رابط Ray Acoustics (rac) (
)، که در زیر شاخه Acoustics>Geometrical Acoustics (
) در هنگام اضافه کردن یک رابط فیزیک یافت می شود، برای محاسبه مسیر، فاز و شدت پرتوهای آکوستیک استفاده می شود. آکوستیک پرتو در محدوده فرکانس بالا که در آن طول موج صوتی بسیار کوچکتر از ویژگی های هندسی مشخص است معتبر است. این رابط را میتوان برای مدلسازی آکوستیک اتاق در سالنهای کنسرت، سالنهای تئاتر، اتاقهای کلاس یا کابین خودرو، اما همچنین برای آکوستیک زیر آب، آکوستیک اتمسفر و سایر محیطهای بیرونی استفاده کرد.


خواص محیطی که در آن پرتوها منتشر میشوند میتوانند در دامنهها ثابت باشند، به طور پیوسته در حوزهها (رسانههای درجهبندی شده) یا به طور ناپیوسته در مرزها تغییر کنند. در مرزهای بیرونی، می توان انواع شرایط دیوار، از جمله ترکیبی از انعکاس چشمی و پراکنده را تعیین کرد. امپدانس و جذب می تواند به فرکانس، شدت و جهت پرتوهای تابشی بستگی داشته باشد. انتقال و بازتاب نیز در ناپیوستگیهای مادی مدلسازی میشوند. برای مثال، برای مدلسازی اثرات باد در آکوستیک اتمسفر، ممکن است یک سرعت پسزمینه نیز به هر محیطی اختصاص داده شود.
![]() |
|
برای کاربردهای آکوستیک اتاق، پاسخ ضربه را می توان در پس پردازش با ترکیب اطلاعات پرتوهای شبیه سازی شده جمع آوری شده توسط مجموعه داده گیرنده و پس پردازش با استفاده از نمودار اختصاصی پاسخ ضربه ای تعیین کرد . منحنی های فروپاشی انرژی و سطح و همچنین معیارهای صوتی اتاق را می توان با ویژگی فرعی Energy Decay محاسبه کرد . برای جزئیات بیشتر به بخش Plot پاسخ ضربه و مجموعه داده گیرنده در مدل سازی با رابط Ray Acoustics مراجعه کنید .
هنگامی که این رابط فیزیک اضافه می شود، این گره های پیش فرض نیز به Model Builder اضافه می شوند : ویژگی های متوسط ، دیوار ، ناپیوستگی مواد و ویژگی های پرتو . سپس، از نوار ابزار Physics ، گره های دیگری را اضافه کنید که به عنوان مثال، شرایط مرزی را پیاده سازی می کنند. همچنین میتوانید روی Ray Acoustics کلیک راست کنید تا ویژگیهای فیزیک را از منوی زمینه انتخاب کنید.
تنظیمات
Label نام رابط فیزیک پیش فرض است .
Name عمدتاً به عنوان پیشوند دامنه برای متغیرهای تعریف شده توسط رابط فیزیک استفاده می شود. به چنین متغیرهای رابط فیزیک در عبارات با استفاده از الگوی <name> مراجعه کنید.<variable_name> . به منظور تمایز بین متغیرهای متعلق به رابط های فیزیکی مختلف، رشته نام باید منحصر به فرد باشد. فقط حروف، اعداد و زیرخط (_) در قسمت نام مجاز هستند . کاراکتر اول باید یک حرف باشد.
نام پیش فرض (برای اولین رابط فیزیک در مدل) rac است .
انتشار و انتشار پرتو
بهطور پیشفرض، کادر تأیید توزیعهای فرکانس در ویژگیهای انتشار پاک میشود. برای مدلسازی انتشار پرتوهای فرکانسهای مختلف به طور همزمان، این کادر را علامت بزنید. فرکانس پرتو را می توان در ویژگی های انتشار با وارد کردن یک مقدار یا عبارت، نمونه برداری از فرکانس از یک توزیع، یا وارد کردن لیستی از مقادیر مشخص کرد. اگر این چک باکس پاک شود، فرکانس برای همه پرتوها یکسان است و در تنظیمات گره Ray Properties مشخص شده است .
صرف نظر از اینکه آیا گزینه Allow Frequency Distributions at Release Features انتخاب شده باشد، ویژگیهای دیوارها میتواند به فرکانس (متغیر rac.f ) هر پرتو آزاد شده بستگی داشته باشد. خواص مواد دامنه، مانند سرعت صوت، می تواند به فرکانس نیز بستگی داشته باشد. وارد کردن توزیع فرکانس پرتوهای آزاد شده همچنین امکان انتشار سیگنالهای منبع پیچیدهتری (تجزیه شده در اجزای فوریه آنها) را فراهم میکند.
![]() | برای تعریف سرعت صوت یا خاصیت متوسط دیگر به عنوان تابعی از خواص پرتو مانند فرکانس یا شدت پرتو، متغیر پرتو باید در عملگر noenv() محصور شود. به عنوان مثال، برای استفاده از فرکانس پرتو rac.f در یک عبارت برای سرعت صوت، باید به عنوان بخشی از عبارت noenv(rac.f) درج شود . به ویژگی های متوسط نیز مراجعه کنید . |
حداکثر تعداد پرتوهای ثانویه از ایجاد تعداد نامتعداد پرتوها با درپوش کردن آنها در تعداد ارائه شده در قسمت متن جلوگیری می کند. پیشفرض 500 است. پرتوهای ثانویه به جای اینکه مستقیماً توسط ویژگیهای انتشار مانند گره رهاسازی از شبکه تولید شوند ، زمانی که یک پرتوی موجود تحت شرایط مرزی خاصی قرار میگیرد، آزاد میشوند. به عنوان مثال، هنگامی که یک پرتو در یک ناپیوستگی مواد بین رسانههای مختلف دچار شکست میشود، پرتو فرودی شکسته شده و یک پرتو منعکس شده ایجاد میشود. درجات آزادی برای این پرتو منعکس شده از یکی از پرتوهای ثانویه موجود گرفته شده است که با شروع مطالعه از قبل تخصیص داده می شود.
اگر تعداد ناکافی پرتوهای ثانویه از قبل تخصیص داده شود، ممکن است پرتو منعکس شده در زمانی که یک پرتوی موجود تحت انکسار قرار می گیرد، آزاد نشود. بنابراین، حداکثر تعداد پرتوهای ثانویه باید به اندازه ای باشد که تمام پرتوهای بازتاب شده که به طور قابل توجهی بر محلول تأثیر می گذارند، آزاد شوند.
فقط متغیرهای انباشته شده را در محلول ذخیره کنید
بهطور پیشفرض، کادر چک فقط ذخیره متغیرهای انباشته در راهحل پاک میشود. اگر این کادر انتخاب شود، درجات آزادی مرتبط با پرتوهای منفرد (مانند موقعیت پرتو، بردار موج، شدت، قدرت و تعداد بازتابها) حل میشوند اما در دادههای محلول ذخیره نمیشوند. با این حال، برخی از ویژگیهای فیزیک، درجات آزادی را در حوزهها یا مرزها به جای پرتوهای منفرد تعریف میکنند، و این درجات آزادی در راهحل حفظ میشوند. این کمیت ها که متغیرهای انباشته نامیده می شوند با ویژگی های زیر تعریف می شوند:
• | انباشته (مرز) |
• | محاسبه سطح فشار صدا (گره فرعی در برخی شرایط مرزی) |
• | انباشت کننده (دامنه) |
• | انباشته کننده غیر محلی (گره فرعی برای رهاسازی از مرز ) |
ویژگی های مادی دامنه های خارجی و غیر مشبک
مقدار یا عبارتی را برای سرعت صدای c ext (واحد SI: m/s) وارد کنید. مقدار پیش فرض 343[m/s] است . سپس مقدار یا عبارتی را برای Density ρ ext (واحد SI: kg/m 3 ) وارد کنید. مقدار پیش فرض 1.2 [kg/m^3] است .
هنگامی که یکی از گزینههای محاسبه شدت انتخاب میشود (به زیر مراجعه کنید)، گزینهای را از لیست نوع تخفیف انتخاب کنید :
• | برای ضریب تضعیف، Np در واحد طول (پیشفرض)، مقدار یا عبارتی را برای ضریب تضعیف α ext (واحد SI: Np/m) وارد کنید. پیش فرض 0 است. |
• | برای ضریب تضعیف شدت، Np در واحد طول ، مقدار یا عبارتی را برای ضریب تضعیف شدت m ext (واحد SI: Np/m) وارد کنید. پیش فرض 0 است. |
• | برای ضریب تضعیف، dB در واحد طول ، مقدار یا عبارتی را برای ضریب تضعیف α ‘ ext (واحد SI: dB/m) وارد کنید. پیش فرض 0 است. |
• | برای ضریب تضعیف، دسی بل در هر طول موج ، مقدار یا عبارتی را برای ضریب تضعیف ![]() |
توضیح دقیق تری در مورد هر تعریف از ضریب تضعیف در قسمت Medium Properties آورده شده است .
این ویژگیهای مواد هنگام ردیابی پرتوهای خارج از هندسه یا هنگام ردیابی پرتوها از طریق دامنههایی که در انتخاب رابط فیزیک Ray Acoustics گنجانده نشدهاند، استفاده میشوند. یعنی ردیابی اشعه بدون مش. ویژگیهای رسانه در حوزههای خالی انتخابشده و خارجی باید ثابت باشند و نمیتوانند تابعی از متغیرهای میدانی مانند دما باشند. ویژگیهایی مانند تضعیف میتواند به پارامتری مانند فرکانس مرکز باند هنگام مدلسازی برنامههای آکوستیک اتاق بستگی داشته باشد، به بخش Plot پاسخ ضربه و مجموعه دادههای گیرنده مراجعه کنید .
محاسبه شدت
گزینه ای را از لیست محاسبه شدت انتخاب کنید : هیچکدام (پیش فرض)، شدت محاسبه ، توان محاسبه ، شدت و توان محاسبه ، شدت محاسبه در رسانه درجه بندی شده ، یا محاسبه شدت و توان در رسانه درجه بندی شده . برای None شدت و توان پرتو محاسبه نمی شود.
• | برای محاسبه شدت ، از متغیرهای وابسته کمکی برای محاسبه شدت هر پرتو استفاده می شود. برای فهرست کاملی از متغیرهای وابسته کمکی که تعریف شدهاند، به شدت و انحنای جبهه موج در تئوری برای واسط آکوستیک پرتو مراجعه کنید . این گزینه دقیقتر است و معمولاً از نظر محاسباتی کمتر از Compute intensity در رسانههای درجهبندی شده است ، اما فقط برای محاسبه شدت در رسانههای همگن (سرعت ثابت صدا) معتبر است. |
• | برای توان محاسباتی ، کل توان ارسال شده توسط هر پرتو به عنوان یک متغیر وابسته کمکی، علاوه بر متغیرهای وابسته کمکی که هنگام انتخاب شدت محاسبه اعلام میشوند، تعریف میشود. مانند شدت، توان با جذب رسانه و بازتاب یا شکست در مرزها تحت تأثیر قرار می گیرد. برخلاف شدت، قدرت پرتو به دلیل همگرایی یا واگرایی دسته ای از پرتوها تغییر نمی کند. زیرگره محاسبه سطح فشار صدا برای ویژگی دیوار در دسترس است . گزینه Compute power برای پس پردازش پاسخ ضربه ای ضروری است، به نمودار پاسخ ضربه و مجموعه داده گیرنده مراجعه کنید . |
• | گزینه Compute intensity and power متغیرهای وابسته ایجاد شده توسط گزینه های Compute intensity و Compute power را ترکیب می کند . |
• | برای محاسبه شدت در رسانه های درجه بندی شده ، از متغیرهای وابسته کمکی برای محاسبه شدت هر پرتو استفاده می شود. شدت تحت تأثیر شیب سرعت صوت است. برای مثال، هنگام مدلسازی اثر صعود شور در آکوستیک زیر آب، رسانههای درجهبندیشده ممکن است وجود داشته باشند. برای فهرست کاملی از متغیرهای وابسته کمکی که تعریف شدهاند، به شدت و انحنای جبهه موج در تئوری برای واسط آکوستیک پرتو مراجعه کنید . این روش محاسبه شدت برای هر دو محیط همگن و مدرج معتبر است. اگر همه رسانه ها همگن باشند، به این معنی که گرادیان سرعت صوت در همه جا صفر است به جز در ناپیوستگی های مادی، توصیه می شود شدت محاسبه را انتخاب کنید.در عوض، زیرا این روش محاسبه شدت دقیقتر برای چنین مواردی است. |
• | برای شدت و توان محاسبه در رسانه های درجه بندی شده ، کل توان ارسال شده توسط هر پرتو به عنوان یک متغیر وابسته کمکی تعریف می شود، علاوه بر متغیرهای وابسته کمکی که هنگام انتخاب شدت محاسبه در رسانه درجه بندی شده اعلام می شوند. زیرگره محاسبه سطح فشار صدا برای ویژگی دیوار در دسترس است . اگر همه رسانه ها همگن هستند، توصیه می شود به جای آن ، Compute intensity and power را انتخاب کنید . |
وقتی شدت یا توان پرتو برای (یکی از گزینههای Compute intensity , Compute power , Compute intensity and power , Compute Intensity in Graded Media , یا Compute Intensity and Power in Media Graded انتخاب شده است) انتخاب شد، فهرستی برای فشار مرجع برای سطح فشار صدا ظاهر می شود. استفاده از فشار مرجع برای هوا (پیشفرض) را برای تنظیم فشار مرجع روی 20 میکرو پاسکال، استفاده از فشار مرجع برای آب برای تنظیم فشار مرجع روی 1 μPa ، یا فشار مرجع تعریفشده توسط کاربر را انتخاب کنید .برای وارد کردن یک مقدار یا عبارت در قسمت متن. فشار مرجع برای محاسبه سطح فشار صوت (متغیر rac.Lp ) و سطح شدت صدا (متغیر rac.LI ) در امتداد پرتوها استفاده می شود.
اگر شدت پرتو برای (یکی از گزینههای محاسبه شدت ، محاسبه شدت و توان ، محاسبه شدت و توان در رسانه درجهبندی شده انتخاب شده باشد) انتخاب شده باشد، کادر بررسی فاز محاسبه در دسترس است. به طور پیش فرض، چک باکس Compute Phase پاک می شود. این کادر را برای محاسبه فاز در امتداد هر پرتو انتخاب کنید. یک متغیر وابسته کمکی برای فاز rac.Psi ایجاد می شود. فاز در طول مسیر پرتو بر اساس فرکانس آن تغییر می کند و همچنین در معرض تغییرات فازی است که در دیوارها با بازتاب و جذب چشمگیر اتفاق می افتد.
هنگامی که شدت محاسبه در رسانه درجه بندی شده یا محاسبه شدت و توان در رسانه درجه بندی شده از لیست محاسبه شدت انتخاب شده است ، یک Tolerance برای محاسبه تانسور انحنای (بدون بعد) وارد کنید. این تلورانس هنگام محاسبه شعاع اصلی انحنا در یک محیط درجه بندی شده به صورت داخلی استفاده می شود و برای تعریف معیاری استفاده می شود که براساس آن هر دو شعاع اصلی انحنا تقریباً برابر اعلام می شوند. تحمل بزرگتر باعث می شود محلول دقیق تر اما پایدارتر باشد.
متغیرهای اضافی
برای تخصیص یک متغیر وابسته کمکی برای تعداد بازتاب های انجام شده توسط هر پرتو، از جمله انعکاس توسط ویژگی های دیوار و ناپیوستگی مواد، کادر بررسی تعداد بازتاب ها را انتخاب کنید . متغیر کمکی با رها شدن پرتوها از 0 شروع می شود و هر بار که یک پرتو در یک مرز منعکس می شود، 1 افزایش می یابد. گزینه Count reflections برای پس پردازش پاسخ ضربه ای ضروری است، به نمودار پاسخ ضربه و مجموعه داده گیرنده مراجعه کنید .
بهطور پیشفرض، کادر بررسی وضعیت دادههای ray ray پاک میشود. برای افزودن متغیرهای جدید برای مقادیری که لزوماً نمیتوانند به تنهایی از دادههای مسیر پرتو بازیابی شوند، این کادر را علامت بزنید. این امر مخصوصاً در صورتی صادق است که از مش مجدد خودکار در یک مدل استفاده شده باشد. متغیرهای زیر ایجاد می شوند:
• | زمان انتشار یک پرتو معین (نام متغیر rac.rti ). |
• | زمانی که یک پرتو در یک مرز متوقف می شود (نام متغیر rac.st ). |
• | وضعیت نهایی پرتو (نام متغیر rac.fs ). این نشان دهنده وضعیت یک پرتو در مرحله زمانی نهایی است. مقدار یک عدد صحیح است که دارای یکی از مقادیر زیر است: |
– | 0 برای پرتوهای منتشر نشده |
– | 1 برای پرتوهایی که هنوز در حوزه مدلسازی هستند |
– | 2 برای اشعه منجمد |
– | 3 برای اشعه های گیر کرده |
– | 4 برای اشعه هایی که ناپدید شده اند. |
برای خلاصه کردن تعداد کل پرتوهای دارای هر وضعیت نهایی، متغیرهای جهانی زیر نیز تعریف می شوند.
نام | شرح |
صورت | کسری از پرتوهای فعال در مرحله زمانی نهایی |
fds | کسری از پرتوهای ناپدید شده در مرحله زمانی نهایی |
ffr | کسری از پرتوهای منجمد در مرحله زمانی نهایی |
fse | کسری از پرتوهای ثانویه آزاد شده |
fst | کسری از پرتوهای گیر کرده در مرحله زمانی نهایی |
nsr | تعداد پرتوهای ثانویه آزاد شده |
nsrf | تعداد پرتوهای ثانویه رها شده در مرحله زمانی نهایی |
nsu | تعداد پرتوهای ثانویه منتشر نشده |
nsuf | تعداد پرتوهای ثانویه رها نشده در مرحله زمانی نهایی |
نام متغیرهای جهانی در جدول 8-1 همگی پرتوهای ثانویه منتشر نشده را در نظر می گیرند. برای مثال، فرض کنید یک نمونه از رابط Ray Acoustics شامل 100 پرتو اولیه و 100 پرتو ثانویه اختصاص داده شده است. در آخرین مرحله زمانی، فرض کنید 80 پرتو اولیه در مرزها ناپدید شده و 40 پرتو ثانویه ساطع شده اند که همه آنها هنوز فعال هستند. سپس متغیر rac.fac ، کسر پرتوهای فعال در مرحله زمانی نهایی، دارای مقدار ( 20 + 40 )/( 100 + 100 ) یا 0.3 خواهد بود .
تنظیمات پیشرفته
این بخش تنها زمانی نشان داده میشود که گزینههای فیزیک پیشرفته فعال هستند (روی دکمه نمایش گزینههای بیشتر در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید ).
ترتیب دقت دیوار، ترتیب دقت پلههای زمانی را که برای مراحل زمانی استفاده میشود، تنظیم میکند که در طی آن یک تعامل پرتو-دیوار اتفاق میافتد. برای استفاده از گام اویلر رو به جلو ، ترتیب 1 را انتخاب کنید و حرکت قبل و بعد از برخورد دیوار را محاسبه کنید. برای استفاده از روش تیلور مرتبه دوم و محاسبه حرکت قبل از برخورد دیوار ، ترتیب 2 (پیشفرض) را انتخاب کنید. پس از برخورد از روش رانگ-کوتا مرتبه دوم استفاده می شود.
یک گزینه از فهرست آرگومانها برای تولید اعداد تصادفی انتخاب کنید : ایجاد آرگومانهای منحصربهفرد ، ایجاد آرگومانهای تصادفی یا تعریف شده توسط کاربر . این تنظیم تعیین میکند که چگونه آرگومان اضافی برای توابع تصادفی در ویژگیهایی مانند شرط مرزی دیوار با شرط دیوار پراکنده منتشر تعریف میشود. معمولاً اعداد تصادفی توابعی از شاخص پرتو، زمان، یک آرگومان ورودی منحصر به فرد برای تعاریف متغیرهای مختلف و یک آرگومان دیگر i هستند که به صورت زیر تعریف می شود:
• | برای ایجاد آرگومان های یکتا، آرگومان اضافی بر اساس موقعیت هر گره در Model Builder است. در نتیجه اعداد تصادفی تولید شده در گره های مختلف مستقل از یکدیگر ایجاد می شوند. |
• | برای ایجاد آرگومان های تصادفی، هر بار که مطالعه اجرا می شود، آرگومان اضافی به صورت تصادفی ایجاد می شود. |
• | برای User تعریف شده، آرگومان اضافی توسط ورودی کاربر در پنجره تنظیمات برای هر ویژگی تعریف می شود. مجموعه های نامرتبط از اعداد تصادفی را می توان با اجرای یک Sweep پارامتریک برای مقادیر مختلف i به دست آورد . |
توجه داشته باشید که تابع تصادفی یک مولد اعداد شبه تصادفی (PRNG) است، نه یک مولد اعداد تصادفی واقعی (RNG) به این معنا که یک ناظر با دانش کامل از الگوریتم و تاریخچه مقادیر تولید شده قبلی می تواند مقادیر بعدی را پیش بینی کند. با این حال، PRNG برای اکثر اهداف کافی است.
برای هر مدلی که از PRNG استفاده می کند، آزمایش همگرایی آماری با تغییر تعداد پرتوها و مشاهده تأثیر بر برخی آمار پرتوها، مانند میانگین موقعیت پرتو نهایی یا احتمال انتقال، توصیه می شود. این مشابه مطالعات پالایش مش است که معمولاً برای اعتبارسنجی مدلهای اجزای محدود توصیه میشود.
چک باکس Allow multiple release times که به طور پیشفرض پاک میشود، به آرایهای از زمانهای انتشار برای پرتوها اجازه میدهد تا در هر یک از ویژگیهای انتشار پرتو مشخص شوند. اگر چک باکس پاک شود، تمام پرتوها در زمان t = 0 آزاد می شوند .
بهطور پیشفرض، کادر بررسی حذف مشارکتهای ژاکوبین از معادلات اشعه پاک میشود. اگر این کادر انتخاب شود، عبارات مشتقات زمانی درجات آزادی در پرتوها در ماتریس ژاکوبین گنجانده نمی شوند. مستثنی کردن مشارکت در ژاکوبین می تواند زمان حل را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. اشکال این است که ژاکوبین دقیق نیست، بنابراین ممکن است برای به دست آوردن یک راه حل دقیق، گام های زمانی کوچکتر یا فواصل طول مسیر مورد نیاز باشد. این ایراد در هنگام محاسبه شدت یا توان پرتو در رسانه های تضعیف کننده بیشتر قابل توجه است.
به طور پیش فرض، کادر بررسی Treat unmeshed releasing entities as errors انتخاب شده است. برخی از ویژگیهای انتشار پرتو، مانند ویژگیهای Release و Release from Boundary ، موقعیتهای انتشار پرتو را بر اساس یک موجود هندسی محاسبه میکنند که باید مشبک شوند. در حالی که این چک باکس انتخاب شده است، عدم مشک کردن انتخابهای چنین ویژگیهایی منجر به پیام خطا هنگام اجرای هر مطالعه در مدل میشود. اگر این چک باکس پاک شود، عدم درهم کردن انتخابهای این ویژگیها منجر به انتشار پرتوهای صفر میشود، اما در غیر این صورت محاسبات را قطع نمیکند. سایر ویژگی های فیزیک همچنان می توانند به طور معمول پرتوها را آزاد کنند.
مقداری برای حداکثر تعداد فعل و انفعالات دیوار در هر مرحله زمانی وارد کنید . مقدار پیشفرض 1000 است. اگر یک پرتو بیش از تعداد مشخص شده برهمکنشهای مرزی را در یک مرحله زمانی تکی که حلکننده انجام میدهد، انجام دهد، پرتو ناپدید میشود. این به عنوان محافظی برای جلوگیری از گیر کردن پرتوها در حلقه های نامتناهی در صورتی که زمان بین برهمکنش های متوالی پرتو-دیوار به طور بی نهایت کوچک شود گنجانده شده است.
متغیرهای وابسته
متغیرهای وابسته (متغیرهای میدان) مولفه های موقعیت پرتو و اجزای عدد موج هستند . نام را می توان تغییر داد اما نام فیلدها و متغیرهای وابسته باید در یک مدل منحصر به فرد باشد.
![]() | تئوری برای رابط آکوستیک پرتو |