گره امپدانس یک شرط مرزی امپدانس را با گزینه انتخاب بین چندین مدل امپدانس داخلی و روابط مهندسی اضافه می کند. شرط امپدانس تعمیم شرایط مرزی صدا – سخت و صدا – نرم است:
در رابط آکوستیک فشار، رابط گذرا با استفاده از مطالعه وابسته به زمان، شرایط مرزی امپدانس به شرح زیر است:
در اینجا، Z n امپدانس ورودی خاص (عادی) حوزه خارجی است و دارای واحد SI Pa·s/m است – فشار تقسیم بر سرعت. از نقطه نظر فیزیکی، امپدانس ورودی صوتی نسبت بین فشار محلی و سرعت ذرات طبیعی محلی است. شرایط مرزی امپدانس یک تقریب خوب از یک سطح واکنش محلی است – سطحی که سرعت عادی آن در هر نقطه فقط به فشار در آن نقطه بستگی دارد .
برای امواج صفحه، امپدانس ویژه Z n با امپدانس صوتی Z ac (نسبت فشار سطح متوسط و سرعت جریان) و امپدانس مکانیکی Z mech (نسبت نیرو و سرعت) از طریق ناحیه A مرز مرتبط است.
این رابطه فقط رابطه بین مقادیر امپدانس متوسط یا توده ای در یک سطح را تعریف می کند.
همه مدل‌های امپدانس داخلی فقط در حوزه فرکانس وجود دارند. تنها استثنا امپدانس تعریف شده توسط کاربر است که می تواند در حوزه زمان نیز اعمال شود. در حوزه فرکانس، امپدانس می تواند هر عددی با ارزش پیچیده باشد و بنابراین سطحی را مدل می کند که هم مقاومتی و هم واکنش پذیر است. در حوزه زمان، فقط اثرات مقاومتی (امپدانس با ارزش واقعی) را می توان گنجاند.
 | در دو حد مخالف Z i → ∞ و Z i → 0 ، این شرط مرزی به ترتیب با شرط مرز سخت صدا (دیوار) و شرط مرز نرم صدا یکسان است . |
 | COMSOL Multiphysics هنگام تعیین مقدار امپدانس (1 Rayl = 1 Pa·s/m) از واحد ریل پشتیبانی می کند. دو نوع وجود دارد: [rayl] و [rayl_cgs] . مورد دوم تعریف واحد در سیستم واحد cgs است. توجه داشته باشید که تعاریف ناسازگار چنین می دهد: 1[rayl_cgs] = 10[rayl] = 10 [Pa*s/m] . |
 | در یک مرز امپدانس، متغیرهای پس پردازش برای ارزیابی ضریب جذب معادل وجود دارد. آنها ضریب جذب برای بروز طبیعی acpr.imp1.alpha_n و برای بروز تصادفی acpr.imp1.alpha_ran هستند (در اینجا برای ویژگی امپدانس imp1 آورده شده است ). |
 | توجه داشته باشید که شرط مرزی امپدانس را نمی توان مستقیماً با منبعی مانند شتاب عادی ترکیب کرد . در مواردی که چنین رفتاری مورد نظر است، مدل‌سازی امپدانس منبع، این امر می‌تواند با جفت کردن مرز به یک مدل مدار الکتریکی به دست آید. به عنوان مثال، مدل درایور بلندگوی توده ای را در زیر مبدل های الکتروآکوستیک در کتابخانه برنامه ببینید. |
امپدانس
تعدادی از انواع مختلف شرایط مرزی امپدانس برای رسیدگی به موقعیت های استاندارد در بسیاری از کاربردهای معمولی آکوستیک فشار گنجانده شده است:
• | مدل‌های ساده RCL مدارهای با پارامتر توده‌ای را تعریف می‌کنند که برای مثال، پاسخ مکانیکی دیافراگم میکروفون را توصیف می‌کنند. این مدل فقط برای امواج صفحه در بروز عادی کاملاً معتبر است. |
• | مجموعه ای از مدل های فیزیولوژیکی امکان مدل سازی آسان امپدانس سطح پوست انسان و بارهای صوتی گوش و پرده گوش انسان را فراهم می کند. مدل‌های گوش و پرده گوش بر اساس مدل‌های توده‌ای هستند و فقط برای امواج سطحی با شدت معمولی معتبر هستند. آنها را می توان به عنوان تقریب مهندسی در موارد دیگر استفاده کرد. |
• | امپدانس های انتهایی موجبر مدل های ساده شده ای از تلفات صوتی در انتهای لوله ها و مجراها را تعریف می کنند. مانند امپدانس RCL، این مدل فقط برای امواج صفحه در فرود عادی در انتهای موجبرها معتبر است. زمانی که حالت های مرتبه بالاتر شروع به انتشار می کنند معتبر نیست. |
• | یک لایه متخلخل با پشتوانه یک مدل دیوار سخت صدا قابل تعریف است. این شرایط مخصوص شبیه‌سازی‌های صوتی اتاق است، زیرا گزینه‌هایی برای رسیدگی به وقوع تصادفی با یک فرمولاسیون مؤثر دارد. |
• | مدل‌های امپدانس مشخصه مشخصه نوع موج ساده برای پرداختن به مرزهای باز به روشی ساده‌شده وجود دارد. |
• | گزینه ای برای تعریف امپدانس از طریق ضریب جذب سطح. |
امپدانس گوش، امپدانس پوست و مدل‌های RCL ابزارهایی را در اختیار مهندسان قرار می‌دهند تا بارهای صوتی واقعی را هنگام توسعه و شبیه‌سازی هدفون، سمعک، هدست و سایر دستگاه‌های تلفن همراه اضافه کنند.
 | تئوری مدل‌های امپدانس به تفصیل در نظریه مدل‌های امپدانس مرزی مورد بحث قرار گرفته است . |
یک مدل امپدانس را انتخاب کنید – تعریف شده توسط کاربر (پیش‌فرض)، RCL ، فیزیولوژیک ، امپدانس انتهایی موجبر ، لایه متخلخل ، امپدانس مشخصه خاص ، یا ضریب جذب .
تعریف شده توسط کاربر
به کاربر اجازه می دهد هر عبارتی را وارد کند و تنها مدل امپدانس است که برای مدل های وابسته به زمان اعمال می شود. وارد کردن مدل های پیچیده تعریف شده توسط کاربر به عنوان یک متغیر در گره Definitions یا استفاده از یک تابع درونیابی برای داده های اندازه گیری شده سودمند است.
مقدار امپدانس خاص Z n (واحد SI: Pa·s/m) را وارد کنید. مقدار پیش فرض روی امپدانس صوتی خاص هوا تنظیم شده است: 1.2 کیلوگرم بر متر 3 · 343 متر بر ثانیه.
RCL
مدل RCL شامل تمام مدارهای ممکن شامل یک منبع میرایی (یک مقاومت Rac ) ، یک جرم صوتی یا اینرسی (یک سلف L ac )، و یک منبع انطباق صوتی (یک خازن C ac ) است. عناصر مدار در واحدهای آکوستیک وارد می شوند. اینها می توانند به عنوان یک مدل ساده برای مثال، امپدانس ورودی میکروفون، مخروط بلندگو یا سایر کاربردهای الکترومکانیکی استفاده شوند. کاربردهای دیگر شامل مدل‌های خط انتقال/مدار عمومی با کاربرد در مواد با ویژگی‌های صوتی عجیب و غریب است. مدل های مدار پیشرفته تر ممکن است به صورت دستی در گزینه تعریف شده توسط کاربر یا با اتصال به یک مدل مدار الکتریکی وارد شوند (این به ماژول AC/DC نیاز دارد).
یک گزینه از لیست انتخاب کنید: جفت سریال RCL ، جفت موازی RCL ، LC موازی در سری با R ، RC موازی در سری با L ، RL موازی در سری با C ، RC سریال به موازات L ، LC سریال به موازات R ، یا سریال RL به موازات C .
به نمودار تطبیق و اطلاعات بخش معادله برای هر انتخاب توجه کنید. سپس موارد زیر را وارد کنید:
• | مقاومت آکوستیک معادل R ac (واحد SI: kg/(m4 · s)). |
• | سازگاری صوتی معادل C ac (واحد SI: m 4 · s 2 / kg). |
• | اینرسی آکوستیک معادل L ac (واحد SI: kg/m 4 ). |
 | جفت کننده عمومی 711 — شبیه ساز کانال گوش مسدود شده : مسیر کتابخانه برنامه Acoustics_Module/Tutorials,_Thermoviscous_Acoustics/generic_711_coupler |
فیزیولوژیکی
این مجموعه ای از مدل های ساده برای رسیدگی به برنامه های کاربردی است که شامل تعاملات آکوستیک با بدن انسان است. این مدل ها شامل پوست انسان، امپدانس کل گوش انسان شامل یا به استثنای پینا، امپدانس تشعشع بیرونی ناشی از پینا، و امپدانس درونی تجربه شده در درام گوش است که شامل درام و کل گوش داخلی است. برای دو مدل گوش انسان (با/بدون پینا)، فشار در بشکه گوش به طور خودکار محاسبه می شود. این متغیر دارای شکل acpr.imp1.p_ear_drum است و برای پس پردازش در دسترس است.
مدل‌های گوش کامل بر اساس هندسه مجرای گوش و پینای یک گوش خاص هستند (رجوع کنید به شماره 28 – 30 )، اما تغییرات فرد به فرد قابل انتظار است. برای کاربردهایی که می توان هندسه کانال گوش خاصی را به دست آورد، با مدل سازی صریح آن و اعمال امپدانس پرده گوش در انتها، نتایج بهتری انتظار می رود.
یکی از گزینه‌ها را از لیست انتخاب کنید: پوست انسان ، تابش گوش انسان به بیرون ، طبل گوش انسان ، گوش انسان بدون سنجاق ، یا گوش انسان، پر . سپس در صورت نیاز یکی از مواد (پیش‌فرض) یا User defined برای موارد زیر را انتخاب کنید:
• | نسبت گرمای ویژه γ (واحد SI: 1). |
• | ظرفیت گرمایی در فشار ثابت C p (واحد SI: J/(kg·K)). |
• | هدایت حرارتی k (واحد SI: W/(m·K)). |
• | ویسکوزیته دینامیکی μ (واحد SI: Pa·s). |
هنگامی که گزینه From Material انتخاب شد، به یاد داشته باشید که یک ماده را در زیر گره Materials اضافه کنید و آن را به مرز خاص اختصاص دهید. مرز به طور خودکار ویژگی های فیزیکی دامنه را در نظر نمی گیرد.
امپدانس انتهایی موجبر
این مجموعه ای از مدل های ایده آل برای تلفات صوتی در انتهای لوله هایی است که به حوزه های وسیع باز می شوند. مدل ها هم مقطع مربعی و دایره ای و هم انتهای لوله های فلنج دار و بدون فلنج را در نظر می گیرند. این مدل ها بر اساس یک فرض موج مسطح (انتشار زیر فرکانس قطع) هستند.
یک گزینه را از لیست انتخاب کنید: لوله فلنجدار، دایره ای (پیش فرض)، لوله فلنجدار، مستطیلی ، لوله بدون فلنج، دایره ای (محدودیت کم کا) یا لوله بدون فلنج، دایره ای . سپس در صورت نیاز موارد زیر را وارد کنید:
• | شعاع داخلی a (واحد SI: m) یا |
• | عرض داخلی w i (واحد SI: m) و ارتفاع داخلی h i (واحد SI: m). |
 | Open Pipe : مسیر کتابخانه برنامه Acoustics_Module/Verification_Examples/open_pipe |
لایه متخلخل
این انتخاب تلفات صوتی یک میدان برخوردی را روی یک لایه متخلخل با ضخامت تعریف شده توسط کاربر d که توسط یک دیوار سخت صدا پشتیبانی می‌شود، مدل می‌کند. زاویه تابش را می توان به گونه ای کنترل کرد که روی سطح نرمال باشد یا از یک زاویه یا جهت خاص استفاده شود. یک گزینه خودکار یک زاویه برخورد موثر را برای شبیه سازی آکوستیک اتاق اختصاص می دهد. از این شرط مرزی به عنوان جایگزینی برای مدل سازی لایه متخلخل به طور صریح با استفاده از ویژگی Poroacoustics استفاده کنید . تمام مدل های مواد از Poroacoustics در این ویژگی پیاده سازی شده اند.
توجه داشته باشید که شرط لایه متخلخل با شرایط دامنه آکوستیک ناهمسانگرد سازگار نیست . برای مدل‌سازی یک لایه متخلخل، در کنار یک دامنه آکوستیک ناهمسانگرد، باید با استفاده از ویژگی Poroacoustics به عنوان یک دامنه مدل‌سازی شود .
ضخامت لایه متخلخل d (واحد Si: m) را وارد کنید ، جهت موج فرودی را انتخاب کنید و یک مدل Poroacoustic را انتخاب کنید . بقیه تنظیمات مانند Poroacoustics است . برای جهت موج فرود ، نرمال ، خودکار ، تعریف شده توسط کاربر یا از زاویه تابش را انتخاب کنید .
• | برای Normal از مقدار امپدانس فرود نرمال استفاده می شود (زاویه فرود روی 0 o تنظیم می شود ). |
• | برای خودکار ، زاویه تابش در پشت صحنه روی 50 درجه تنظیم شده است. این زاویه یک مقدار متوسط می دهد که برای وقوع تصادفی معتبر است و در مدل سازی فضاهای بسته مانند اتاق ها مفید است. |
• | برای User تعریف شده ، جهت موج e k را وارد کنید ، پیش فرض سطح نرمال است. اگر یک ویژگی میدان فشار پس‌زمینه وجود دارد، می‌توانید برای مثال، از مؤلفه‌های جهت موج استفاده کنید: acpr.bpf1.kdirx ، acpr.bpf1.kdiry ، و acpr.bpf1.kdirz (در اینجا به صورت سه بعدی، از برچسب مناسب استفاده کنید). |
• | برای From angle of incidence , Incidence angle θ را وارد کنید (مقدار پیش فرض: 50[deg] ). |
امپدانس مشخصه خاص
این مجموعه ای از مدل ها است که امپدانس مشخصه مرتبط با سه نوع موج اصلی (نسبت سرعت ذرات محلی به فشار) را توصیف می کند: موج صفحه، موج استوانه ای، و موج کروی. اگرچه بیشتر مورد علاقه آکادمیک است، اما اینها به عنوان مدل‌های شرط مرزی خاص مرتبه اول و موجی خوب حوزه‌های بی‌نهایت (مرزهای باز) عمل می‌کنند. آنها را می توان برای همه مواردی که ممکن است اجزای مماسی میدان صوتی در مرز نادیده گرفته شود، استفاده کرد، یعنی زمانی که زاویه تابش به خوبی تعریف شده و جهت موج به خوبی شناخته شده است. اگر یک مرز باز غیر منعکس کننده مدل شده است، از شرایط تابش ( تابش موج صفحه ، تابش موج کروی ، یا تابش موج استوانه ای ) استفاده کنید.
نوع موج را انتخاب کنید : موج صفحه (پیش‌فرض)، موج استوانه‌ای ، یا موج کروی . سپس جهت موج e k را برای موج صفحه وارد کنید (پیش‌فرض برای سطح عادی است). محل منبع میدان تابشی r 0 و محور منبع میدان تابشی r ac برای موج استوانه ای. یا محل منبع میدان تابشی r 0 برای موج کروی.
ضریب جذب
با این گزینه امپدانس خاص یک مرز از طریق ضریب جذب بروز معمولی α n (واحد SI: 1) مرز تعریف می شود. از آنجایی که ضریب جذب حاوی اطلاعات فازی نیست، می توان فاز ضریب بازتاب مرتبط را نیز تعریف کرد. اگر هیچ فازی وارد نشود امپدانس صرفاً مقاومتی خواهد بود (هیچ جزء واکنشی تعریف نشده است). این معمولاً یک تقریب قابل قبول در فرکانس‌های بالاتر است و در مدل‌های ردیابی پرتو نیز این فرض است. گاهی اوقات سطوح فقط از طریق ضریب جذب مشخص می شوند و در چنین مواردی استفاده از گزینه ضریب جذب می تواند اولین تقریب خوب باشد.
ضریب جذب بروز عادی α n (واحد SI: 1) و فاز (واحد SI: راد) را وارد کنید .
