Acoustics Module
Nuova app: Small Concert Hall Analyzer
Questa app valuta l'acustica di una piccola sala da concerti utilizzando l'interfaccia Ray Acoustics. La app permette all'utente di modificare la posizione della sorgente sonora omnidirezionale, di modificare i parametri di assorbimento delle pareti, le proprietà dei diffusori e la posizione del microfono usato per misurare la risposta. I risultati includono la risposta all'impulso analizzato per bande di frequenze. A livello concettuale, l'app può essere utilizzata per ottimizzare l'acustica della sala da concerto in funzione del suo uso, ad esempio, un concerto di musica classica, musica jazz o la lettura di poesie. Nella app si possono rimuovere i pannelli insonorizzati o cambiare il materiale per ottenere l'acustica desiderata.
Screenshot della app per valutare l'acustica di una sala da concerti in funzione della posizione della sorgente sonora omnidirezionale, della posizione del microfono e noti i parametri di assorbimento e le proprietà dei diffusori.
Screenshot della app per valutare l'acustica di una sala da concerti in funzione della posizione della sorgente sonora omnidirezionale, della posizione del microfono e noti i parametri di assorbimento e le proprietà dei diffusori.
Impedance Boundary Condition nell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain
Nell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain è possibile aggiungere la condizione Impedance Boundary Condition che può implementare diversi modelli di impedenza, ognuno relativo ad un determinato comportamento acustico. Le possibili scelte comprendono: la modellazione delle perdite associate ad uno strato poroso; un semplice sistema meccanico approssimato con un circuito RCL in differenti configurazioni; il comportamento sull'apertura di una guida d'onda; oppure l'acustica in differenti parti dell'orecchio umano. In particolare, i modelli di impedenza dell'orecchio e della pelle sono uno strumento utile perchè permettono di aggiungere carichi acustici realistici quando si sviluppano e simulano apparecchi acustici, cuffie, auricolari e altri dispositivi mobili.
Le Impedance Boundary Condition possono essere modellate mediante differenti Impedance model caratterizzati da varie opzioni: User defined, RCL, Physiological, Waveguide-end impedance, Porous layer e Characteristic-specific impedance. Si noti che le Impedance Boundary Condition forniscono una approssimazione del comportamento esatto; il vantaggio del loro uso sta in un sostanziale abbassamento delle richieste computazionali a fronte di risultati affetti da un errore minimale.
A seconda della dimensionalità spaziale, le opzioni per i vari Impedance model sono:
- User defined: inserire un'espressione definita dall'utente di qualsiasi tipo;
- RCL: contiene opzioni per tutte le combinazioni possibili di un circuito RCL (resistenza, compliance e inertanza acustiche equivalenti) Figura (a);
- Physiological: contiene modelli di pelle e di orecchio umani (timpano, pinna e orecchio completo) Figura (b);
- Waveguide-end impedance: modelli di impedenza per le estremità di un tubo con e senza flangia Figura (c);
- Porous layer: è possibile definire lo spessore dello strato e le caratteristiche del poroso (con stesse opzioni del nodo Poroacoustics);
- Characteristic-specific impedance: per onde piane, sferiche e cilindriche.
Nell'esempio riportato in (d), RCL impedance viene usata per modellare le proprietà meccaniche di un microfono. Nel modello Open Pipe presente nell'Application Library vengono utilizzate due differenti opzioni del modello Waveguide-end impedance: Flanged Pipe, circular e Unflanged Pipe, circular.
Nel tutorial Generic 711 Coupler, dispositivo usato per simulare la risposta acustica ad una sorgente all'interno di un canale uditivo occluso, la condizione RCL impedance viene utilizzata per modellare le proprietà meccaniche del microfono utilizzato per le misurazioni.
Nel tutorial Generic 711 Coupler, dispositivo usato per simulare la risposta acustica ad una sorgente all'interno di un canale uditivo occluso, la condizione RCL impedance viene utilizzata per modellare le proprietà meccaniche del microfono utilizzato per le misurazioni. (d)
Visualizza esempi aggiuntivi (a) »
Nuovi modelli poroacustici
L'elenco dei modelli in ambito poroacustico è stato ampliato per includere due modelli di densità di fluido equivalente per simulare la presenza di sedimenti e inclusioni fluide: i modelli Wood e Williams EDFM. Sono inoltre stati aggiunti diversi set di parametri predefiniti per il modello Delany-Bazley-Miki.
- Wood: per la modellazione di fluidi con inclusioni (particelle).
- EDFM Williams: studia la propagazione delle onde acustiche nei sedimenti usando un modello di densità efficace per descrivere il fluido.
- Delany-Bazley-Miki: sono stati aggiunti molti nuovi coefficienti empirici, compresi i coefficienti modificati di Allard e Champoux.
Dipole Point Source nell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain.
Matematicamente, un dipolo è una sorgente che corrisponde a due monopoli tra loro vicini e in opposizione di fase. I dipoli si formano quando vi sono forze fluttuanti nel mezzo, come un piccolo oggetto che vibra avanti e indietro. Una fonte acustica complessa può essere espansa e approssimata in un insieme di sorgenti puntiformi (monopoli, dipoli e quadrupoli).
Grafici delle isosuperfici del campo di pressione e della superficie del livello di pressione sonora intorno al dipolo.
Grafici delle isosuperfici del campo di pressione e della superficie del livello di pressione sonora intorno al dipolo.
Quadrupole Point Sources nell'interfaccia Pressure Acoustics, Frequency Domain
Matematicamente, un quadrupolo è una sorgente corrispondente a due dipoli tra loro vicini. Una sorgente acustica complessa può essere espansa e approssimata in un insieme di sorgenti puntiformi (monopoli, dipoli e quadrupoli).
Grafico delle isosuperfici del campo di pressione e del livello di pressione sonora intorno a una sorgente di un quadrupolo puntiforme.
Grafico delle isosuperfici del campo di pressione e del livello di pressione sonora intorno a una sorgente di un quadrupolo puntiforme.
Interior Velocity Boundary Condition in termoacustica
Questa condizione viene utilizzata per specificare una velocità su un contorno interno in termoacustica. La condizione può essere utilizzata per specificare sorgenti quali la velocità di un diaframma di un trasduttore miniaturizzato modellato utilizzando, ad esempio, un modello a parametri concentrati. Le componenti di velocità possono essere assegnate in modo indipendente ed è disponibile un'opzione per forzare la continuità della pressione attraverso il contorno. Sono anche disponibili opzioni per le condizioni termiche.
Nuovi Data Set per semplificare la valutazione e la rappresentazione del campo lontano esterno alla mesh calcolata
I set di dati Parameterized Curve e Parameterized Surface supportano ora la valutazione dove non esiste una mesh del dominio, selezionando la casella di controllo Only evaluate globally defined expressions. In questo modo, le variabili in campo lontano possono essere valutate esternamente alla mesh su una curva o una superficie parametrizzata predefinita. La nuova funzionalità Grid Data Sets può essere utilizzata per tracciare la soluzione in campo lontano al di fuori del dominio computazionale, in volumi o superfici. La risoluzione di questa griglia è accessibile attraverso la finestra impostazioni Grid 3D.
Il campo di pressione tracciato esternamente al dominio computazionale (al di fuori della mesh) nell'esempio del trasduttore piezoelettrico Tonpilz utilizzando il Data Set Grid 3D e la funzionalità Far-Field Calculation. Le variabili visualizzate in postprocessing relative al trasduttore sono valutate sulla mesh, mentre per il campo lontano la valutazione è su una griglia rettangolare non rappresentata e definita in uno spazio più grande che estende la regione modellata a elementi finiti in prossimità del trasduttore.
Il campo di pressione tracciato esternamente al dominio computazionale (al di fuori della mesh) nell'esempio del trasduttore piezoelettrico Tonpilz utilizzando il Data Set Grid 3D e la funzionalità Far-Field Calculation. Le variabili visualizzate in postprocessing relative al trasduttore sono valutate sulla mesh, mentre per il campo lontano la valutazione è su una griglia rettangolare non rappresentata e definita in uno spazio più grande che estende la regione modellata a elementi finiti in prossimità del trasduttore.
Nuovi Array Data Set
È stato introdotto un Data Set per la creazione di array che può essere utilizzato per tracciare soluzioni periodiche. Questi Array Data Sets, ad esempio, consentono di visualizzare le soluzioni di modelli che utilizzano la condizione al contorno Floquet periodic.
La pressione totale tracciata nell'esempio Porous Absorber utilizzando la nuova funzionalità Array 2D data set.
La pressione totale tracciata nell'esempio Porous Absorber utilizzando la nuova funzionalità Array 2D data set.
Ray Acoustics: Calcoli di intensità in mezzi con velocità del suono variabile con la posizione
E' possibile effettuare il calcolo dell'intensità per i mezzi "graded", cioè quei mezzi in cui la velocità del suono dipende dalla posizione. Un esempio è l'acustica marina, dove la velocità del suono in genere dipende dalla profondità, essendo dipendente dalla temperatura e dalla salinità. Il calcolo dell'intensità è ora basato su un tensore di curvatura piuttosto che sulle curvature principali. Nella sezione Ray Properties della finestra impostazioni per il nodo Ray acoustics, selezionare l'opzione Using curvature tensor sotto la sezione Intensity computation.
Ray Acoustics: Modelli fluidi con attenuazione
Le Medium Properties hanno ora due opzioni aggiuntive di Fluid model per modellare l'attenuazione delle onde acustiche a causa di perdite di massa. L'attenuazione diventa significativa in aria alle alte frequenze e negli spazi ampi, come le sale da concerto. È anche importante nelle applicazioni di acustica subacquea. L'opzione The Linear elastic with attenuation permette all'utente di definire un'espressione per il coefficiente di attenuazione, mentre l'opzione Thermally conducting and viscous imposta l'espressione di attenuazione classica a causa della viscosità e della conduzione termica.
Ray Acoustics: semplificato il modo di impostare le proprietà dei materiali dipendenti dalla frequenza
Nei modelli di ray acoustics è ora possibile specificare direttamente nella finestra impostazioni Material le proprietà del materiale che dipendono dalla frequenza dei raggi o da un'altra proprietà dei raggi, anziché utilizzare la finestra impostazioni Medium Properties. Tutte le proprietà dei raggi devono essere espresse tramite il nuovo operatore noenv(), che permette di considerare nelle espressioni definite su domini le quantità che esistono solo sui raggi.
Ray Acoustics: Altri miglioramenti
- Miglioramento delle prestazioni per la funzionalità Accumulator a livello di dominio: la variabile calcolata dalla funzionalità Accumulator a livello di dominio è ora oltre dieci volte più veloce e più accurata che nella versione 5.0. Questi modelli non richiedono più modifiche manuali alla sequenza del solutore.
- Nuovo release type: funzionalità Release from Data File. È ora possibile importare le posizioni e le direzioni iniziali dei raggi da un file di testo.
- Nuova opzione per la funzionalità Release from Grid: è ora possibile impostare All combinations o Specified combinations per il Grid type. Questo dà un miglior controllo sul posizionamento iniziale dei raggi.
Documentazione
Sono stati aggiunti nuovi capitoli sulla modellazione nella Acoustics Module User's Guide. Questi capitoli offrono informazioni sulla modellazione, suggerimenti e consigli e best practice relative a mesh, solutori e molto altro.
Nuovo tutorial: Helmholtz Resonator Analyzed with Different Frequency Domain Solvers
Questo modello simula uno sweep in frequenza di un risonatore di Helmholtz generico – un classico circuito risonante di acustica con una soluzione teorica nota – per illustrare come utilizzare diversi solutori nel dominio della frequenza. Oltre al solutore Stationary, il modello utilizza il solutore Asymptotic waveform evaluation ed i solutori Stationary, Frequency domain-modal, che ricostruiscono il risultato basato sulle espansioni intorno ad alcune soluzioni esatte nel range di sweep.
In questo esempio, la pressione media del volume di un Helmholtz resonator è rappresentata come funzione della frequenza. La risposta è stata generata utilizzando il solutore predefinito Frequency Domain, il solutore Frequency Domain solver with Asymptotic Waveform Evaluation (AWE) e il solutore Frequency-Domain Modal.
In questo esempio, la pressione media del volume di un Helmholtz resonator è rappresentata come funzione della frequenza. La risposta è stata generata utilizzando il solutore predefinito Frequency Domain, il solutore Frequency Domain solver with Asymptotic Waveform Evaluation (AWE) e il solutore Frequency-Domain Modal.
Nuovo tutorial: Piezoelectric Tonpilz Transducer with a Prestressed Bolt
Questo modello mostra come modellare le interazioni acustico-strutturali di un dispositivo soggetto ad un pre-carico utilizzando il perturbation solver. Un trasduttore Tonpilz è simulato a bassa frequenza ma ad alta potenza di emissione sonora, configurazione usata spesso per i trasduttori utilizzati in applicazioni SONAR. Il trasduttore è costituito da anelli piezoceramici impilati tra una head mass e una tail mass collegate da un bullone centrale.
Il tutorial dimostra come incorporare l'effetto del pretensionamento del bullone. La risposta in frequenza del trasduttore è studiata per determinare le risposte strutturali e acustiche del dispositivo, come la deformazione, le sollecitazioni, la potenza irradiata, il livello di pressione sonora, la curva TVR (transmitting voltage response) e il DI (directivity index) del fascio sonoro. Il modello richiede l'Acoustics Module, lo Structural Mechanics Module e l'AC/DC Module.
Il trasduttore piezoelettrico Tonpilz è un trasduttore per l'emissione sonora ad alta potenza e frequenza bassa. Il trasduttore è composto da anelli piezoceramici impilati tra due estremità spesse e pre-compressi mediante un bullone centrale. La frequenza di risonanza del dispositivo è abbassata dalla tail mass e dalla head mass. In questo modello, la risposta in frequenza del trasduttore è studiata quando il bullone viene precaricato. L'immagine mostra la deformazione del trasduttore Tonpilz a 40 kHz. Il tutorial richiede l'Acoustics Module, lo Structural Mechanics Module e l'AC/DC Module.
Il trasduttore piezoelettrico Tonpilz è un trasduttore per l'emissione sonora ad alta potenza e frequenza bassa. Il trasduttore è composto da anelli piezoceramici impilati tra due estremità spesse e pre-compressi mediante un bullone centrale. La frequenza di risonanza del dispositivo è abbassata dalla tail mass e dalla head mass. In questo modello, la risposta in frequenza del trasduttore è studiata quando il bullone viene precaricato. L'immagine mostra la deformazione del trasduttore Tonpilz a 40 kHz. Il tutorial richiede l'Acoustics Module, lo Structural Mechanics Module e l'AC/DC Module.
Tutorial aggiornati
Diversi tutorial nella Application Library dell'Acoustics Module sono stati aggiornati per mostrare le nuove funzionalità. Tra questi:
- Open Pipe: utilizzare le nuove condizioni al contorno Waveguide-end impedance per un tubo circolare con o senza flangia.
- Generic 711 Coupler - An Occluded Ear-Canal Simulator and e Lumped Receiver Connected to Test Set-Up with a 0.4cc Coupler: entrambi i tutorial utilizzano la nuova condizione al contorno RCL impedance.
- Porous Absorber e Reflections off a Water-Sediment Interface: entrambi utilizzano la nuova funzionalità Periodic data set per rappresentare la soluzione nel postprocessing.
- Bessel Panel: ora risolto con un solutore iterativo.
- Jet Pipe: il modello è ora risolto utilizzando diversi Study Step e i risultati vengono visualizzati con la dipendenza circonferenzale.
- Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone, Loudspeaker Driver, Generic 711 Coupler-An Occluded Ear-Canal Simulator e Reflections off a Water-Sediment Interface: i quattro tutorial ora utilizzano accoppiamenti multifisici.
Nel modello aggiornato Jet Pipe, il comportamento circonferenziale del campo di pressione è ora incluso nel postprocessing utilizzando un Revolution 2D data set. Il modello dimostra il comportamento aeroacustico del rumore emesso da una turboventola.
Nel modello aggiornato Jet Pipe, il comportamento circonferenziale del campo di pressione è ora incluso nel postprocessing utilizzando un Revolution 2D data set. Il modello dimostra il comportamento aeroacustico del rumore emesso da una turboventola.