音響シミュレーション

音響シミュレーションには、標準的な有限要素 (FE) モデリング機能を超える特殊な機能が必要です。多くの場合、空気量や音圧を測定する領域などをモデル化する必要があります。Simcenterは、サーフェス・ラッピング、凸型メッシュ、メッシュの厚み増加、混合 (六面体・四面体) メッシュを作成する機能など、必要とされる高度な機能を提供し、従来のプリプロセッサーよりも音響メッシュ生成プロセスを高速化するために役立ちます。構造と流体の両方に対応するさまざまな材料モデルに加えて、さまざまな構造条件、音響境界条件、荷重を利用できるため、解析を効率的に設定できます。

音響解析のための有限要素法 (FEM) は、車内の音響シミュレーションに最適です。FEM音響は解法速度の観点で非常に効率的であるのに加えて、構造モードと防音材料を考慮した振動と音響の連成解析が可能です。FEM音響は、車外の音響問題の解決にも役立ち、パワートレイン内の吸気システム、ギアボックス、電気駆動ユニット全体の騒音放射解析に活用されています。

外部音響問題によく使用される境界要素法 (BEM) は、FEM手法でのモデリングが難しい非常に複雑なジオメトリが関係する問題に適しています。BEMを使用すると、ジオメトリ外側の表面メッシュ以外は不要になるため、外部放射音のシミュレーションを簡素化できます。これにより、モデリング・プロセスが簡単になるほか、シミュレーション・モデル内の自由度が小さくなるため、解析が容易になります。

流体から生じる空力音響騒音は、車両やその他の製品の音響特性の重要な構成要素です。騒音発生メカニズムの予測と理解、音源の特定、伝送路の特定、システム音響応答の予測は、音響設計を成功させる鍵です。Simcenterを使用すると、騒音予測を総合的に理解し、効果的な設計対策を立てることができます。これにより、製品が最適な音質を維持し、市場での競争力を維持することができます。

例えば、暖房、換気、空調 (HVAC) や環境制御システム (ECS) のダクト、電車のボギーとパンタグラフ、冷却ファン、船や航空機のプロペラなどからの騒音です。

騒音を放射する乱流に近い空力音響源をCFDソリューションによって計算し、外部環境または内部環境での音響応答を計算します。空力振動音響の用途では、乱流が発生して空力圧力と空力音響圧力の両方をもたらし、構造物が振動によって応答する可能性があります。この振動により、音響波が周囲の空気に放射されます。例えば、自動車や航空機の窓や構造体にかかる風荷重によって生じる客室騒音を予測することが可能です。これらの解析開始時の圧力荷重は、CFDソリューションまたはソフトウェアに含まれる一連のいわゆる乱流境界層モデルから取得できます。

When the acoustics problems you need to solve involve very large geometries or very high frequencies, then FEM and BEM solutions become too expensive to solve.

Ray Acoustics is used to predict acoustic responses up to very high frequencies and for very large geometries, in both enclosed and unbounded domains. Unlike FEM or BEM acoustic solvers, ray acoustics exploits the fact that at high Helmholtz numbers, sound propagation can be simulated by ray tracing (a technique also used to simulate high frequency electromagnetics and lighting). Therefore it only requires the mesh to correctly represent the topology of the product and not a fine discretization of the domain. As a result, the solution is not bounded by an upper frequency limit or the model size and solving is done orders of magnitude faster as compared to FEM or BEM solutions.

How can you tell what your product really sounds like by looking at charts and graphs from your simulation? You can't. But Simcenter gives you the ability to listen to your product before you build it.

Acoustics auralization immerses you into a virtual acoustic environment where you can
evaluate the acoustic performance of your designs by listening to simulation results rather than only looking at plots and curves. You can create listening scenarios based on simulated or externally recorded sources and simulated transfer functions obtained from either FEM, BEM or ray acoustics solutions. With acoustics auralization, you can visualize the resulting time data, listen to the scenario and make changes to the individual tracks to improve the sound quality of your product. You can additionally quantitatively evaluate the sound quality based on dedicated loudness and sharpness metrics.