (0,0) の励起が有効化されています. ダクト系における計算された散乱係数と透過損失, そして 710 Hz における圧力の等値面プロットの結果が表示されています.
非線形音響 Westervelt モデル
高い音圧レベルでは, 線形音響波動方程式では圧力波の伝播を記述できません; 完全非線形2階微分波動方程式を解く必要があります. この方程式は積算の非線形効果が主要な局所非線形効果である場合, 例えば, 伝播距離が波長よりも大きい場合, に簡略化できます. 圧力音響 (時間領域) インターフェースの新しい非線形音響 (Westervelt) 機能がそれを実行します. この機能はトランスデューサー, 音響ホーン, 超音波などで経験されるような時間領域における高い振幅の音響をモデル化することができます. また, ショック捕獲安定化と特別なソルバーハンドリングも含みます.
この機能は次のモデルで使われています:
非線形伝播とショック形成. 非線形音響 (Westervelt) 機能を使ってモデル化されています. ショック形成後の伝播が特別な安定化を使って捕獲されています.
大気と海洋の減衰材料モデル
2つの新しい減衰材料モデルが加わりました. 1つは大気中の空気で, もう1つは海洋水で, 圧力音響 (周波数領域) インターフェースと 音線音響 インターフェースに含まれています. これらのモデルは両方とも半解析的で, 膨大な測定データで校正されています. それらには粘性, 熱伝導, 種々の分子の緩和の効果が含まれています. 大気減衰 モデルは ANSI 基準 S1.26-2014 に則っています. モデルは大気圧 (絶対圧), 温度, 相対湿度に依存します. 海洋減衰モデルは温度, 塩分, 深さ, pH 値に依存します. このモデルには準拠する基準はありません. 両方のモデルにおける減衰効果は大きな距離の伝播と高周波数プロセスにとって重要です. また, これらのモデルは, 非常に大きな距離の伝播をシミュレートする音線追跡シミュレーションにおいても重要です. この機能は次のモデルに使われています：2D軸対称ジオメトリの水面下音線追跡チュートリアル
外場計算
外場計算 が従来の 遠方場計算 を更新した機能として新たに加わりました. 遠方場計算 機能輻射場の計算を行うことができましたが, (レイリー半径より大きな距離の) 遠方場だけではなく, 計算領域の外の任意の点での計算も可能でした. 実際, 典型的な使用は遠方場計算ではありませんでした. 新しくなったこの機能は同じような使い方ができますが, 機能名とユーザーインターフェースが新しいデフォルトとともに変わりました. モデル設定の際には対称面の可視化ができるようになり, 新しいデフォルトプロットが生成されます.
この機能は次のモデルで使われています:
- vented_loudspeaker_enclosure
- loudspeaker_driver
- lumped_loudspeaker_driver
- tonpilz_transducer
- piezoacoustic_transducer
- acoustic_scattering
新しい外場計算機能のユーザーインターフェース. グラフィックスウィンドウでは評価用の対称面がハイライトされています.
圧力音響 (時間領域) インターフェースの外場計算
外場計算 機能が, 時間-周波数 FFT スタディステップと組み合せると, 全ての過渡 圧力音響 インターフェースで利用できるようになりました. この機能は変数とデフォルトプロットを生成して, 時間依存のシミュレーションデータが 時間-周波数 FFT スタディステップで周波数領域に変換された後それを表示します. この機能は次のチュートリアルで使われています： 音響ホーン: Westervelt モデルを使った非線形音波伝播.
さらなる境界要素機能
ハイブリッド BEM-FEM モデルのソルバー手法が改善され, ほとんどのモデル, 特にFEMによる自由度が大部分を占めるようなモデルで大きな速度向上が見られます. 圧力音響 (境界要素) インターフェースが拡張され, 従来次のような場合のFEMベースのインターフェースでしか利用できなかったような機能が利用できるようになりました:
- 熱粘性音響 インターフェースと 多孔質弾性波 インターフェースへのマルチフィジックスカップリング
- 内部速度 境界条件と 内部変位 境界条件
- インピーダンス 境界条件における全てのインピーダンスモデル (例えば RCL 回路, 生理学など)
ハイブリッド BEM-FEM モデルの新しいソルバー手法で, BEM-FEM によるマルチフィジックスモデル Vibroacoustic Loudspeaker Simulation の計算が大幅に高速になりました. ある特定のハードウェア構成で求解時間は 1時間 37分から 51分に短縮しました.
線形化ナビエ・ストークスと熱粘性音響の断熱定式化オプション
線形化ナビエ・ストークス と 熱粘性 フィジックスインターフェースに新しい支配方程式のオプション 断熱定式化 が加わりました. この定式化は, 粘性効果に比べて熱効果が比較的小さいような水などのほとんどの液体でよい近似を与えます. この新しいオプションの効果はモデルの計算コストが減るkotodesu. これは, 温度を直接圧力と関係付けて (断熱), 温度 の自由度 (DOF) を求解しないからです.
この機能は次のモデルで使われています:
線形化ナビエ・ストークスの勾配項抑制 (GTS) 安定化
線形化ナビエ・ストークスフィジックスインターフェースに新しいオプション 勾配項抑制安定化 が加わりました. 線形化ナビエ・ストークス方程式系が解かれる際, ケルビン・ヘルムホルツ不安定と呼ばれる線形の物理的不安定波が発達します. これらの不安定性は時間とともに, または反復ソルバーで求解中に発展することがあります. この原因となるのは支配方程式系における反応項です. ある種の問題ではこれらの不安定性の発達を, 音響解を残しながら平均流の勾配をキャンセルすることで抑制することができます. これが勾配項抑制安定化と呼ばれるものです. 除外される項は 反応項 と 対流項 にグループ化されます.
新しいデフォルトプロット
いくつかのデフォルトプットが新しくなりました. カラースキームがフィジックスインターフェースを通して同じになりました. 例えば, Wave カラーテーブルは対称な値域で音響圧力の表示に, ThermalEquidistant カラーテーブルは熱粘性音響での音響温度変化の表示に使われます. 固有周波数解析の場合は, 新しい 評価グループ がデフォルトで固有周波数, ダンピング比, 品質因子などの情報とともにデフォルトで追加されます. 外場のデフォルトプロットが新しい機能とデフォルトとともに更新されました.
この新しい機能は次のモデルで使われています:
背景場と入射場の変調ガウシアンパルスオプション
過渡 圧力音響 インターフェースに 変調ガウシアンパルス を背景音響場または入射音響場として定義する新しいオプションが加わりました. このオプションは時間領域での散乱問題のモデル化に便利です. この場合, 変調されたガウシアンパルスをチューニングして, あるキャリア周波数周りのバンド限定周波数コンテントを作ることができます.
音響固有量の追加による空気と水の材料更新
ビルトイン材料の 空気 と 水 (液体) が更新されて, 音響問題を単純にモデル化できるようになりました. どちらの材料にもバルク粘度, 熱膨張係数の値が追加されました. 水では温度依存の比熱式が追加されました. この新しい材料データを使うには, 従来のモデルで古い材料を削除し, 再度 材料追加 ウィンドウから同じ材料を追加してください.
この機能は次のモデルで使われています:
熱粘性音響 または 線形化ナビエ・ストークス フィジックスインターフェースで 水 に バルク粘度 を加えたモデル.
音線音響アップデート
音線音響 インターフェースでは吸収または減衰する媒質中での強度計算法が改善され, メッシュ化されていない音線追跡モデルやジオメトリ外のボイドドメインでのドメイン減衰を考慮できるようになりました. 強度計算の精度自体も向上しました. 新しいセクション, 外部および非メッシュ化ドメインの材料特性 が音速, 密度, 減衰係数の入力フィールドとともに追加されました. 壁 条件では, レイリー粗さモデルで整合性が改善されました. 音線音響 インターフェースでは強度計算のオプション, パワー計算 が追加され, 強度計算 よりも少ない数の自由度を使って境界での音圧レベルを計算し, インパルス応答をプロットすることができます. 強度か音圧レベルを音線に沿ってプロットするには 強度計算 もしくは 強度とパワーを計算 を選択する必要があります.
この新しい機能は次のモデルで使われています:
重要な増強とバグフィックス
一般増強
- グリッドデータセットのプロットをプレビューする際にジオメトリを表示可能に. ジオメトリはグリッドデータセットを参照するカットポイント, カットライン, カットプレーンに合わせて表示.
- 極座標プロットで軸方向と範囲の制御を改善
- 輻射パターンプロット, グリッド データセット, パラメーター化曲線/面 データセットでのメッシュ化ドメイン外の評価では空間座標を常に使用.
- 線形化ナビエ・ストークス インターフェースで密度表示の 理想気体 オプションが利用可能に
- 線形化ナビエ・ストークス インターフェースと 熱粘性音響 インターフェース で音速参照 オプションで圧縮性と熱膨張を定義
- 線形化ナビエ・ストークス インターフェースで, 背景流れが大きな勾配を持つ場合の安定化を改善.
- ほとんどのフィジックスインターフェースで 周期条件 にユーザー定義オプションを追加. どの場の成分が連成するかを制御可能に
ポスト処理増強
- 圧力音響 (周波数領域) インターフェースでインピーダンス変数を既定加速度, 速度, 変位境界で定義
- 熱粘性 (境界モード) インターフェースで集中特性インピーダンスの既定変数が可能に
- インピーダンス境界条件で垂直入射吸収 (
acpr.imp1.alpha\_n)とランダム入射吸収 (acpr.imp1.alpha\_ran)のポスト処理変数を定義
ソルバー増強
- 熱粘性音響 を使った固有周波数問題の反復ソルバー提案
- 全てのソルバー提案で領域分割前処理に基づく 分離 オプションを提案. この設定は完全パラレル化可能.
- FEM および BEM ベースのインターフェース, 固体-シェル マルチフィジックスカップリングと 圧力音響 を使用の際, 反復ソルバー提案を生成.
新しいチュートリアルモデルとアプリケーション
COMSOL Multiphysics® バージョン 5.4 ではいくつかの新しいチュートリアルモデルとアプリケーションが加わりました.
直角曲げをもつダクト
Acoustics of a waveguide with a right-angled bend analyzed using the new Port boundary condition. In this figure, the modes used at the inlet are depicted away from the geometry.
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duct_right_angled_bend
小コンサートホール音響
This ray acoustics tutorial is now part of the Application Library and includes detailed step-by-step instructions, using the new attenuation computation available for unmeshed domains.
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small_concert_hall
完全振動音響カップリングのある集中レシーバー
Full vibroacoustic analysis of the interaction between a vibration isolation mounting and a miniature hearing aid transducer. Shown here: The deformation of the ear-mold tube and receiver and the sound pressure level in the coupler volume.
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lumped_receiver_vibroacoustic
ラウドスピーカードライバー (過渡)
Full transient multiphysics analysis of a loudspeaker driver, which allows the modeling of nonlinear effects. The results include the total harmonic distortion (THD) and the dynamic BL curve.
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loudspeaker_driver_transient
非線形音響 — 1D Westervelt 方程式のモデル化
Transient nonlinear propagation of finite-amplitude acoustic waves in a fluid, by solving for the Westervelt equation. The linear and nonlinear wave profiles before and after the shock formation distance are shown.
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nonlinear_acoustics_westervelt_1d
バッフル付きピストンからの輻射
An axisymmetric model of a rigid piston in an infinite baffle is used to exemplify the Exterior Field Calculation feature; the image shows the pressure field evaluated in a cross-section plane.
ラウドスピーカー輻射: BEM 音響チュートリアル
Acoustic radiation pattern from a small loudspeaker analyzed using the boundary element method. The sound pressure level radiated from the loudspeaker at 2000 Hz is shown.
音響ホーン: Westervelt モデルによる非線形音波伝播
This tutorial shows how to include local nonlinear effects when simulating the acoustics of an exponential horn. Nonlinear effects become important when an acoustic horn is used for high-amplitude signaling.
音壁ロギング
This model demonstrates how to simulate a piezoelectric transducer both as a sound transmitter and a receiver in a well logging setup. Here, the displacement field of the elastic wave is shown.
孔のあるマフラー
This tutorial model has been updated to use the new Port boundary conditions, simplifying the model setup and postprocessing of the transmission loss.
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perforated_muffler
流れのあるヘルムホルツ共振器
The CFD part of this tutorial has been updated to use the new Fully developed flow option of the Inlet boundary condition, now available for the SST turbulence model.
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helmholtz_resonator_with_flow