声学云仿真


声学云仿真是基于云仿真平台开发的专业声学仿真应用模块,广泛应用于汽车制造商和供应商、航空航天、工程机械、家电及电声设备等领域声学仿真应用,助力产品设计研发及声学性能提升。声学云仿真可精确模拟声波辐射、散射、透射、声传播等特性及结构振动引起的声振耦合特性,可应用于汽车舱室噪声、管道声学、室内声学、大尺度空间外场辐射噪声如飞机、船舶、潜艇等声学仿真与预测。


声学云仿真主要包括声学有限元、声学边界元及声固耦合,用于预测声学性能及噪声品质,解决声学、振动声学问题。声学云仿真为用户提供了模拟声学性能的工程环境,可实现数字模型从产品概念生成到设计优化再到试验验证全环节的虚拟仿真分析。

功能优势

  • 稳定可靠高精度声学算法:声学有限元算法、声学边界元算法、声固耦合算法;

  • 多种声学分析类型:实模态分析、复模态分析、频响分析;

  • 大规模并行计算能力:支持多线程求解,可弹性扩展计算资源和存储空间;

  • 轻便友好的声学仿真操作环境:流程化操作界面,极大降低了声学仿真应用难度;

  • 丰富的材料库、声学边界、激励类型:覆盖声学仿真常用的材料类型及各类边界与激励;

  • 专业完备的声学后处理:可输出计算域内各类声学云图分布、声场内任意位置声学频响曲线、声学指向性曲线及可听化文件等。

分析能力

声学有限元

声学有限元采用声学有限元方法计算封闭空间的声场分布,可支持产品从概念生成、模型设计到仿真计算、迭代优化全环节的开发流程,提供几何和网格两种导入通道、丰富的激励类型和声学边界条件,可准确计算给定激励下乘员舱的频率响应、声学模态频率和模态振型,并将结果数据可视化、可听化呈现。工程师可在设计阶段通过仿真计算、数据可视化和可听化分析,评估产品潜在风险点,快速优化方案。


  • 高效声学有限元方法:可精确模拟中低频率范围内的声场分布;

  • 激励源:支持幅值、体积流率、声强度和声功率4种类型的单极点源,支持位移、速度和加速度3种类型的面源,支持平面和球面入射波,支持导入外部场激励;

  • 边界条件:支持声压、壁面、对称、阻抗、辐射等边界条件,支持多孔声学模型,如Delany-Bazlay-Miki、JCA等;

  • 频响分析:用于计算特定载荷分布下的频率响应,可计算声压绝对值、实部、虚部、相位角和声压级等变量,支持步长、倍频程和特定频率点三种求解方式;

  • 实模态分析:用于计算特征频率和模态振型,支持指定模态阶次和频率范围两种求解方式;

  • 复模态分析:用于求解给定模型在阻抗边界下的振荡频率和衰减系数;

  • 传递损失:用于计算消声器在指定频段的消声性能;

  • 声源指向性:用极坐标图绘制特定频率的声源指向特性。

声学边界元

声学边界元是基于云仿真平台架构,完成前后处理及求解器快速封装并部署云端的声学边界元云端仿真模块。声学边界元模块简洁易用、界面友好,功能强大,完美展现了云仿真平台的集成开发优势,是典型的商业软件快速集成与开发的应用案例。声学边界元采用边界元方法(Boundary element method,BEM),用于求解大规模声学辐射场与散射场的声学应用模块。

  • 降维处理:对于三维及二维问题,分别采用面单元及线单元离散边界,降低了网格剖分规模与难度;

  • 更高的精度:边界元法为半解析数值方法,误差主要来源于边界离散,累积误差小;

  • 无限域声场分析:边界积分方程满足无穷远处辐射条件,适合大规模无限域声学问题;

  • 多种边界元快速算法:包括快速多极子(FMM)、自适应交叉近似(ACA)、常规边界元(CBEM),大幅提升了边界元求解效率,拓宽了声学问题的应用范围;

  • 频响分析:支持倍频程、单频点、步长频率求解计算;

  • 完备的激励与边界类型:单极子点源、偶极子点源、平面波及声压、位移、速度、加速度、阻抗、软边界、硬边界。

声固耦合

声固耦合采用直接频响分析方法进行结构动态特性和耦合声场分析,直接模拟声-固耦合作用,操作便捷,求解速度快、精度高。

  • 声振直接耦合分析:内置结构求解器,提供对结构的直接模拟,好处在于将结构和声场建立成统一的模型,声场与结构直接耦合计算,真正实现声振耦合分析;

  • 声-固耦合特性自动创建:可根据不同求解域自动创建结构和声场的耦合特性;

  • 丰富的结构激励源与声学激励源类型:压力、面力、集中力/力矩、重力、位移、速度、加速度、强迫位移,单极子点源、平面波、球面波及声压;

  • 完备的声学边界类型:阻抗、硬边界、平面辐射、柱面辐射、球面辐射;

案例应用

汽车座舱声学仿真分析

汽车NVH是衡量汽车制造质量的综合性指标。乘员舱结构在汽车设计早期就已经确定,后期难以修改,因此尽早发现NVH问题尤为重要。乘员舱声学仿真分析可为优化汽车设计方案提供依据,帮助降低成本、缩短开发周期、提升整车声品质。云道智造基于云仿真平台,提供几何和网格两种导入通道、丰富的激励类型和声学边界条件,可准确计算给定激励下乘员舱的频率响应、声学模态频率和模态振型,并将结果数据可视化、可听化呈现。

人工头辐射声场仿真分析

声音传播被人耳听到之前,会经过人头部和肩颈的反射。这一现象可以通过头传递函数(HRTF)进行描述。HRTF 常用于助听器、耳机或声学 VR 研发。声学工程师可以借助仿真手段高效快速获取 HRTF,避免繁复的测试过程。

在进行 HRTF 仿真分析时,通常使用互易定理。即将声源和接收器的位置互换,使声源位于耳道入口处,并沿圆圈进行评估,中心位于两耳之间。通过本方法,即可仿真得到每个频率在所有空间方向的 HRTF。

振膜辐射声场仿真分析

扬声器又名喇叭,一种将电能转换为声能的电声器件,是音响系统的重要组成部分。在扬声器中,音圈的结构位移会作用扬声器振膜,使其产生振动。振膜振动又会引起周围空气压力变化,从而产生能够让人听到的声音信号。

通过扬声器振膜声固耦合分析,可以快速识别振膜振动位移大小及对周围声场的声压分布,从而指导产品设计与优化。

典型用户

华为

声学云仿真平台为华为提供了汽车座舱声学仿真分析整体解决方案,助力打造极致的静谧、柔和恬静、舒心致远的乘车环境。




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