ماژول آکوستیک متشکل از مجموعه‌ای از رابط‌های فیزیکی است که به شما امکان می‌دهد انتشار صدا را در مایعات و جامدات در یک محیط کاملاً دارای قابلیت چندفیزیکی شبیه‌سازی کنید. رابط های فیزیک موجود شامل آکوستیک فشار، امواج الاستیک، برهم کنش آکوستیک-جامد، هواآکوستیک (مدل های صوتی همرفتی دقیق)، آکوستیک ترموویسکوز، اولتراسوند، آکوستیک هندسی، و آکوستیک لوله است. برای تجزیه و تحلیل آکوستیک، پوشش محدوده فرکانس از مادون صوت تا اولتراسونیک و همچنین فرمول‌بندی‌های بسیاری از معادلات زیربنایی، ماژول آکوستیک چهار روش عددی شامل عناصر محدود (FEM)، عناصر مرزی (BEM)، گالرکین ناپیوسته (dG-FEM) را شامل می‌شود. ، و ردیابی پرتو.
شکل 1: مدل COMSOL از توزیع سطح فشار صدا در یک سیستم صدا خفه کن.
شبیه‌سازی‌های صوتی با استفاده از این ماژول می‌توانند به راحتی مشکلات کلاسیک مانند پراکندگی، پراش، گسیل، تابش و انتقال صدا را حل کنند. این مشکلات مربوط به طراحی صدا خفه کن، ساخت بلندگو، عایق صدا برای جاذب ها و دیفیوزرها، ارزیابی الگوهای آکوستیک جهت دار مانند جهت دهی، مشکلات تشعشع نویز و موارد دیگر است. کوپلینگ‌های مولتی‌فیزیک ساختار آکوستیک، مدلسازی مشکلات ارتعاشی مربوط به صداهای موجود در ساختار و سیال و تعامل آنها را امکان‌پذیر می‌سازد. به عنوان مثال، تعامل آکوستیک ساختار برای طراحی دقیق صدا خفه کن، پیزو محرک های اولتراسوند، فناوری سونار و آنالیز نویز و ارتعاش ماشین آلات در صنعت خودرو شبیه سازی شده است. همچنین با استفاده از قابلیت های COMSOL Multiphysics می توان مبدل های الکتروآکوستیک مانند بلندگوها، سنسورها، میکروفون ها و گیرنده های سمعک را تحلیل و طراحی کرد. انتشار امواج الاستیک را می توان در مواد جامد و متخلخل و همچنین در مسائل جفت شده مدل کرد.
مسائل هواآکوستیک را می توان با حل معادلات جریان پتانسیل خطی شده، معادلات خطی شده اویلر یا معادلات خطی شده ناویر-استوکس تحلیل و مدلسازی کرد. این معادلات برای مدلسازی برهمکنش یک طرفه بین یک جریان خارجی و یک میدان صوتی، به اصطلاح آکوستیک همرفتی استفاده می شود. کاربردها از تجزیه و تحلیل نویز موتور جت گرفته تا شبیه‌سازی حسگرهای جریان صوتی، سیستم‌های لاینر با جریان بایاس و/یا چرا، و صدا خفه کن با جریان را شامل می‌شود. نویز ناشی از جریان را می توان با استفاده از قیاس صوتی Lighthill یا معادله موج هوازی مدل کرد. این تجزیه و تحلیل نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق جریان LES یا DES با ماژول CFD دارد.
رابط‌های Thermoviscous Acoustics می‌توانند با دقت سیستم‌هایی را با ابعاد هندسی کوچک مدلسازی کنند که در آن تلفات لایه مرزی حرارتی و چسبناک مهم هستند. این مربوط به صنایع تلفن همراه و سمعک، برای همه طراحان مبدل، و برای مدلسازی خواص واقعی فرامواد است. در حوزه زمان اثرات غیر خطی نیز می تواند گنجانده شود.
شاخه اولتراسوند شامل دو رابط است. معادله موج همرفت، رابط زمان صریح را می توان برای محاسبه انتشار گذرا امواج صوتی فراصوت خطی در فواصل بزرگ (نسبت به طول موج) استفاده کرد. رابط آکوستیک فشار غیر خطی، رابط Time Explicit را می توان برای مدل سازی انتشار امواج صوتی غیرخطی با دامنه بالا استفاده کرد. هر دو رابط را می توان با امواج الاستیک، رابط زمان صریح و امواج پیزوالکتریک، رابط چندفیزیکی صریح زمان جفت کرد. رابط های زیر شاخه اولتراسوند محدود به انتشار فرکانس بالا نیستند، اما به طور کلی می توانند برای هر مشکل بزرگ صوتی اعمال شوند.
شکل 2: مدل COMSOL یک فلومتر اولتراسوند که با استفاده از رابط معادله موج همرفت مدل شده است. این مدل شامل تعامل با یک جریان پس‌زمینه حالت پایدار است.
آکوستیک هندسی شامل رابط های Ray Acoustics و Acoustic Diffusion Equation است. فیزیک در محدوده فرکانس بالا که در آن طول موج صوتی بسیار کوچکتر از ویژگی های هندسی مشخصه است معتبر است. هر دو رابط برای مدل سازی آکوستیک در اتاق ها و سالن های کنسرت مناسب هستند. رابط Ray Acoustics همچنین می تواند به عنوان مثال در سناریوهای فضای باز مورد استفاده قرار گیرد.
عملکرد اختصاصی نیز برای مدلسازی جریان سیال ثابت به نام جریان صوتی که توسط یک میدان صوتی ایجاد می‌شود، وجود دارد. جریان صوتی یک پدیده غیرخطی است که به دلیل غیر خطی بودن معادلات ناویر-استوکس رخ می دهد. کاربردها در صنعت زیست پزشکی مانند آزمایشگاه روی تراشه برای مرتب‌سازی سلول و موارد دیگر هستند.
ماژول آکوستیک برای مهندسان مفید است. با استفاده از شبیه سازی های سه بعدی، می توان محصولات موجود را بهینه کرد و محصولات جدید را با سرعت بیشتری با نمونه های اولیه مجازی طراحی کرد. شبیه‌سازی‌ها همچنین به طراحان، محققان و مهندسان کمک می‌کنند تا در مورد مسائلی که رسیدگی به آنها به‌صورت تجربی دشوار است، بینشی کسب کنند. همچنین، با بهینه سازی یک طرح به صورت مجازی قبل از آزمایش واقعی و ساخت آن، شرکت ها در زمان و هزینه صرفه جویی می کنند.
برخی از رابط های فیزیکی موجود با این ماژول در شکل 3 نشان داده شده اند و در هنگام انتخاب فیزیک در زیر شاخه Acoustics در Model Wizard قرار دارند. بخش بعدی رابط های فیزیک ماژول آکوستیک یک نمای کلی از عملکرد رابط فیزیک در هر شاخه ارائه می دهد.
حوزه‌های کاربردی بسیاری وجود دارد که این رابط‌های فیزیک در آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد – از مدلسازی امواج فشار ساده در هوا گرفته تا بررسی برهم‌کنش‌های پیچیده بین امواج الاستیک و امواج فشار در مواد متخلخل. برای آشنایی مختصر با مفاهیم اولیه و تئوری آکوستیک به مبانی آکوستیک مراجعه کنید .
کتابخانه اپلیکیشن Acoustics Module نمونه های زیادی از کاربردها از مدل سازی پوشش عایق صدا، بلندگوها و میکروفون ها گرفته تا صدا خفه کن دارد. این مثال‌ها، در میان چیزهای دیگر، نحوه شبیه‌سازی تلفات صوتی را نشان می‌دهند. مدل‌های تلفات از مدل‌های سیال تجربی همگن برای مواد الیافی تا مدل‌هایی که شامل تلفات حرارتی و ویسکوزیته در جزئیات با استفاده از رابط Thermoviscous Acoustics می‌شوند.
کوپلینگ های از پیش تعریف شده را می توان برای مدل سازی برهمکنش بین میدان های صوتی، ساختاری و الکتریکی در مواد پیزوالکتریک استفاده کرد ( برای اطلاعات در مورد دسترسی به این فایل ها به پنجره کتابخانه های کاربردی مراجعه کنید). همچنین می توانید با رفتن به آموزش مثال: صدا خفه کن جذبی، مدل سازی COMSOL خود را شروع کنید .
شکل 3: رابط های فیزیکی ماژول آکوستیک و شاخه های آن در ویزارد Select Physics. برخی از رابط های فیزیک به ماژول های اضافی نیاز دارند.
