 |
میکروفون خازنی Brüel & Kjær 4134
معرفی
این یک مدل از میکروفون خازنی Brüel و Kjær 4134 (BK 4134) است. BK 4134 یک میکروفون اندازه گیری نیم اینچی (1/2 اینچی) برای اندازه گیری سطح متوسط و بالا در محدوده صدا و برای اندازه گیری کوپلر است. شکل 1 را ببینید . این میکروفون از نوع واکنش فشاری نامیده می شود ( برای جزئیات بیشتر به رفرنس 1 و شماره 2 مراجعه کنید ). پارامتر اصلی خروجی مدل، حساسیت میکروفون است که خروجی الکتریکی میکروفون را به ورودی فشار آکوستیک مرتبط می‌کند. حساسیت مدلسازی شده با داده‌های اندازه‌گیری از یک میکروفون واقعی BK 4134 مقایسه می‌شود. کف نویز مکانیکی – حرارتی میکروفون نیز با محاسبه نویز جانسون-نایکوئیست سیستم تعیین می شود.
شکل 1: تصویر میکروفون Brüel و Kjær 4134 شامل شبکه حفاظتی نصب شده روی محفظه. با حسن نیت از Brüel و Kjær.
میکروفون BK 4134 موضوع بسیاری از مطالعات مدلسازی از جمله مدل‌های عددی، نیمه تحلیلی و تحلیلی بوده است. به عنوان مثال Ref. 3 ، ر. 4 و Ref. 5 . در رویکردهای تحلیلی یا نیمه تحلیلی، همه اثرات به عنوان مثال، اثرات لبه غیرمعمول میدان الکتریکی و در نتیجه نیروهای الکتریکی وارد بر غشا گنجانده نمی شوند. در این مدل المان محدود COMSOL Multiphysics، چندین رابط و ویژگی فیزیک در یک رویکرد چندفیزیکی برای ثبت و ترکیب پدیده‌های فیزیکی بیشتر استفاده می‌شود. این شامل:
• | یک رابط آکوستیک ترموویسکوز، اینترفیس دامنه فرکانس ، که رابط فیزیک آکوستیک مفصلی است که به صراحت شامل و حل اثرات تلفات حرارتی و چسبناک است. |
• | یک رابط الکترواستاتیک تغییرات میدان الکتریکی و نیروهای الکترواستاتیک را ثبت می کند. |
• | یک رابط غشایی ، برای تنظیم یک فیزیک پیش تنیده برای دیافراگم. |
• | یک ویژگی مش متحرک ، برای مدلسازی تغییر شکل استاتیکی غشاء و حوزه محاسباتی هنگام پیش قطبی کردن میکروفون. مش متحرک نیز در حوزه فرکانس حل شده است. این امر جفت شدن بین حرکت غشاء و فیزیک الکترواستاتیک را تضمین می کند. حرکت مش حل شده برای مرحله دامنه فرکانس (آشفتگی) یک اثر خطی (سیگنال کوچک) را در بالای تغییر شکل اولیه DC نشان می دهد. |
نکته: بسیاری از اصول کار این مدل میکروفون در مدل میکروفون خازنی متقارن محوری توضیح داده شده است . مسیر کتابخانه برنامه Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/condenser_microphone .
اصول کار میکروفون
یک تصویر شماتیک از میکروفون در شکل 2 نشان داده شده است که شامل دیافراگم، صفحه پشتی (یا الکترود پشتی)، عایق، دریچه (یا سوراخ یکسان سازی فشار)، محفظه، و شبکه حفاظتی است. محفظه بیرونی و دیافراگم از صفحه پشتی با یک عایق عایق الکتریکی هستند که حجم داخل میکروفون را می‌بندد. یک دریچه کوچک برای یکسان سازی فشار در فرکانس های پایین در محفظه قرار دارد.
شکل 2: نمایش شماتیک میکروفون Brüel و Kjær 4134. شامل دیافراگم (یا غشاء) و صفحه پشتی (یا الکترود پشتی)، محفظه، عایق و شبکه حفاظتی است. فشار برخوردی روی میکروفون p in و فشاری که توسط دریچه (سوراخ یکسان سازی فشار) تجربه می شود، p vent است . ولتاژ خروجی اگر میکروفون V بیرون باشد .
فاصله h بین دیافراگم و صفحه پشتی حدود 19 میکرومتر است . شعاع میکروفون R غشایی 4.5 میلی متر و ارتفاع میکروفون H 3.35 میلی متر است . میکروفون به عنوان یک مبدل الکترومکانیکی کار می کند. این حرکت مکانیکی دیافراگم را که توسط یک میدان فشار آکوستیک برخورد خارجی p in ایجاد می شود ، به سیگنال الکتریکی V تبدیل می کند . رابطه بین فشار ورودی و ولتاژ خروجی سطح حساسیت L است که به صورت تعریف شده است.
(1)
که در آن L 0 حساسیت نرمال سازی است، در اینجا سطح 250 هرتز است. شارژ Q 0 از طریق یک مقاومت بسیار بزرگ به صورت سری با ولتاژ قطبش DC V pol = 200 ولت (در شکل نیست) به صفحه پشتی اعمال می شود . این یک جاذبه الکترواستاتیک و تغییر شکل ثابت DC کوچک دیافراگم ایجاد می کند. هنگامی که دیافراگم توسط میدان صوتی فرودی به حرکت در می آید، فاصله شکاف h تغییر می کند. این یک ولتاژ AC بین دیافراگم / محفظه و صفحه پشتی ایجاد می کند.
شکل الکترود، محل سوراخ‌ها و ضخامت شکاف همگی میرایی ویسکوترمال حرکت دیافراگم را کنترل می‌کنند و بنابراین پاسخ میکروفون را شکل می‌دهند. پاسخ فرکانس پایین تحت تأثیر امپدانس صوتی دریچه است. دریچه ممکن است در معرض میدان فشار فرودی قرار گیرد به طوری که p vent = p در exp(i φ )، که در آن φ تغییر فاز به دلیل فاصله است، یا در معرض قرار نگرفته (محافظ شده) به طوری که p vent = 0 باشد. Pa. اولین پیکربندی زمانی است که از میکروفون برای اندازه گیری های میدانی استفاده می شود. پیکربندی دوم رخ می دهد، برای مثال، زمانی که میکروفون برای اندازه گیری جفت صوتی استفاده می شود، جایی که تنها غشاء در معرض میدان صوتی قرار می گیرد. جزئیات بیشتر در Ref. 1 و رفر. 2 .
مفروضات مدل
• | در این مدل فرض می شود که شارژ Q 0 ثابت است. این کاملا درست نیست. تعامل الکتریکی بین میکروفون و مدار خارجی باعث ایجاد تغییرات کوچکی در بار سطحی می شود. شارژ ثابت مربوط به شارژ میکروفون از طریق یک مقاومت بی نهایت بزرگ است. این بدان معنی است که فقط قطع صوتی در فرکانس های پایین مدل می شود و نه قطع معمول ترکیبی الکتریکی و صوتی. نمونه ای از نحوه گنجاندن یک مدار الکتریکی خارجی کوچک را می توانید در مدل آموزش میکروفون خازنی متقارن محوری مشاهده کنید . |
• | میدان فشار فرودی p در سراسر غشا ثابت است. این برای بروز عادی صادق است. برای بروز مایل، قطر دیافراگم 2 R میکروفون قابل مقایسه با نیم طول موج λ / 2 برای f = 20 کیلوهرتز می شود. |
• | پوشش میکروفون و شبکه محافظ مدل سازی نشده اند. فقط ناحیه آبی رنگ در شکل 2 مدل شده است. |
• | با استفاده از تقارن های ساده، تنها حالت دوره ای دورانی پایین ترین مرتبه دیافراگم محاسبه و مدل می شود. |
شکل 3: هندسه میکروفون BK 4134. مش محاسباتی با استفاده از تقارن به 1/12 هندسه کاهش می یابد.
پیش بینی نویز مکانیکی-حرارتی
کف نویز که گاهی اوقات نویز حرارتی یا نویز مکانیکی-حرارتی نیز نامیده می شود (به تلفات مقاومتی یک سیستم خطی مربوط می شود) برای میکروفون محاسبه می شود، رجوع کنید به Ref. 6 و 7 و 8 . محاسبات صرفاً بر اساس پس پردازش نتایج شبیه‌سازی تنظیم میکروفون بدون نور است. چگالی طیفی نویز جانسون یا توان نویز جانسون-نیکوئیست به صورت بیان شده است
(2)
که در آن k B ثابت بولتزمن است، T 0 دمای محیط است، R = واقعی ( Za ) قسمت مقاومتی امپدانس صوتی است، و Δf عرض باند فرکانس است (در اینجا به مقادیر در هر هرتز نگاه می کنیم و تنظیم می کنیم . Δ f = 1 هرتز). این منجر به چگالی طیفی فشار نویز می شود
(3)
با واحد SI 
. سطح وزنی کل نویز مکانیکی-حرارتی، بین فرکانس های f 1 و f 2 را می توان با ادغام بیان چگالی طیفی محاسبه کرد (رجوع کنید به شماره 8 ).
. سطح وزنی کل نویز مکانیکی-حرارتی، بین فرکانس های f 1 و f 2 را می توان با ادغام بیان چگالی طیفی محاسبه کرد (رجوع کنید به شماره 8 ).(4)
که در آن W ( f ) تابع دامنه وزنی است، به عنوان مثال، A-weighted، و p ref فشار مرجع 20 μPa است .
امپدانس Z a امپدانس ورودی صوتی به غشاء است (شکل 4 را در کد 5 ببینید ) و به راحتی می توان آن را به صورت محاسبه کرد
(5)
که در آن Q mem سرعت متوسط حجم غشا است. انتگرال روی سطح غشاء است (در مدل از ضرب با 12 برای در نظر گرفتن تقارن بخش استفاده می شود، عبارت در متغیرهای بارگذاری شده تعریف می شود). همچنین می توان مقاومت را از طریق گرمای حرارتی و ویسکوزیته پراکنده شده در حفره میکروفون با استفاده از رابطه (الکتریکی) محاسبه کرد.
(6)
که در آن P th و Pv مجموع گرمای حرارتی و چسبناک پراکنده شده است . ضریب یک نصف لازم است تا مخرج نشان دهنده و مقدار RMS باشد، درست مانند گرما. شرایط حرارتی در مدل به عنوان یک انتگرال حجمی از متغیرهای چگالی اتلاف توان حرارتی و چسبناک ta.diss_therm و ta.diss_visc ارزیابی می‌شوند (عبارات در متغیرهای بارگذاری شده تعریف شده‌اند).
تعریف مدل
هندسه
هندسه میکروفون Brüel و Kjær 4134 در شکل 3 نشان داده شده است . مش محاسباتی نیز به عنوان یک برش 1/12 از هندسه نشان داده شده است. با استفاده از تقارن های مدل، دامنه محاسباتی کاهش می یابد. به دلیل این ساختار متقارن، دریچه به 6 برش (هر یک با تقارن به دو قسمت تقسیم شده است) با این شرط که امپدانس صوتی کل شش برش برابر با سوراخ اصلی باشد، تقسیم شده است.
مولفه های
پارامترهای تعریف شده در مدل در جدول زیر آورده شده است. خواص هوا مقادیر استانداردی از مواد هوای COMSOL است. دیافراگم از نیکل ساخته شده و پارامترهای مواد آن در جدول آورده شده است.
متغیر | ارزش | شرح |
Tm0 _ | 3160 نیوتن بر متر | کشش غشاء |
E m | 2.21 · 10 11 Ps | مدول یانگ غشاء |
n m | 0.4 | نسبت پواسون برای غشاء |
تی متر | 5 میکرومتر _ | ضخامت غشاء |
r m | 890 کیلوگرم بر متر مکعب | تراکم غشا |
ρ ms | 0.0445 کیلوگرم بر متر مربع | چگالی سطح غشاء ( = t m · ρ m ) |
Q 0 | 3.145 · 10 -10 C | شارژ الکترود V pol = 200 ولت |
p in | 1 پاس | دامنه فشار حادثه |
p دریچه | 1 Pa / 0 Pa | فشار دریچه (در معرض / بدون قرار گرفتن) |
f max | 20 کیلوهرتز | حداکثر فراوانی مطالعه |
d visc | 22 میکرومتر (100 هرتز/ f حداکثر ) 0.5 | ضخامت لایه مرزی چسبناک در f max |
L 0 | 39.5 دسی بل | حساسیت عادی سازی |
شرایط مرزی
در پیکربندی دریچه در معرض، فشار در دریچه توسط
(7)
که در آن H mic ارتفاع میکروفون است ( شکل 2 را ببینید )، k عدد موج، ω فرکانس زاویه ای، و c = 343 m/s سرعت صوت در 20 o C و 1 atm است. در اینجا فرض می‌شود که صدای فرود، یک موج صاف به دیافراگم است.
جزئیات مربوط به سایر شرایط مرزی مورد استفاده در این مدل در مدل میکروفون خازنی متقارن محوری و در دستورالعمل‌های مدلسازی زیر آمده است.
نتایج و بحث
حساسیت میکروفون ارائه شده توسط معادله 1 در شکل 4 نشان داده شده است . منحنی‌های مدلسازی شده پیکربندی‌های دریچه در معرض و در معرض دید قرار نگرفته به ترتیب در رنگ‌های آبی و صورتی ترسیم شده‌اند. سه منحنی اندازه گیری پاسخ های واقعی یک میکروفون BK 4134 به رنگ های سبز، قرمز و فیروزه ای نشان داده شده است. منحنی‌های اندازه‌گیری شده تغییرپذیری در حساسیت یک میکروفون را نشان می‌دهند – به همین دلیل است که هر میکروفون اندازه‌گیری با یک منحنی کالیبراسیون جداگانه ارائه می‌شود. منحنی های اندازه گیری شده فقط از 200 هرتز به بالا معتبر هستند. حساسیت میکروفون نیز در 1/3 اکتاو در انتهای توضیحات این مدل نشان داده شده است.
پاسخ فرکانسی میکروفون برای فرکانس های زیر 100 هرتز بسته به پیکربندی دریچه، رفتار متفاوتی را نشان می دهد (این را با شکل 2.7 در مرجع 2 مقایسه کنید ). در پیکربندی نوردهی، دریچه فشار را در دو طرف غشا یکسان می‌کند (تأخیر فاز 
کم است) و بنابراین افت فشار در سراسر دیافراگم را کاهش می‌دهد و در نتیجه حساسیت را کاهش می‌دهد. در پیکربندی نوردهی نشده، حساسیت در کمترین فرکانس افزایش می یابد. در اینجا سفتی حفره هوای داخلی کوچکتر می شود.
کم است) و بنابراین افت فشار در سراسر دیافراگم را کاهش می‌دهد و در نتیجه حساسیت را کاهش می‌دهد. در پیکربندی نوردهی نشده، حساسیت در کمترین فرکانس افزایش می یابد. در اینجا سفتی حفره هوای داخلی کوچکتر می شود.
شکل 4: منحنی حساسیت میکروفون از مدل با دریچه در معرض (آبی) و دریچه بدون نور (صورتی). سه منحنی اندازه گیری نیز اضافه شده است (سبز، قرمز و فیروزه ای) تا تغییرپذیری در حساسیت میکروفون را نشان دهد.
تغییر شکل غشا در شکل 5 به ترتیب برای 20 کیلوهرتز و 1 کیلوهرتز بالا و پایین نشان داده شده است. در 20 کیلوهرتز، جایی که حساسیت شروع به کاهش می‌کند، تأثیر سوراخ‌ها بر تغییر شکل غشاء قابل مشاهده است (برای مثال، رفرنس 4 را برای حالت‌های اندازه‌گیری شده غشاء ببینید).
توزیع پتانسیل الکتریسیته ساکن که از پیش قطبی کردن میکروفون حاصل می شود در شکل 6 نشان داده شده است . توجه کنید که حداکثر ولتاژ کمی بیش از 200 ولت است.
شکل 5: تغییر شکل دیافراگم در f = 20 کیلوهرتز (بالا) و f = 1 کیلوهرتز (پایین).
شکل 6: پتانسیل الکتریکی ساکن ناشی از پیش قطبی شدن کارتریج میکروفون و دیافراگم.
نتایج نویز مکانیکی- حرارتی
محاسبه نویز بر اساس عبارات معادله 2 تا معادله 6 است و صرفاً پس پردازش راه حل محاسبه شده است. نتایج، برای سادگی، بر اساس راه‌اندازی دریچه باز نشده است. هنگامی که دریچه در معرض دید قرار می گیرد، مدار معادل سیستم صوتی کمی پیچیده تر می شود زیرا دو منبع وجود دارد. برخی از داده های اندازه گیری نویز در میکروفون BK 4134 را می توان در Ref. 8 و ر. 9 .
گرمای مجموع، حرارتی و چسبناک تلف شده در داخل حفره میکروفون در شکل 7 (سمت چپ) نشان داده شده است. مقاومت آکوستیک معادل محاسبه شده R مورد استفاده برای محاسبه نویز در شکل 7 (راست) نشان داده شده است. مقاومت از طریق معادله 5 و معادله 6 محاسبه می شود . مقادیر مقاومت با نتایج Ref. 8 (شکل 3 را در مرجع ببینید).
در همان مرجع، سطح سر و صدای کل با وزن A نیز گزارش شده است (جدول II در مرجع را ببینید). با استفاده از داده های محاسبه شده برای مقاومت R ( f ) و معادله 4 ، سطح نویز A-weighted را می توان به آسانی به صورت L W = 18.7 دسی بل (A) محاسبه کرد. این مقدار بسیار نزدیک به سایر مقادیر گزارش شده است. لازم به ذکر است که هیچ فرضی در نتایج شبیه‌سازی صورت نگرفته است، در حالی که بسیاری از مقادیر گزارش‌شده مبتنی بر مدل‌های تحلیلی هستند که تمام جزئیات فیزیک را نشان نمی‌دهند، به عنوان مثال، انتقال فرکانس پایین به رفتار همدما.
در نهایت، منحنی های چگالی طیفی نویز مکانیکی-حرارتی در شکل 8 به عنوان چگالی طیفی توان (بالا سمت چپ)، چگالی طیفی فشار (بالا سمت راست)، و سطح فشار صدای کف نویز معادل (پایین) نشان داده شده است.
شکل 7: (سمت چپ) توان تلف شده کل، حرارتی و چسبناک و مقاومت صوتی معادل (سمت راست) مستقیماً و از طریق توان تلف شده محاسبه شده است.
شکل 8: چگالی طیفی نویز محاسبه شده به صورت توان (بالا سمت چپ)، فشار (بالا سمت راست) و سطح (پایین) نشان داده شده است.
منابع
1. Brüel & Kjær، «میکروفون‌های خازنی و پیش تقویت‌کننده‌های میکروفون برای اندازه‌گیری‌های صوتی»، کتابچه راهنمای داده be0089، 1982.
2. Brüel & Kjær, Microphone Handbook, vol. 1: تئوری ، مستندات فنی be1447، 1996.
3. D. Homentcovschi و RN Miles، “ روش تحلیلی- عددی برای تعیین پاسخ مکانیکی یک میکروفون کندانسور”، J. Acoust. Soc. آم.، ج. 130، ص 3698، 2011.
4. T. Lavergne، S. Durand، M. Bruneau، N. Joly، و D. Rodrigues، “ رفتار دینامیکی غشای دایره ای یک میکروفون الکترواستاتیک: اثر سوراخ ها در الکترود پشتیبان”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 128، ص 3459، 2010.
5. AJ Zuckerwar، “پاسخ نظری میکروفون های خازنی”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 64، ص. 1278، 1978.
6. B. Russo، “Thermal Noise in Condenser Microphone Back volumes”، پایان نامه کارشناسی ارشد، قلم. دانشگاه دولتی، 2013.
7. J. Esteves، L. Rufer، D. Ekeom، و S. Basrour، “مدار معادل پارامترهای توده ای برای مدل سازی میکروفون های خازنی،” J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 142، ص. 2121، 2017.
8. CW Tan و J. Miao، “رویکرد اصلاح شده Škvor/Starr در تحلیل نویز مکانیکی-حرارتی میکروفون کندانسور”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 126، ص. 2301، 2009.
9. AJ Zuckerwar و KCT Ngo، “اندازه گیری نویز 1/f در حرکت غشایی میکروفون های خازنی”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 95، ص. 1419، 1994.
مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/bk_4134_microphone
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Acoustics>Thermoviscous Acoustics>Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain (ta) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Membrane (mbrn) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در قسمت متن فیلد Displacement ، um را تایپ کنید . |
7 | در جدول اجزای فیلد Displacement تنظیمات زیر را وارد کنید: |
یکی |
vm |
wm |
میدان جابجایی غشا (um,vm,wm) است در حالی که میدان سرعت در سیال (u,v,w) است.
8 | در درخت Select Physics ، AC/DC>Electric Fields and Currents>Electrostatics (es) را انتخاب کنید . |
9 | روی افزودن کلیک کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
فعلاً از تنظیم انواع مطالعه صرف نظر کنید زیرا برای راه اندازی صحیح حل کننده اغتشاش خطی به چند مرحله دستی نیاز است.
پارامترهایی را وارد کنید که مواد دیافراگم، بار سطح استاتیک، و فشار برخورد و دریچه و همچنین برخی پارامترهای مربوط به مش را تعیین می‌کنند. پارامترها در جدول 1 ارائه شده است .
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bk_4134_microphone_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه ای را وارد کنید که نشان دهنده یک دوازدهم میکروفون Brüel و Kjær 4134 است، به شکل 3 مراجعه کنید . هندسه توسط Brüel و Kjær ساخته شده است.
هندسه 1
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bk_4134_microphone.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Build All کلیک کنید . |
هندسه باید مانند شکل زیر باشد.
در مرحله بعد، سه تابع درون یابی اضافه کنید که داده های اندازه گیری حساسیت یک میکروفون واقعی را نشان می دهد.
تعاریف
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bk_4134_microphone_sensitivity_data.txt دوبار کلیک کنید . |
6 | در قسمت متنی Number of arguments ، 1 را تایپ کنید . |
7 |  روی Import کلیک کنید . |
8 | زیربخش توابع را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام تابع | موقعیت در پرونده |
int_ave | 1 |
int_min | 2 |
int_max | 3 |
انتخاب های از پیش تعریف شده از مرزها را برای استفاده در هنگام تنظیم بقیه فیزیک در مدل اضافه کنید. انتخاب ها را طوری تغییر نام دهید که استفاده از آنها آسان باشد.
غشاء
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 4، 16 و 26 را انتخاب کنید. |
5 | در قسمت Label text، عبارت Membrane را تایپ کنید . |
تقارن
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Symmetry را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
برای تجسم آسان تر انتخاب ها از رندر وایرفریم استفاده کنید.
5 | فقط مرزهای 1، 2، 5، 11، 14، 21، 24، 29، 31 و 34 را انتخاب کنید. |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
رهاسازی فشار
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، فشار را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 32 را انتخاب کنید. |
زمین
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label ، Ground را تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 3، 6–10، 12، 17، 19 و 22 را انتخاب کنید. |
پایانه
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Terminal را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 4، 16، 26-28، 33 و 36 را انتخاب کنید. |
هوا را به عنوان ماده مورد استفاده در مدل انتخاب کنید و یک ماده با ویژگی های غشایی تنظیم کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد
مواد غشایی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، در قسمت متن برچسب ، Membrane Material را تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | Em | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | تعداد | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | رام | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
برای تنظیم مدل آکوستیک، سرعت آکوستیک را برابر با تغییر شکل دیافراگم تنظیم کنید، دو شرایط مرزی فشار را در دریچه (در معرض و بدون نور) فراهم کنید و شرایط تقارن را اعمال کنید. هنگام حل مدل، تنها یکی از شرایط مرزی فشار در هر زمان فعال خواهد بود.
آکوستیک ترموویسکوز، دامنه فرکانس (TA)
تقارن 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain (ta) کلیک راست کرده و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
فشار (آدیاباتیک) 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و فشار (Adiabatic) را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات فشار (آدیاباتیک) ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، انتشار فشار را انتخاب کنید . |
4 | بخش فشار را پیدا کنید . در قسمت متن p bnd ، linper(pvent_e*exp(-ta.iomega*Hmic/343[m/s])) را تایپ کنید . |
عبارت فشار دریچه را در رابطه 7 مشاهده کنید .
فشار (آدیاباتیک) 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و فشار (Adiabatic) را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات فشار (آدیاباتیک) ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، انتشار فشار را انتخاب کنید . |
4 | بخش فشار را پیدا کنید . در قسمت متن p bnd ، linper(pvent_u) را تایپ کنید . |
عملگر ()linper برای نشان دادن عبارات بار استفاده می‌شود که فقط باید در هنگام حل بخش اغتشاش خطی مدل گنجانده شوند، یعنی عبارت‌های وابسته به فرکانس. برای اطلاعات بیشتر به بخش Help > Documentation مراجعه کنید و Operators Special را جستجو کنید.
دیافراگم را با استفاده از رابط Membrane مدل کنید. غشا را در پشته بیرونی محدود کنید، یک تنش اولیه برابر با کشش غشاء Tm 0 اضافه کنید ، و جابجایی صفر را در صفحه افقی روی لبه های تقارن تنظیم کنید . در نهایت، نیروها/بارهایی را که بر روی غشا اثر می‌گذارند، یعنی میدان فشار برخوردی P به داخل و نیروهای الکترواستاتیکی که توسط اجزای تانسور تنش ماکسول (es.dnTex,es.dnTey,es.dnTez) داده می‌شود، اضافه کنید .
غشاء (MBRN)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Membrane (mbrn) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Membrane ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
ضخامت و افست 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Membrane (mbrn) روی Thickness and Offset 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Thickness and Offset ، قسمت Thickness and Offset را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی d 0 ، tm را تایپ کنید . |
مواد الاستیک خطی 1
در پنجره Model Builder ، روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید .
استرس و کرنش اولیه 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Initial Stress and Strain را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای استرس و فشار اولیه ، بخش استرس و فشار اولیه را پیدا کنید . |
3 | در جدول N 0 تنظیمات زیر را وارد کنید: |
Tm0 | 0 |
0 | Tm0 |
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Edges کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط Edge 74 را انتخاب کنید. |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  لبه ها کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه های 4، 5، 25، 42، 49 و 57 را انتخاب کنید. |
بارگذاری صورت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Face Load را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بارگذاری چهره ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Force را پیدا کنید . از لیست نوع بار ، فشار را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن p ، linper(pin) را تایپ کنید . |
بارگذاری صورت 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Face Load را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بارگذاری چهره ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
راه اندازی رابط Electrostatics را ادامه دهید. یک مرز زمین، یک مرز پایانه با بار ثابت Q 0 و محاسبه نیرو که نیروهای الکترواستاتیکی را اعلام می کند، اضافه کنید. پس از اضافه شدن، نیروها را می توان در ویژگی Face Load انتخاب کرد .
الکترواستاتیک (ES)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید .
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای زمین ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Ground را انتخاب کنید . |
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ترمینال را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . در قسمت متنی Q 0 ، Q0 را تایپ کنید . |
در نهایت، ویژگی محاسبه نیرو را اضافه کنید که نیروهای الکترواستاتیک مورد استفاده در فیزیک غشاء را اعلام می کند.
محاسبه نیرو 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Force Calculation را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 1، 3 و 4 را انتخاب کنید. |
به ویژگی Face Load برگردید و تانسور استرس سطحی Maxwell را به عنوان نیروی اعمال شده انتخاب کنید.
غشاء (MBRN)
بارگذاری صورت 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Membrane (mbrn) روی Face Load 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بارگذاری چهره ، بخش Force را پیدا کنید . |
3 | از لیست F A ، تانسور تنش سطحی Maxwell (es/fcal1) را انتخاب کنید . |
ویژگی Moving Mesh را تنظیم کنید . این ویژگی امکان محاسبه دقیق شکل ثابت غشا، میدان الکتریکی و نیروها را فراهم می کند. یک شرط Symmetry را روی مرزهای تقارن تنظیم کنید. تغییر شکل غشاء ( مجاور ) به طور خودکار به عنوان حرکت مش روی مرز استفاده می شود.
جزء 1 (COMP1)
تغییر شکل دامنه 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Moving Mesh کلیک کنید و Domains>Deforming Domain را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل دامنه ، بخش Smoothing را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع صاف کردن مش ، Laplace را انتخاب کنید . |
گزینه هموارسازی لاپلاس ارزان ترین گزینه از نظر محاسبات است زیرا خطی است و برای هر جهت مختصات از یک معادله استفاده می کند که با یکدیگر جفت نشده اند. با این حال، هیچ مکانیزمی در صاف کردن لاپلاس وجود ندارد که از وارونگی عناصر جلوگیری کند. بنابراین، این روش برای تغییر شکل های کوچک در یک رژیم خطی، مانند این مدل، مناسب ترین است.
4 | فقط دامنه های 1، 3 و 4 را انتخاب کنید. |
مرز ثابت 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Moving Mesh کلیک کنید و Boundaries>Fixed Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 3، 15 و 25 را انتخاب کنید. |
تقارن / غلتک 1
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Moving Mesh کلیک کنید و Boundaries>Symmetry/Roller را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Symmetry/Roller ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
در نهایت، با استفاده از کوپلینگ چندفیزیکی از پیش تعریف شده، غشا را با آکوستیک جفت کنید.
چند فیزیک
مرز ساختار آکوستیک ترموویسکوز 1 (tsb1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Boundary>Thermoviscous Acoustic-Structure Boundary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مرز ساختار آکوستیک ترموویسکوز ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
شما اکنون تمام فیزیک، چندفیزیک و شرایط مرزی مدل را تعریف کرده اید. به تعریف مش محاسباتی ادامه دهید. از آنجایی که مدل بزرگ است و مش باید برای یک محدوده فرکانس وسیع استفاده شود، مصالحه لازم است. مش باید لایه مرزی آکوستیک را برای همه فرکانس ها حل کند، در اینجا ما یک مش ایجاد می کنیم که در بیشتر موارد خوب است. در حین تنظیم مش، تغییر به رندر Wireframe Rendering می تواند ایده خوبی باشد . همانطور که مش به صورت دستی تنظیم می شود، با افزودن مستقیم اولین جزء مش ادامه دهید.
مش 1
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 33 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط Edge 61 را انتخاب کنید. |
مش 1
مثلثی رایگان 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results را گسترش دهید . |
2 | روی Component 1 (comp1)>Mesh 1 کلیک راست کرده و Boundary Generators>Free Triangular را انتخاب کنید . |
3 | فقط مرزهای 4، 16، 18 و 26 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.4[mm] را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح موجودیت هندسی ، Edge را انتخاب کنید . |
4 | فقط لبه های 24، 35 و 48 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 4*dvisc را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 1 و 3-5 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه های 1، 3 و 4 را انتخاب کنید. |
5 | بخش توزیع را پیدا کنید . در فیلد متنی Number of element ، 3 را تایپ کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
5 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
6 | در فیلد متنی Number of element ، 10 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 10 را تایپ کنید . |
8 | از لیست نرخ رشد ، نمایی را انتخاب کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Tetrahedral کلیک کنید .
Free Tetrahedral کلیک کنید .سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.5[mm] را تایپ کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، برای گسترش بخش Transition کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی Smooth transition to interior mesh را پاک کنید . |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 6-10، 12، 13، 17-20، 22، 23، 27، 28، و 36 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت لایه ها را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of layers عدد 3 را تایپ کنید . |
5 | از لیست مشخصات ضخامت ، همه لایه ها را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن ضخامت کل ، pi*dvisc را تایپ کنید . |
7 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مش نهایی باید مانند شکل زیر باشد.
دو مطالعه را برای حل مدل اضافه کنید: یکی برای موردی که دریچه در معرض فشار فرودی P در قرار می گیرد و دیگری برای موردی که دریچه در معرض میدان فشار فرودی قرار نمی گیرد (محافظه می شود).
مدل را با استفاده از حل کننده اغتشاش خطی در حوزه فرکانس حل کنید. برای اینکه حل کننده کار کند، ابتدا یک مطالعه ثابت برای تعیین نقطه خطی شدن انجام دهید. این اولین مطالعه ، غشاء و مش را به دلیل نیروهای الکترواستاتیکی (از ولتاژ قطبش DC) تغییر شکل می‌دهد و شامل اثرات کشش استاتیک غشاء Tm 0 می‌شود . مطالعه دوم اغتشاش آکوستیک را به محلول استاتیکی مدل می‌کند، یعنی تغییرات هارمونیک با پارامتر کوچک فشار، دما و سرعت آکوستیک.
از آنجا که این یک مسئله چندفیزیکی به شدت جفت شده است، حلگر ثابت را روی کاملاً جفت شده تنظیم کنید (برخلاف نوع جداشده پیش فرض). هنگامی که از اختلال دامنه فرکانس استفاده می شود، حل کننده دامنه فرکانس به طور پیش فرض به طور کامل جفت می شود. همچنین حل کننده ها را مستقیم قرار دهید و در مرحله حوزه فرکانس از PARDISO استفاده کنید. این مدل باید در رایانه ای با رم 6 گیگابایت یا بیشتر حل شود.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادر حل را برای Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain (ta) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مطالعه 1 – دریچه در معرض
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 1 – Vent Exposur را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
اختلال دامنه فرکانس
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Frequency Domain> Frequency Domain Perturbation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اختلال دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، 10^{range(0,3/10,3)} 10^{range(3.3,1/20,4.3)} را تایپ کنید . |
این به شما 10 فرکانس در مقیاس لگاریتمی از 1 هرتز تا 1 کیلوهرتز و 20 فرکانس دیگر را از تقریباً 2 کیلوهرتز تا 20 کیلوهرتز می دهد.
حال، آخرین وضعیت فشار را غیرفعال کنید. توجه داشته باشید که برای حل مش متحرک در مرحله اغتشاش حوزه فرکانس نیز باید حل کنید . جفت شدن بین حرکت غشا و فیزیک الکترواستاتیک را تضمین می کند. حرکت مش حل شده برای در مرحله اغتشاش نشان دهنده یک اثر خطی (سیگنال کوچک) در بالای تغییر شکل اولیه DC است.
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)> Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain (ta)>Pressure (Adiabatic) 2 را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1 – Vent Exposur>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2 را گسترش دهید ، سپس روی Direct (ادغام شده) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش عمومی را بیابید . |
5 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی Pivoting perturbation ، 1.0E-9 را تایپ کنید . |
دستورالعمل های بالا یک حل کننده مستقیم برای مشکل راه اندازی می کند. به عنوان یک جایگزین، اولین حل‌کننده تکراری پیشنهادی ایجاد شده توسط جفت سازه ترموویسکوز آکوستیک-ساختار (tsb1) را اصلاح کنید تا متحرک‌های مش و متغیرهای الکترواستاتیک را نیز شامل شود. این حل کننده سریعتر و کمی کارآمدتر از حافظه است.
7 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1 – Vent Exposur>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2 روی گزینه Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) کلیک راست کرده و Enable را انتخاب کنید . |
8 | روی Study 1 – Vent Exposur>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2>Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) کلیک راست کرده و Direct Preconditioner را انتخاب کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1 – Vent Exposur>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2>Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) را گسترش دهید ، سپس روی Direct Preconditioner 4 کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای Direct Preconditioner ، بخش General را پیدا کنید . |
11 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
12 | در قسمت متنی Pivoting perturbation ، 1.0E-9 را تایپ کنید . |
13 | برای گسترش بخش Hybridization کلیک کنید . در لیست متغیرهای Preconditioner ، کرنش معمولی (comp1.mbrn.unn) ، فشار (comp1.p) ، تغییر دما (comp1.T) ، فیلد سرعت ( قاب فضایی) (comp1.u) ، فیلد جابجایی (comp1.um) را انتخاب کنید. ) ، پتانسیل الکتریکی (comp1.V) و ولتاژ ترمینال (comp1.es.term1.V0_ode) . |
14 | در زیر متغیرهای پیش شرط ، روی حذف کلیک کنید .  |
فقط جابجایی مش فضایی باید در لیست باقی بماند.
15 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 – Vent Exposur>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2 روی گزینه Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) کلیک راست کرده و Direct Preconditioner را انتخاب کنید . |
16 | در پنجره تنظیمات برای Direct Preconditioner ، بخش General را پیدا کنید . |
17 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
18 | در قسمت متنی Pivoting perturbation ، 1.0E-9 را تایپ کنید . |
19 | قسمت Hybridization را پیدا کنید . در لیست متغیرهای Preconditioner ، کرنش معمولی (comp1.mbrn.unn) ، فشار (comp1.p) ، جابجایی مش فضایی (comp1.spatial.disp) ، تغییر دما (comp1.T) ، میدان سرعت ( قاب فضایی) را انتخاب کنید . comp1.u) و فیلد Displacement (comp1.um) . |
20 | در زیر متغیرهای پیش شرط ، روی حذف کلیک کنید .  |
فقط پتانسیل الکتریکی و ولتاژ پایانه باید در لیست باقی بماند.
مرحله 2: اختلال دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 – Vent Exposur روی مرحله 2: Frequency Domain Perturbation کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اختلال دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، No را انتخاب کنید . |
مدل موردی را حل کنید که دریچه در معرض سیگنال ورودی P در .
4 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
مطالعه دومی را برای دریچه دریچه‌ای که در معرض دید قرار نگرفته است، تنظیم کنید، که در آن P vent = 0 Pa. روش کار مانند راه‌اندازی مطالعه اول است. اولین شرط مرزی فشار را غیرفعال کنید تا فقط موردی که هواکش نشده درمان شود.
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادر حل را برای Thermoviscous Acoustics، Frequency Domain (ta) پاک کنید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2 – دریچه بدون نور
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 2 – Vent Unexposed را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
اختلال دامنه فرکانس
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Frequency Domain> Frequency Domain Perturbation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اختلال دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ، 10^{range(0,3/10,3)} 10^{range(3.3,1/20,4.3)} را تایپ کنید . |
این 10 فرکانس در مقیاس لگاریتمی از 1 هرتز تا 1 کیلوهرتز می دهد.
اکنون حل را برای شرایط فشار اول غیرفعال کنید.
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)> Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain (ta)>Pressure (Adiabatic) 1 را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید . |
راه حل 3 (sol3)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 3 (sol3) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2 – Vent Unexposed>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2 را گسترش دهید ، سپس روی Direct (ادغام شده) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش عمومی را بیابید . |
5 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی Pivoting perturbation ، 1.0E-9 را تایپ کنید . |
پیشنهاد حل کننده تکراری را همانطور که در مطالعه 1 انجام شد اصلاح کنید.
7 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 2 – Vent Unexposed>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2 روی گزینه Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) کلیک راست کرده و Enable را انتخاب کنید . |
8 | روی Study 2 – Vent Unexposed>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2>Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) کلیک راست کرده و Direct Preconditioner را انتخاب کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2 – Vent Unexposed>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2>Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) را گسترش دهید ، سپس روی Direct Preconditioner 4 کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای Direct Preconditioner ، بخش General را پیدا کنید . |
11 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
12 | در قسمت متنی Pivoting perturbation ، 1.0E-9 را تایپ کنید . |
13 | برای گسترش بخش Hybridization کلیک کنید . در لیست متغیرهای Preconditioner ، کرنش معمولی (comp1.mbrn.unn) ، فشار (comp1.p) ، تغییر دما (comp1.T) ، فیلد سرعت ( قاب فضایی) (comp1.u) ، فیلد جابجایی (comp1.um) را انتخاب کنید. ) ، پتانسیل الکتریکی (comp1.V) و ولتاژ ترمینال (comp1.es.term1.V0_ode) . |
14 | در زیر متغیرهای پیش شرط ، روی حذف کلیک کنید .  |
فقط جابجایی مش فضایی باید در لیست باقی بماند.
15 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 2 – Vent Unexposed>Solver Configurations>Solution 3 (sol3)>Stationary Solver 2 روی گزینه Suggested Iterative Solver (GMRES with Direct Precon.) (tsb1) کلیک راست کرده و Direct Preconditioner را انتخاب کنید . |
16 | در پنجره تنظیمات برای Direct Preconditioner ، بخش General را پیدا کنید . |
17 | از لیست حل ، PARDISO را انتخاب کنید . |
18 | در قسمت متنی Pivoting perturbation ، 1.0E-9 را تایپ کنید . |
19 | قسمت Hybridization را پیدا کنید . در لیست متغیرهای Preconditioner ، کرنش معمولی (comp1.mbrn.unn) ، فشار (comp1.p) ، جابجایی مش فضایی (comp1.spatial.disp) ، تغییر دما (comp1.T) ، میدان سرعت ( قاب فضایی) را انتخاب کنید . comp1.u) و فیلد Displacement (comp1.um) . |
20 | در زیر متغیرهای پیش شرط ، روی حذف کلیک کنید .  |
فقط پتانسیل الکتریکی و ولتاژ پایانه باید در لیست باقی بماند.
مرحله 2: اختلال دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 2 – Vent Unexposed روی مرحله 2: Frequency Domain Perturbation کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اختلال دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، No را انتخاب کنید . |
مدل را برای حالتی حل کنید که دریچه در معرض سیگنال ورودی P در .
4 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
چهار مجموعه داده به طور خودکار ایجاد شده است:
• | مطالعه 1 – دریچه در معرض / محلول 1 حاوی محلول کامل در معرض. |
• | مطالعه 1 – دریچه در معرض / فروشگاه محلول 1 حاوی محلول ثابت، یعنی نقطه خطی شدن، برای مطالعه 1 است. |
• | مطالعه 2 – دریچه در معرض قرار نگرفته/محلول 3 حاوی محلول کامل پیکربندی دریچه باز نشده است. |
• | مطالعه 2 – دریچه در معرض / محلول فروشگاه 2 حاوی محلول ثابت برای مطالعه 2 است. |
یک مجموعه داده بخش سه بعدی ایجاد کنید تا هندسه کامل را تجسم کنید.
مطالعه 1 – دریچه در معرض / محلول 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1 – Vent Exposur/Solution 1 (sol1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، بخش راه حل را پیدا کنید . |
3 | از لیست Frame ، Material (X، Y، Z) را انتخاب کنید . |
بخش 3 بعدی 1
1 | در نوار ابزار Results ، روی  More Datasets کلیک کنید و Sector 3D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings برای Sector 3D ، بخش Symmetry را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of Sectors عدد 12 را تایپ کنید . |
4 | از لیست Transformation ، چرخش و بازتاب را انتخاب کنید . |
5 | زیربخش جهت شعاعی صفحه بازتاب را پیدا کنید . در قسمت متن X ، 0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن Y ، -1 را تایپ کنید . |
ولتاژ پایانه ثابت را ارزیابی کنید تا ببینید آیا برابر با ولتاژ پلاریزاسیون V pol = 200 V همانطور که انتظار می رود است یا خیر.
ارزیابی جهانی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی ارزیابی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی جهانی ، روی جایگزینی عبارت در گوشه سمت راست بالای بخش عبارات کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electrostatics>Terminals>es.V0_1 – Terminal Voltage – V را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Expressions را پیدا کنید . از لیست عبارت ارزیابی شده ، گزینه Static solution را انتخاب کنید . |
4 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
سپس، نمودارهای سه بعدی را برای تجسم راه حل در حوزه محاسباتی، از جمله تغییر شکل غشاء، سرعت ذرات، سطوح فشار صوت، تغییرات دمای آکوستیک و پتانسیل الکتریکی ساکن تنظیم کنید.
تغییر شکل غشا
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  3D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، تغییر شکل غشاء را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Sector 3D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Membrane Deformation کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، mbrn.disp را تایپ کنید . |
4 | از لیست واحد ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
5 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Membrane>Displacement>mbrn.disp – Displacement magnitude – m را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
7 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>SpectrumLight را در درخت انتخاب کنید. |
8 | روی OK کلیک کنید . |
تغییر شکل 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Deformation را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار Membrane Deformation ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تغییر شکل غشا
طرح باید مانند شکل 5 بالا باشد.
فرکانس ارزیابی را به 1000 هرتز تغییر دهید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results ، روی Membrane Deformation کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (Hz)) ، 1000 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Membrane Deformation ، روی  Plot کلیک کنید . |
طرح باید مانند شکل 5 در پایین باشد.
سرعت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Velocity را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
برش 1
1 | روی Velocity کلیک راست کرده و Slice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، ta.v_inst را تایپ کنید . |
4 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . از لیست هواپیما ، ZX-planes را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Velocity ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار دامنه سرعت آنی را نشان می دهد. احتمالاً روی ناحیه نزدیک سوراخ پشتی و غشاء زوم کنید تا بیشترین دامنه را ببینید.
سطح فشار صوت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، سطح فشار صدا را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Sound Pressure Level کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، ta.Lp_t را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Sound Pressure Level ، روی  Plot کلیک کنید . |
توزیع سطح فشار صدا در داخل میکروفون در اینجا مشاهده می شود.
تغییرات دمای آکوستیک
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، تغییر دمای صوتی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (Hz)) ، 1000 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Acoustic Temperature Variation کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، ta.T_t را تایپ کنید . |
4 | از لیست واحد ، mK را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>ThermalWave را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
9 | از لیست مقیاس ، خطی متقارن را انتخاب کنید . |
10 | در نوار ابزار تغییر دمای صوتی ، روی  Plot کلیک کنید . |
تغییرات دمای آکوستیک ta.T_t در داخل میکروفون در اینجا در 1000 هرتز دیده می شود. لایه مرزی حرارتی به وضوح قابل مشاهده است. اگر فرکانس ارزیابی را به مقدار کمتری تغییر دهید، می توانید انتقال به رفتار همدما را مطالعه کنید. در اینجا T تقریباً ثابت و 0 در داخل میکروفون است (به مقادیر عددی min/max در نوار رنگ توجه کنید).
پتانسیل الکتریکی (ایستا)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، پتانسیل الکتریکی (ایستا) را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Sector 3D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
چند برش 1
1 | در نوار ابزار Electric Potential (Stationary) روی  More Plots کلیک کنید و Multislice را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، V را تایپ کنید . |
4 | از لیست عبارت ارزیابی شده ، گزینه Static solution را انتخاب کنید . |
5 | بخش Multiplane Data را پیدا کنید . زیربخش Z-planes را پیدا کنید . در قسمت متن Planes ، 3 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
7 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>Dipole را در درخت انتخاب کنید. |
8 | روی OK کلیک کنید . |
9 | در نوار ابزار Electric Potential (Stationary) روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار باید مانند شکل 6 باشد .
اکنون، سه نمودار 1 بعدی ایجاد کنید تا حساسیت میکروفون، تغییر شکل غشاء و تنش های ماکسول را تجسم کنید.
حساسیت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Sensitivity را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
5 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، f (Hz) را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، dB (مرتبط با 1 V/Pa) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی Sensitivity کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
20*log10(abs(es.V0_1/pin))+L0 | مدل (در معرض هوا) | |
int_ave(freq) | اندازه گیری متوسط | |
int_min (فرکانس) | اندازه گیری کمتر | |
int_max (فرکانس) | اندازه گیری بالایی |
4 | در نوار ابزار Sensitivity ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه x-Axis Log Scale در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Sensitivity کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Study 2 – Vent Unexposed/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
20*log10(abs(es.V0_1/pin))+L0 | مدل (دریچه باز نشده) |
5 | در نوار ابزار Sensitivity ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار حساسیت میکروفون باید مانند شکل 4 باشد .
تغییر شکل غشای ساکن
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Static Membrane Deformation را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Static Membrane Deformation کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، wm را تایپ کنید . |
4 | فقط لبه های 4، 25، 42 و 57 را انتخاب کنید. |
5 | از لیست عبارت ارزیابی شده ، گزینه Static solution را انتخاب کنید . |
نمودار خط 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Static Membrane Deformation کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، wm را تایپ کنید . |
4 | فقط لبه های 5 و 49 را انتخاب کنید. |
5 | از لیست عبارت ارزیابی شده ، گزینه Static solution را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Static Membrane Deformation ، روی  Plot کلیک کنید . |
شکل زیر تغییر شکل استاتیکی غشاء به دلیل پیش قطبی شدن را نشان می دهد که در امتداد دو مرز تقارن ترسیم شده است. به تفاوت کوچک در منحنی ها به دلیل وجود سوراخ در صفحه پشتی توجه کنید.
استرس ماکسول
1 | روی Static Membrane Deformation کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Maxwell Stress را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Maxwell Stress را گسترش دهید ، سپس روی Line Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، es.dnTz را تایپ کنید . |
نمودار خط 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Line Graph 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، es.dnTz را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Maxwell Stress ، روی  Plot کلیک کنید . |
این شکل نیروهای سطحی الکتریسیته ساکن (تنش های ماکسول) را نشان می دهد که بر روی غشا به دلیل پیش قطبی شدن اثر می کنند. مجدداً به تفاوت دو منحنی توجه کنید که به دلیل وجود سوراخ در صفحه پشتی است.
در نهایت، منحنی حساسیت را در باندهای 1/3 اکتاو (در پیکربندی دریچه در معرض دید) با استفاده از نمودار باند اکتاو بازتولید کنید.
حساسیت، باندهای اکتاو 1/3
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Sensitivity، 1/3 Octave Bands را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
گروه اکتاو 1
1 | در نوار ابزار Sensitivity, 1/3 Octave Bands ، روی  More Plots کلیک کنید و Octave Band را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Octave Band ، قسمت Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، جهانی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . از لیست نوع عبارت ، تابع انتقال را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن مرجع سطح ، L0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن Expression ، abs(es.V0_1/pin)^2 را تایپ کنید . |
این عبارت تابع انتقال توان H از فشار فرودی به ولتاژ اندازه گیری شده را نشان می دهد.
7 | قسمت Plot را پیدا کنید . از لیست Quantity ، چگالی طیفی توان متوسط باند را انتخاب کنید . |
8 | از لیست نوع Band ، 1/3 اکتاو را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار Sensitivity, 1/3 Octave Bands ، روی  Plot کلیک کنید . |
تعاریف
اکنون، نویز مکانیکی-حرارتی میکروفون را ادامه داده و پس از آن پردازش کنید. ابتدا تعدادی متغیر را بارگذاری کنید و دو عملگر ادغام را راه اندازی کنید. نمودارها و بحث در مورد نتایج در انتهای بخش نتایج و بحث ارائه شده است.
ادغام 1 (در اول)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، در قسمت متن نام اپراتور، intop_vol را تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
ادغام 2 (intop2)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، intop_mem را در قسمت متن نام اپراتور تایپ کنید . |
3 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، غشاء را انتخاب کنید . |
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل bk_4134_microphone_variables.txt دوبار کلیک کنید . |
مطالعه 2 – دریچه بدون نور
راه حل در مطالعه 2 را به روز کنید تا متغیرهای جدید و عملگرهای یکپارچه سازی برای پس پردازش حضور داشته باشند.
در نوار ابزار مطالعه ، روی Update Solution کلیک کنید .
Update Solution کلیک کنید .نتایج
انرژی اتلاف شده
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Dissipated Energy را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 2 – Vent Unexposed/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، f (Hz) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، P (W) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
9 | کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
10 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی Dissiped Energy کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
Pto | دبلیو | کل توان تلف شده حرارتی و ویسکوزیته |
Pvisc | دبلیو | توان تلف شده چسبناک |
Ptherm | دبلیو | توان تلف شده حرارتی |
4 | در نوار ابزار Dissipated Energy ، روی  Plot کلیک کنید . |
مقاومت آکوستیک معادل
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، مقاومت صوتی معادل را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 2 – Vent Unexposed/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
5 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، f (Hz) را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، R = real(Z) (kg/(m<sup>4</sup>s)) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
8 | کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی Equivalent Acoustic Resistance کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
واقعی (-pin/Qmem) | کیلوگرم/(m^4*s) | واقعی (Z) |
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Equivalent Acoustic Resistance کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید .  |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ptot/(0.5*abs(Qmem)^2) | کیلوگرم/(m^4*s) | real(Z) – توان تلف شده کل |
Pvisc/(0.5*abs(Qmem)^2) | کیلوگرم/(m^4*s) | real(Z) – قدرت تلف شده چسبناک |
Ptherm/(0.5*abs(Qmem)^2) | کیلوگرم/(m^4*s) | real(Z) – توان تلف شده حرارتی |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، نقطه را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Equivalent Acoustic Resistance ، روی  Plot کلیک کنید . |
چگالی طیفی توان نویز
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، چگالی طیفی توان نویز را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 2 – Vent Unexposed/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، f (Hz) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، چگالی طیفی توان (Pa<sup>2</sup>/Hz) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
9 | کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
10 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
جهانی 1
1 | روی Noise Power Spectral Density کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
4*k_B_const*T0*real(-pin/Qmem)*1[Hz] | کیلوگرم^2/(m^2*s^4) |
4 | در نوار ابزار Noise Power Spectral Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
چگالی طیفی فشار نویز
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Noise Pressure Spectral Density را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 2 – Vent Unexposed/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، f (Hz) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، چگالی طیفی فشار (Pa/Hz<sup>1/2</sup>) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
9 | کادر بررسی مقیاس گزارش محور y را انتخاب کنید . |
10 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
جهانی 1
1 | روی Noise Pressure Spectral Density کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
sqrt(4*k_B_const*T0*real(-pin/Qmem)*1[Hz]) | J/m^3 |
4 | در نوار ابزار Noise Pressure Spectral Density ، روی  Plot کلیک کنید . |
سطح کف سر و صدا
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Noise Floor Level را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Study 2 – Vent Unexposed/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، f (Hz) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Level (dB SPL) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Axis را پیدا کنید . کادر بررسی مقیاس گزارش محور x را انتخاب کنید . |
9 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
جهانی 1
1 | روی Noise Floor Level کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
10*log10(4*k_B_const*T0*real(-pin/Qmem)*1[Hz]/(20[uPa])^2) |
4 | در نوار ابزار Noise Floor Level ، روی  Plot کلیک کنید . |
انرژی تلف شده، مقاومت صوتی معادل، سطح کف نویز، چگالی طیفی توان نویز، چگالی طیفی فشار نویز
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Ctrl کلیک کنید تا انرژی تلف شده ، مقاومت صوتی معادل ، چگالی طیفی توان نویز ، چگالی طیفی فشار نویز و سطح کف نویز را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
پلات های مکانیکی- حرارتی نویز
در پنجره تنظیمات برای گروه ، نمودار نویز مکانیکی-حرارتی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
