COMSOL Multiphysics^® 6.2 リリースハイライト

音響モジュールアップデート

音響モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン 6.2 では, 時間領域圧力音響の新しい周波数依存インピーダンス条件, 多孔質弾性波インターフェースの新しい異方性材料モデル, 線形化ポテンシャル流れに基づいた航空音響ベースのモデリングを強化するための新しいポート境界条件が導入されています. これらのアップデートと詳細については, 以下をご覧ください.

時間領域における周波数依存インピーダンス条件

圧力音響 (過渡) インターフェースおよび圧力音響 (陽的時間発展) インターフェースには, 時間領域で周波数依存のインピーダンス条件を指定および設定するための新しい機能があります. この機能は, 周波数領域データの合理的な近似を提供し, その結果, 時間領域で解かれる常微分方程式系 (逆フーリエ変換の記憶方程式) が得られます. 周波数領域データから時間領域への変換を実行するために, フィッティングまたは補間のための新しい関数が追加されました. フィッティングは, 適応型 Antoulas-Anderson (AAA) アルゴリズムのバリアントに依存します. この新しい機能は, 更新された周波数依存インピーダンスを使用した波動ベースの時間領域室内音響チュートリアルモデルで紹介されています.

圧力音響 (過渡) および圧力音響 (陽的時間発展) インターフェースのインピーダンス境界条件を使用して, 吸収パネルや周波数依存の吸収特性を持つその他の表面などの現実的な表面特性をモデル化できるようになりました. 利用可能な新しいオプションは, 直列結合 RCL と一般的なローカル反応 (合理的近似) の2つで, 後者は表面インピーダンスデータの特別な変換に依存しており, 新しい部分分数フィッティング関数で実現できます. この新しい機能は, たとえば, 時間領域での現実的な波ベースの室内音響シミュレーションをモデリングする場合に不可欠です.

部分分数フィッティング関数は, 周波数領域データを時間領域解析に適した形式に変換します. この関数は, 周波数領域応答の有理近似を実行します. これにより, 逆フーリエ変換を解析的に計算し, 時間領域のインパルス応答関数を取得することが可能になります. フィッティングアルゴリズムはあらゆるデータに使用できますが, 特に重要であり, 音響シミュレーションの表面インピーダンスデータに役立ちます.

多孔質弾性波インターフェースにおける異方性多孔弾性材料モデル

多孔質弾性波インターフェースが拡張され, 新しい材料モデルである異方性多孔弾性材料が含まれるようになりました. 繊維材料と同様に, 多くの多孔質材料は異方性特性を示します. 異方性特性は, 弾性マトリックス材料の特性だけでなく, 関連する多孔音響特性 (流動抵抗率, ねじれ係数, 粘性特性長など) に対しても定義できるようになりました. この材料モデルは, 新しい横等方性多孔質層チュートリアルモデルで表示できます.

再構成された多孔質弾性波インターフェース

多孔質弾性波インターフェースは, ユーザー体験を向上させるために再構築されました. 多孔質弾性マトリックスに適用される機能と飽和流体に適用される機能は, 別のメニューに配置されるようになりました. さらに, これらの機能を同じ境界に適用して, 多数の混合条件を定義することもできます. 次のチュートリアルモデルでは, この新しいアップデートを紹介します:

• transverse_isotropic_porous_layer
• reflections_water_sediment
• acoustics_particulate_filter

線形化ポテンシャル流れのポート条件

ポート境界条件が線形化ポテンシャル流れインターフェースに追加されました. ポート条件は, ターボファンダクトや他の流路構造などの導波管構造に出入りする特定の音響モードを励起および吸収するために使用されます. この機能は, 線形化ポテンシャル流れの定式化に基づく対流音響シミュレーションに適用できます. 完全な音響の説明を提供するために, 複数のポート条件が同じ境界に適用され, ノイズ源のモード分解が容易になります. 解析した周波数範囲内では, 関連するすべての伝播モードを考慮できます. 次に, 線形化ポテンシャル流れ (境界モード) インターフェースを使用して, 伝播モードと非伝播モードを解析および特定します. この新しい機能は, 流れダクトチュートリアルモデルで確認できます.

線形化ポテンシャル流れ (境界モード) インターフェースのインピーダンス条件

伝播モードと非伝播モードを計算するときに, 線形化ポテンシャル流れ (境界モード) インターフェースにインピーダンス境界条件を追加できるようになりました. 線状導波管構成で現実的な出射モードと入射モードを備えた導波管システムを励起する場合, この条件を線形化ポテンシャル流れ (周波数領域) インターフェースのポート境界条件と組み合わせて追加すると便利です.

非理想的な壁条件に対する熱粘性音響におけるスリップウォール機能

新しいスリップウォール境界条件は, クヌーセン数が 0.001 ～ 0.1 の範囲にある場合に, 滑り流れ領域に存在する効果的な非理想的な壁条件をモデル化するために, 熱粘性音響学に利用できます. この条件は, 幾何学的寸法が非常に小さいシステム, または非常に低い周囲圧力で動作するシステムに使用されます. これは, スリップウォールを備えた MEMS マイク のチュートリアルで説明されているように, MEMS トランスデューサーやその他のマイクロデバイスなどをモデリングするときに関係します. 内部境界上のスリップウォールをモデル化するには, 内部スリップウォール条件を使用できます. 新しいスリップウォール機能は, 滑り流れレジームチュートリアルモデルの微細穿孔板の粘性減衰 で確認できます.

熱粘性音響の表面張力機能

熱粘性音響 (周波数領域) インターフェースの新しい表面張力機能により, 表面張力効果を含む 2 つの流体間の界面をモデル化するために必要な内部条件が追加されます. ヤング・ラプラス方程式のこの音響 (摂動) 定式化は, 流体 - 流体界面の定常形状の周りの線形化に依存しています. この機能は, インクジェット用途などで, マイクロバブルやマイクロドロップなど, 2 つの異なる非混合流体間の小さく湾曲した界面をモデル化する場合に重要です. 表面張力を伴う気泡の新しい固有モード チュートリアルモデルで, この機能が紹介されています.

熱粘性音響 (周波数領域) のインピーダンス用の新しい RCL オプション

RCL オプションが, 熱粘性音響 (周波数領域) インターフェースのインピーダンス境界条件に追加されました. この条件は, 集中表現を使用して音場と単純なバネ, 質量, ダンパーシステムの間の相互作用をモデル化するのに役立ちます. たとえば, マイクの柔軟な膜の集中表現を使用して, マイクモデルとの音響構造の相互作用をモデル化できます.

圧力音響における炎モデル, 周波数領域

圧力音響 (周波数領域) インターフェースの新しい炎モデル機能により, 通常燃焼設定における安定性解析のために使用する炎モデルで, 熱源を定義できるようになります. 熱源は音場に依存し, n-tau モデルで定義されます. 内燃機関では, 熱放出は新鮮な燃料供給の音響振動に依存し, 音響振動は熱放出の影響を受けます. これにより, 音響モードが不安定になるか減衰する可能性があります. この機能は, 新しい炎検証 チュートリアルモデルでご覧ください.

新しく改良されたマルチフィジックスカップリングと機能

音響 FEM-BEM 境界カップリングおよび音響-構造境界カップリングにはサブ機能を追加するオプションが含まれるようになり, モデリングワークフローを簡素化するために 2 つの新しいマルチフィジックスカップリングが音響モジュールに追加されました.

アセンブリ用の音響-熱粘性音響境界マルチフィジックスカップリング

以前に利用可能であった音響-熱粘性音響境界カップリングの新しい境界ペアバージョンが追加されました. このカップリングは, 不適合メッシュを含むアセンブリのモデリングに適しています.

新しい熱粘性音響-熱摂動境界マルチフィジックスカップリング

新しい熱粘性音響-熱摂動境界マルチフィジックスカップリングが追加され, 流体の音響温度変動と固体の温度変動を連成します. このカップリングは, 熱粘性音響 (周波数領域) インターフェースまたは熱粘性音響 (過渡) インターフェースと伝熱 (固体) インターフェースの間の相互作用として機能します. この新しいカップリングは, たとえば, 熱音響エンジンやポンプの高度な音響シミュレーションに役立ちます. この機能は, 更新された熱音響エンジンとヒートポンプ のチュートリル モデルで確認できます.

音響 FEM-BEM 境界マルチフィジックスカップリングの内部インピーダンス

音響 FEM-BEM 境界マルチフィジックスカップリングを使用して有限要素法 (FEM) と境界要素法 (BEM) に基づく圧力音響モデルを連成する場合, 2 つのドメイン間にインピーダンスサブ機能を追加できるようになりました. これにより, ハイブリッド FEM-BEM モデリング戦略の使用が拡張され, 大規模な音響問題に役立ちます.

音響-構造境界マルチフィジックスカップリングの熱粘性境界層インピーダンス

音響-構造境界マルチフィジックス カップリングを使用して振動構造を音響ドメインに連成する場合, 熱粘性境界層インピーダンスサブ機能をマルチフィジックスカップリングに追加できるようになりました. これにより, 熱粘性境界層インピーダンスの均質化された境界条件式に熱粘性損失が含まれる大規模な振動音響モデルの設定が簡素化されます. この機能は, 特定の形状最適化問題を高速化する場合や, 近似シミュレーションを高速化する場合にも重要です. この新しい追加を圧電 MEMS スピーカー のチュートリアル モデルでご覧ください.

音線音響の新しいレシーバー機能

音線音響インターフェースの新しいフィジックスベースのレシーバー機能により, インパルス応答を解析するパフォーマンスが大幅に向上します. この機能は, フィジックスを設定するときにジオメトリ内の受信球の境界を定義するために使用されます. レシーバーは, シミュレーション中に交差する光線に関する情報 (到着時間とパワー) を収集します. この情報は, 結果分析でインパルス応答を計算するために使用されます. 室内楽ホール モデルの計算時間と結果解析時間 (インパルス応答の計算, 音線軌道のプロットなど) を合わせた時間は, 18 時間 (バージョン 6.1 使用時) から 2 時間 (バージョン 6.2 使用時) に短縮されました. 10 個のインパルス応答を分析する時間は, 16 時間から 30 分に短縮されました (2 つのソースと 5 つのレシーバー, 合計 10 ペア, 46,000 の音線を使用, 1/3 オクターブ分解能の 18 バンドを使用). この機能は更新された小コンサートホール音響 チュートリアルモデルで確認できます.

音線音響の新しい圧力場から出射機能

新しい圧力場からの出射機能は, 音線音響インターフェースでリアルなソースを作成するために使用されます. 現実的な音源情報は, まず, 圧力音響 (周波数領域) インターフェースを使用した波動ベース (近接場) シミュレーションから抽出されます. これは, 音線追跡の古典的な点音源近似が必ずしも必要ではないことを意味します. 近距離音源の例としては, 車のダッシュボードに配置されたスピーカーが挙げられます. 新しい車室内音響: ハイブリッド FEM – 音線源カップリング チュートリアル モデルに示されているように, その配置により局所的な反射と回折が発生します. この場合, 音線追跡では波の現象を捉えることができません. ただし, 局所圧力音響モデルを使用することで, これらの現象に対処できます. 圧力場からの解放機能を使用すると, 音線の出射が可能になります. 光線の大きさと方向は, 圧力音響モデル内の強度場によって決まります. この新機能は, スマートスピーカーの室内インパルス応答 チュートリアルモデルで確認できます.

WAV オーディオファイルのインポート

WAV オーディオファイル (.wav) を補間関数としてインポートできるようになりました. これは, シミュレーションと測定データを比較する場合や, 過渡解析のためにソース信号をインポートする場合など, 音響学の多くのアプリケーションに役立ちます. この新しい機能は, 更新された小規模コンサートホール音響 チュートリアルモデルで確認できます.

インパルス応答プロットのソース関数

インパルス応答プロットのデータソースには, (レシーバーデータセットのみではなく) 関数オプションが追加されました. これは, インパルス応答プロットを使用して, たとえば WAV オーディオファイルのインポートに基づいてユーザー定義のインパルス応答データを分析できることを意味します. この機能により, 測定データだけでなく, 低周波ベースのシミュレーションと高周波シミュレーションを連結したデータの解析も可能になります. 小コンサートホール音響 チュートリアル モデルでは, この新しい追加を紹介します.

オクターブバンドプロットのアップデート

オクターブ バンド プロットを使用して, 過渡シミュレーションに基づいた結果を分析できるようになりました. 過渡データは, 分析される前に周波数領域に変換されます. オクターブバンドプロットには, 音響の吸収データまたは振動速度データを分析して構造振動モデルの周波数応答関数 (FRF) をプロットするために使用できる, 一般 (非 dB) 入力タイプも追加されました.

2D 軸対称モデルでの外部場演算子を使用した勾配ベースの最適化

圧力音響 (周波数領域) インターフェースで専用の最適化外部場 Lppextopt 演算子を使用する場合, 勾配ベースの最適化 (形状またはトポロジ最適化) が 2D 軸対称モデルでサポートされるようになりました. 外部場演算子の最適化バージョンは, 3D の既存の演算子と同様に, 感度を分析的に計算できるように実装されています. 例として, ツイータードームと導波管形状の最適化 チュートリアルモデルは, 新しい演算子を使用するように更新されました. その結果, 音響領域が大幅に削減され, モデルの実行速度が 50% 高速化されました. この更新は, ホーンの形状最適化チュートリアルモデルでも確認できます.

音響ストリーミングにおける一次材料の寄与

粘度の一次材料依存性を含める新しいオプションが, 音響ストリーミングのマルチフィジックスカップリングに追加されました. この効果は通常, 2 つの共振の組み合わせによって生成され, 回転音波を生成する回転ストリーミング流において重要です.

音響ストリーミングにおけるラグランジュ定常速度変数

音響ストリーミングをモデル化する際のラグランジュ定常速度に対して, 新しい事前定義変数が追加されました. この速度は, ストリーミング流れ内の粒子の軌道を計算するときに使用する必要があります. 変数はユーザーインターフェースで通知され, たとえば流体流れインターフェースの粒子追跡などで粘性抗力の入力として簡単に選択できます. これは, マイクロ流路断面の音響ストリーミング チュートリアルモデルで確認できます.

新しいアダプティブ周波数スイープスタディ

アダプティブ周波数スイープと呼ばれる新しい周波数領域スタディタイプが, 圧力音響 (周波数領域) インターフェースに追加されました. このスタディは, 漸近波形評価 (AWE) 法を使用して効率的に高密度周波数掃引を実行するのに役立ちます. このスタディでは, モデル化されたシステムの音響応答を追跡するメトリックの入力が必要です. この新しいスタディタイプを, 異なる周波数領域ソルバーを使用して解析したヘルムホルツ共鳴器 チュートリアル モデルで確認してください.

振動音響モデルの周波数モーダル

モーダルソルバーを使用して, 振動音響マルチフィジックスモデルの解析を実行できるようになりました. 固有周波数解析を実行するときに左右の固有ベクトルの両方が計算されるようになったため, これが可能になりました. この機能は, 周波数領域による音響—構造相互作用, モーダルソルバーのチュートリアルモデルで示されています.

BEM 音響モデルのパフォーマンスの向上

圧力音響 (境界要素) インターフェースを使用した境界要素法 (BEM) で音響モデルを求解するために, いくつかの重要な改良が導入されました.

• 複素数値の波数 (流体減衰を伴うモデル) に対する BEM カーネルの評価が最適化されました. たとえば, 潜水艦目標強度 モデルでの放射パターンプロットの生成が 25% 高速になりました. 高速化はモデルのサイズとハードウェアによって異なります.
• クラスター上で実行される BEM モデルの負荷とメモリのバランスが大幅に改善されました. たとえば, クラスター上の 6 ノードで 6 kHz での潜水艦目標強度 モデルの解析は, バージョン 6.2 では以前のバージョンよりも 7.5 倍速くなりました. モデルは 7 時間 30 分ではなく 55 分で解けるようになりました. ピークメモリとメモリバランシングも大幅に改善され, 大きな音響問題を求解するための大幅なスピードアップが可能になりました. 高速化は問題とハードウェアに依存します.
• 改良されたソルバーは, 非クラスター構成 (通常のワークステーション上) で安定化 BEM 法を使用するモデルを解くためにも使用できるようになりました. 例として, 潜水艦目標強度 モデルは, バージョン 6.1 (1.5 kHz で求解) では 25 分かかったのに対し, 現在は 16 分で求解されています. 高速化は問題とハードウェアに依存します. 古典的な (安定化されていない) BEM 問題でも, わずかな速度向上が見られます.
• 薄いギャップの処理を改善するために積分公式オプションが導入されました. これは, BEM で求解する場合, 薄い導波管を通る音の放射に関連します.

他の機能強化と改善

• 熱粘性音響 (線形化ナビエ・ストークス方程式)および線形化オイラー方程式インターフェースを使用して 2D 軸対称でモデリングするときの対称軸の処理が, 方位角モード番号 (m = 0, m = 1, および m > 1) で特に改善されました.
• 熱粘性音響 (周波数領域) インターフェースの円形ポートの対称性の警告なしの処理
• 熱粘性音響および線形化ナビエ・ストークス方程式インターフェースにおける全磁場, 背景磁場, および散乱場の強度変数
• 熱粘性音響および圧力音響における集中スピーカー境界条件に追加される背面ボリュームの補正なしオプション
• 圧力音響 (キルヒホッフ・ヘルムホルツ) インターフェースのソースとして固体速度を自動的に取得するオプション
• 固体力学インターフェースで求解された弾性波問題のポートは, 非直交高次モードを正しく処理できるようになりました.
• 熱粘性音響学 (線形化ナビエ・ストークス方程式)および線形化オイラー方程式インターフェースのソース項に面外寄与が含まれるようになりました.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics^® バージョン 6.2 では, いくつかの新規および更新されたチュートリアルモデルが音響モジュールに導入されています.