声学常用数值方法和软件介绍
用CAD进行声学分析与设计
用CAD进行声学分析与设计声学是研究声波传播和其在各种环境中产生影响的科学。
在建筑设计、音响系统设计以及汽车和航空航天等领域中，声学设计起着重要作用。
而计算机辅助设计（CAD）软件为声学分析和设计提供了强大的工具。
在CAD软件中进行声学分析和设计，可以帮助工程师快速准确地模拟和优化声学系统。
以下将介绍几种常见的声学分析与设计方法。
首先是声场分析。
声场是指特定空间内的声波分布。
在CAD软件中，工程师可以通过建立几何模型来模拟声场的传播和分布。
该模型可以包括建筑物、房间或器件的几何形状和材料参数。
通过设置合适的声源和边界条件，可以计算出声场中声压级、声能分布、回声时间等参数。
这样的分析结果可以帮助工程师评估声学环境的优劣，并优化设计。
其次是声学过程模拟。
在音响系统设计中，CAD软件可以对声波在各种元件和设备中的传播和变化进行模拟。
例如，在扬声器设计中，可以通过CAD软件模拟声波在扬声器腔体和振膜中的传播和谐振特性。
通过调整声学元件的形状和参数，可以实现对音质和频率响应的优化。
此外，CAD软件还可以模拟声波在管道、隔音材料等中的传播过程，帮助优化声学系统的性能。
另外，CAD软件还可以进行声学材料设计和优化。
声学材料的选择和设计对于声学系统的性能至关重要。
通过CAD软件，工程师可以模拟不同材料的声学特性，并评估其对声波的吸收、反射和传导能力。
这使得工程师能够选择合适的材料，以达到声学系统的优化设计目标。
最后，CAD软件还可以进行噪音分析和控制。
噪音是一种令人不快的声音，对人们的健康和生活质量有着重要的影响。
通过CAD软件，工程师可以对噪音源进行建模，并模拟噪音在空间中的传播和衰减过程。
这可以帮助工程师找到噪音来源和传播路径，并采取合适的控制措施，减少噪音对人们的影响。
综上所述，CAD软件在声学分析和设计中具有重要的应用。
它可以帮助工程师模拟声场、模拟声学过程、进行声学材料设计和优化以及进行噪音分析和控制。
物理实验技术中的声学测试方法
物理实验技术中的声学测试方法声学测试是物理实验中非常重要的一种技术方法。
它利用声波在不同介质中的传播和反射特性，通过测量声波的传播速度、声压、声强等参数，来分析物体的结构、材料特性以及各种声学现象。
本文将介绍物理实验技术中常用的几种声学测试方法。
一、声速测量声速是声波在介质中传播的速度，是声学测试中最基础且常用的参数之一。
测量声速的方法有多种，其中最常用的是通过测量声波在介质中的传播时间来推算声速。
在实验中，可以利用常见的声音发生器产生声波，并通过传感器接收，从而测量声波在不同介质中的传播时间。
通过测量不同介质中声波的传播时间，然后根据声波在空气中传播的声速对照计算出声速值，以此来推算出目标介质中的声速。
二、声压测量声压是指声波引起的气体或介质中的压力变化。
在声学测试中，测量声压可以用于分析声波的强度、音量和音质等参数。
声压的测量通常使用压电传感器或麦克风等装置进行。
压电传感器通过转换声压变化为电压信号，然后通过仪器测量电压信号的变化来得出声压值。
麦克风则可以将声压变化转化为电信号，通过计算机对电信号进行采集和处理，得到声压值。
三、频谱分析频谱分析是声学测试中常用的一种方法，它将声音波形分解为不同频率的成分，通过分析不同频率的振动模式来研究声音的特性。
在频谱分析中，可以使用调谐管、频谱分析仪或声学软件等设备进行。
通过将声音信号输入到频谱分析设备中，设备会将声音信号分解为不同频率的成分，并将其显示为频谱图。
通过观察频谱图，可以分析声音的频率分布、强度分布等特征，以更好地理解声音的性质。
四、共振频率测量共振频率是指在特定条件下，物体受到外界声波作用时产生最大振幅的频率。
共振频率的测量对研究物体的固有特性、材料的塑性变形等方面有重要意义。
在实验中，可以通过改变外部声波的频率，不断调整直到使物体产生共振现象，并通过测量共振频率来分析物体的特性。
常见的共振频率测量方法有拍频法和频率扫描法等。
五、声学模拟声学模拟是一种通过计算机模拟声学现象的方法。
声学测量与分析方法及其应用探讨
声学测量与分析方法及其应用探讨声学是研究声波的产生、传播和接收的学科，它在现代科学和工程中起着重要的作用。
声学测量与分析方法是声学研究的基础，它们可以帮助我们更好地理解声音的特性和行为。
本文将探讨声学测量与分析方法的原理和应用领域。
声学测量是通过使用声学传感器和仪器来获取和记录声音信号的过程。
常见的声学测量参数包括声压级、频率、声速、声阻抗等。
声压级是衡量声音强弱的指标，它通常用分贝（dB）表示。
频率是声音振动的周期性，常见的单位是赫兹（Hz）。
声速是声波在介质中传播的速度，它与介质的密度和弹性有关。
声阻抗是声波在两种介质之间传播时的阻力，它是介质密度和声速的乘积。
声学测量方法有很多种，其中最常用的是麦克风测量法。
麦克风是一种将声音转换为电信号的传感器，它可以测量声音的强度和频率。
在测量中，麦克风通常被放置在被测物体附近，通过测量声压级和频率来获取声音的特性。
此外，还有声纳测量法、声学相机测量法等。
声学分析是对声音信号进行处理和解释的过程。
常见的声学分析方法包括频谱分析、时域分析、波形分析等。
频谱分析是将声音信号转换为频域信号的过程，它可以帮助我们了解声音的频率成分和能量分布。
时域分析是对声音信号在时间上的变化进行分析，它可以帮助我们了解声音的时序特性。
波形分析是对声音信号波形形状的分析，它可以帮助我们了解声音的形态特征。
声学测量与分析方法在许多领域中得到了广泛的应用。
在音乐领域，声学测量和分析可以帮助音乐家和音频工程师优化音响系统和音乐表演效果。
在建筑和环境领域，声学测量和分析可以帮助设计师评估建筑物和环境的声学性能，提高室内外声学环境的质量。
在医学领域，声学测量和分析可以帮助医生诊断听力障碍和语言障碍。
在工业领域，声学测量和分析可以帮助工程师评估机器和设备的噪声水平，提高工作环境的安全性和舒适性。
总之，声学测量与分析方法是研究声音特性和行为的重要手段。
通过声学测量和分析，我们可以更好地理解声音的本质和特点，为实际应用提供科学依据。
建筑声学参数测试与数据处理
建筑声学参数测试与数据处理建筑声学参数测试是一项重要的工作，它可以帮助我们评估和改善建筑的声学性能。
在建筑设计和施工过程中，合理的声学参数测试和数据处理对于保证室内环境的舒适性至关重要。
首先，我们需要了解建筑声学参数的定义和测量方法。
建筑声学参数包括各种声学指标，如声传播特性、隔声能力、吸声性能等。
这些参数的测量通常需要使用专业的测试设备和软件。
常用的测试方法包括声压级测量、声透传测量、吸声系数测量等。
通过这些测试，我们可以获得建筑各个空间的声学参数，并评估其声学性能的优劣。
然而，仅仅获得测试数据还不足以评估建筑的声学性能。
数据处理是评估和改善建筑声学性能的关键一步。
在处理声学测试数据时，我们需要注意以下几个方面。
首先，我们要进行数据的有效性验证。
测试数据可能会受到外界环境的影响，比如背景噪声、测试设备的误差等。
因此，在进行数据处理之前，我们应当对测试环境进行评估，并剔除无效数据，确保测试结果的准确性。
其次，我们要进行数据的分析和比较。
通过将测试数据与相应的标准进行比较，我们可以评估建筑的声学性能是否符合要求。
比如，通过对声透传的测试数据进行分析，我们可以评估建筑的隔声能力。
通过对吸声系数的测试数据进行分析，我们可以评估室内空间的吸声性能。
通过数据的分析和比较，我们可以确定是否需要采取进一步的声学改善措施。
此外，数据处理还可以帮助我们预测建筑的声学性能。
通过对已有数据的分析，我们可以建立预测模型，以评估不同设计方案的声学效果。
这对于建筑师和设计团队来说是非常有价值的，可以帮助他们在设计阶段就考虑到声学要求，并做出更合理的设计决策。
最后，数据处理还可以为声学改善提供参考。
通过对已有数据的处理和分析，我们可以确定具体的改善方向和措施。
比如，在分析吸声系数数据时，我们可以确定是否需要增加吸声材料或采取其他吸声措施。
通过数据处理可以为改善建筑声学性能提供有针对性的指导。
总的来说，建筑声学参数测试和数据处理是评估和改善建筑声学性能的重要环节。
声学仿真基础介绍
3）. 有限元方法及边界元方法介绍 4）. Virtual. lab-Acoustic 启动与图形界面介绍 5）. Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
• 单位制； • 网格要求； • 单元的法线方向.
6）. Virtual. Lab 建模分析流程
Source Engine
Microphones Array Muffler
Virtual. Lab中的实现
Lw1
模拟试验中的 ISO3744场点
Lw2
传递损失: TL
TL Lwi Lwt
声衰减: NR
NR 20 log(Pn / P1)
Source
Engine
Lwi
Muffler
P Source
2. 时域2与pr频,t域 c1的2 关2 pt系r2,t： 0
时域
pr,t ~p(r) eit
k 2 2 f c c
2 ~p k 2 ~p 0
频域
求解方程都为运动学方程与结构运动学方程相同，可以将振动与声学方程进行
3. 有限元方法：
耦合求解，从而实现声振耦合的效果。
运动学方程： H i A 2Q p i F
• 映射规则是按照权重进行网格节点进行映射：
网格格式要求：
Virtual. lab-Acoustic建模基本知识
单元法向要求：
有限元网格模型的法线方向总是指向声腔的一面； DBEM的法线必须指向流体存在的一面； IBEM的法线可以指向内也可以指向外，法线方向确定了单元的正方向与负
方向，为了保证计算结果的正确性，有必要让单元法向方向保持一致。
• 在施加边界条件时一定要主要单元的法线方向，与法线方向一致是正值，否则为 负值。
有限元原理 声学-概述说明以及解释
有限元原理声学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述声学是研究声音的产生、传播和接收的科学，其在工程学、医学、音乐等领域都有着广泛的应用。
有限元方法是一种数值计算方法，可以用于模拟各种物理现象，包括声波的传播和声学特性的分析。
本文将讨论有限元原理在声学领域的应用，探讨其在声学研究中的重要性和优势。
有限元方法通过将复杂的物理系统分割为有限数量的小单元，然后利用数值算法对每个单元进行建模和计算，最终将这些单元联结起来形成一个整体系统的模拟。
在声学领域，有限元方法可以用来研究声波在不同介质中的传播特性、声场的分布以及声学结构的振动特性。
通过有限元分析，研究人员可以更好地了解声学系统的工作原理，并优化设计以达到更好的性能。
本文将深入探讨有限元原理在声学领域的应用，介绍有限元模拟声学系统的基本步骤和方法，以及在声学研究中常见的问题和挑战。
通过本文的阐述，读者将能够更全面地了解有限元方法在声学领域的意义和作用，为进一步的声学研究提供有益的参考和指导。
1.2 文章结构文章结构部分应该包括整个文章的框架和主要内容，以便读者可以清晰地了解文章的结构和主题。
具体内容可包括：文章结构部分的内容：本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要介绍了有限元原理在声学领域中的应用背景和意义，以及本文的目的和意义。
正文部分将着重介绍有限元原理在声学领域中的基本原理和方法，比如有限元模型建立、声学仿真计算方法等。
结论部分将总结本文的主要观点和结论，以及对未来研究方向的展望和建议。
整个文章的结构清晰明了，逻辑性强，通过引言、正文和结论三个部分的布局，使读者可以系统地了解有限元原理在声学领域中的应用和意义。
1.3 目的有限元原理在声学领域的应用已经被广泛认可，它为解决声学问题提供了强大的数值计算工具。
本文的目的是探讨有限元原理在声学领域中的应用，并深入分析其在声学问题中的优势和局限性。
通过具体案例的分析和应用，我们将深入挖掘有限元原理在声学中的潜力，并寻找更加有效和精确的声学问题解决方法。
计算声学第一章数值计算中的误差分析
截断误差：
E n(x)s ixn P n(x)
§2 误差与数值计算的误差估计
绝对误差与绝对误差限
绝对误差：
设某一量的精确值为 x，其近似值为 x *，则称E(x*)xx*
为近似值 x * 的绝对误差，简称误差。 E(x*) 0时称 x * 为弱近似值或亏近似值； E(x*) 0时称 x * 为强近似值或盈近似值。
1000.0 1200.0 2000.0 3000.0 4000.0 1482.6 1482.4 1498.0 1516.6 1534.8
前言
深 度 (m)
声速剖面图 0
-500
-1000
-1500
-2000
-2500
-3000
-3500
-4000
-4500
-5000 1480
1490
1500
1510
提高应用计算机解决实际问题的能力。
数值计算的对象、任务与特点
数值计算流程：
实际问题
理论模型
数学问题
误差分析
上机计算
程序设计
算法设计
特点：
既具有数学的抽象性与严格性，又具有应用的广泛性与 实际实验的技术性，是一门与计算机紧密结合的实用性很强 的有着自身研究方法与理论体系的计算数学课程。
数值计算中的误差分析
例1.2 设
x* ，0其.0近3似30值55 x *
，问 有
几位有效数字？如果
， 有几位有效数字？
练习题
1.指出如下有效数的绝对误差限、相对误差限和有效数字 位数。
4 91 0 2, 0.04,9409 .000
2.将22/7作为的近似值，它有几位有效数字？绝对误差
限和相对误差限各为多少？
职业音频人员必备的【声学应用软件】大汇总
职业音频人员必备的【声学应用软件】大汇总导读计算机建筑声学模拟是体育场馆建筑声学设计、厅堂音质设计、区域环境噪声预测等方面的重要手段和有力工具。
为了了解国内建筑声学计算机软件的发展和应用流行趋势，兰格电子特此把主流的声学软件做个简单梳理：1INSUL&ZORBA建筑结构隔声性能预测软件建筑材料的声学计算软件，是世界上第一个声学材料计算软件，有隔声计算和吸声计算两个模块界面，通过它可以计算目前国内的99% 的建筑声学产品，设计师可以对材料的构造变化进行有效预测，并把计算结果反馈到设计中，有效的支持设计方案。
该软件被业内称为移动(笔记本)声学材料实验室。
２CARA小房间声学仿真软件德国意力推出的一款软件——CARA，Computer Aided Room Acoustics 计算机房间声学仿真和优化软件。
CARA是一款专门针对家庭视听室设计、简单易学的有限元分析软件，强大专业。
软件建模，修改房间平面结构，房间内物体设置，材料表面设定，材料的选择，声学环境计算，听音位置设定，计算结果分析等。
３德国声学模拟软件EASE自1990年第88次AES大会被初次介绍给专业电声及音响界以来，德国ADA公司的EASE声学模拟软件已经发展成为今天世界最知名专业声学设计软件之一，被世界40多个国家所广泛采用。
它的扬声器数据库包含了70多家世界著名的扬声器厂商提供的扬声器数据。
因此EASE声学模拟软件成为了一个统一的声学模拟设计计算平台。
通过EASE软件可以对不同品牌的扬声器计算结果进行比较。
针对该厅堂扩声系统声学特性指标，采用声学计算机辅助设计软件EASE(Electro Acoustic Simulator for Engineers)4.3版本进行设计及计算，其计算结果以声场分布彩色展示图的方式给出。
通过EASE 软件所计算的主要内容包括：1、混响时间频率特性曲线；2、直达声声压级(Direct SPL)；3、总声压级 (Total SPL)；4、临界距离 (Critical Distance)；5、直达声/混响声比 (D/R Ratio)；6、辅音损失率(ALcons%)；7、快速传递指数(RASTI、STIPA)；8、C系列参量 (C Measurements)。
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使用边界元法的常用声学软件: LMS.SYSNOISE-- DBEM、 IBEM 、 VNoise---DBEM、 IBEM 、Coupled acoustic ESI.VA ONE.Rayon BEM
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统计能量分析
统计能量分析方法是从能量的角度来分析复
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发展中！
其他方法
能量有限元法
Energy Finite Element Method 能量边界元法 Energy Boundary Element Method 杂交方法 Hybrid Method （FEA+SEA）
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声线和声锥模型
声线法是基于几何声学的方法
, 当声波的频 率较高, 即声波的波长小于房间中的反射面时, 可以用几何光学中反射面的概念把声的传播 看成是沿声线传播的声能, 此过程中忽略声的 波动性能 声线模型的使用条件是反射面尺寸远大于声 波的波长, 而同时反射面的粗糙度远小于波长
N&V Level
Low Freq. (<100 Hz)
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Frequency
High Freq. (>100 Hz)
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有限元法
有限元模型是将求解区域划分为有限个单元
网格, 用有限的网格去逼近连续的媒质 有限元方法适用于室内噪声分析。 可以运用有限元模拟各种声学介质，譬如流 体、穿孔板等。计算固有频率，声模态，计 算在频域、时域上的空腔的声模态和声振耦 合响应，并且考虑流体效应。
声学常用数值方法和 相关软件介绍
科学技术进步
计算机软硬件技 术的迅猛发展
数值模拟方法
理论分析
第三种科研手段
实验研究
数值方法广泛用于各种研究领域！
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声学领域中基于物理原理的数学模型包括: 有限元(FEA ) 边界元(BEA ) 声线法(RAY&BEAM TRACIN G) 统计能量分析(SEA ) 杂交方法 Hybrid Method
直接边界元法只适用于求解具有封闭曲面的
内部和外部问题, ຫໍສະໝຸດ 方程中的未知函数就是所求物理量在边界上 的值
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间接边界元法具有广泛的适用范围,
可用于开 口、闭口或相交的表面, 对于封闭的表面, 该 方法可同时解决内部和外部的问题 瑞利法是利用无限大障板上的活塞声辐射模 型, 该模型的物理意义最为直观, 它先将辐射 体表面离散, 每个单元被看成声辐射活塞, 设 法得到每个单元的振动速度, 并求出此活塞在 声场中任意一点产生的声压, 最后求出各个单 元的在这一点的声压总和
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边界元方法
边界元模型是一种将区域型问题转化为边界型
问题的方法 边界元一般先将区域表面分割为多个单元, 然 后求出各个单元的声压值和声压的法向导数值 根据求解区域的不同, 边界元模型分为直接边 界元(DBEA )、间接边界元( IBEA ) 和瑞利法 三种
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几何声学使用声线或声锥跟踪的方法计算声的传播 过程, 可用于封闭、半封闭或完全开放的空间 此方法假设空间每个具有确定功率的声源可向各个 方向或具有一定指向性地向外辐射声音 声源之间可以相关也可以不相关 从每个声源发出的声线或声锥在每个接触的壁面上 发生镜面反射, 其损失的声能量由每个表面的吸声 特性决定 通过每个声接收点的声接收情况, 可以求出该点处 随频率变化的稳态声压级 相关软件 LMS.RAYNOISE
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Structural FEM
The structural equation of motion is given by
K iω C ω M u F F
2 s p
where
[K] : [C] : [M] : [Fs] : [Fp] :
Structural stiffness matrix Damping matrix Mass matrix Forces applied to the structure Forces due to acoustic pressure
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使用有限元法的常用声学软件: LMS.SYSNOISE 结构有限元，声学有限元 及其耦合 ANSYS 声学模块 Fluid 系列声学单元 MSC.Actran 有限元方法和无限元方法 VA ONE.Rayon有限元方法
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有限元法和边界元法 基于波动方程 适用于中低频段 模态密度小
N&V Level
Low Freq. (<100 Hz)
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Frequency
High Freq. (>100 Hz)
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统计能量法 和 声线声锥法 统计能量法基于能量流法 声线声锥法基于几何声学 适用于中高频段 模态密度大
杂结构在外载荷作用下的响应 可以成功预测耦合结构元件和声学容积的噪 声和振级, 也能很好地解决声场与结构间的耦 合问题 对于受高频、宽频带随机激励的复杂结构动 力响应及其噪声辐射问题, 用统计能量法更为 有效
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使用SEA的常用声学软件: ESI.AUTOSEA ESI.VA ONE Cambridge Collaborative SEAM