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[综合讨论] 声学特性以及仿真可视化

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发表于 2020-12-25 13:38 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 为原始的渴望 于 2020-12-25 13:43 编辑

声波在流体中(比如空气/水中)表现为疏密波(纵波),在固体中表现为横波和纵波。

通用的,对波的描述可以参考下面的图示:其中A代表幅值,λ代表波长,一个周期时间T0的倒数f0代表波的频率。
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声音在介质中的传播速度c0=λ/T0,和介质的幅度/波长/频率无关,主要取决于介质本身的特性。
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声波在自由空气中的传播,以及遇到障碍物的情况
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声波在封闭管道的末端反射
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声波在封闭管道的末端反射和衍射
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声波在管径变化时的反射和传播特性
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点声源声传播随距离的衰减特性
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两个点声源发出的脉冲声波波阵面接触。仅在重叠区域混合干扰,但还是可以按相互独立再叠加计算。
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下图代表平面波在平面边界,以及弧度边界的反射。波峰显示为橙色,波谷显示为蓝色。
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射线垂直于波前,并从壁上镜面反射。局部镜面反射会导致光线以不同角度反射。

声波在经过凹面边界的反射和汇聚。
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长波(频率低)和短波(频率高)撞击具有小尺度粗糙度的表面。在表面相同的情况下,对短波的影响更大。即结构尺寸和波长相近时,会对声音传播造成影响。
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进行折射理论分析的惠更斯原理,对波动都适用。
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波从顶部往底部传播过程中的衍射,低频声音波长更长,衍射效应更明显。
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自由场中主动降噪的声场仿真。要找到传播路径中的关键点,比如在下图中的红点放置一个和衍射波反相的声源,左侧的声音衰减非常多。
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基于惠更斯原理进行波衍射的分析
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单极子声源和偶极子声源。在低频段,音箱接近单极子声源,扬声器单体接近偶极子声源。
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偶极子声源相当于两个反相的单极子声源叠加。
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留声机—>号角

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号角和点声源声场对比,简单理解可以认为号角将能量集中了。
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声场是具有互易性的,对比下图中A—>B和B—>A的响应是一样的。微小的差别只是数值计算误差。
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音箱外壳的目的是防止前后声短路
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障板也可以在一定程度上防止声短路
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超音速流动的尖嘴模型飞机产生的冲击波——实测
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仿真可以看到由于飞机运动速度比波前运动速度更快,局部产生了激波,从而使气动阻力剧增,出现“声障”。
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如果空气中的水分含量足够,当飞机速度快超过声速时,可以肉眼直接看到冲击波的形成。
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不同尺寸活塞声源,与波长λ比例关系,以及声场的分布情况
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在薄膜某个局部敲击,其波动传播的过程。
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扬声器的简化模型,驱动力-弹簧-振动质量-膜片面积辐射声波
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赫姆霍兹共鸣腔。可以等效为一个弹簧+管口声质量,当然还包括壁面粘滞摩擦损失造成的阻尼。
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开口音箱就是赫姆霍兹共鸣腔一个很好的应用,可以有效提升音箱的低频响应。
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另一个常见的应用就是利用赫姆霍兹共鸣腔来进行吸声,这是一部分声学超构材料的基本原理
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湍流噪声

卫星云图
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不同风速下的湍流
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空气分子被来回挤压,空气密度形成疏密变化,发出声波
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吹口哨
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膜片振动的模态
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膜片在高频的振动还是非常复杂的
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小提琴振动
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小提琴发出1415 Hz的声音时,琴体本身振动和空气中的声压分布
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人头在声场中对声场分布的改变:220Hz,600Hz,1400Hz
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多人在房间的时候对声场分布的影响,这块的研究目前还不够多。

声学还是有不少好玩的东西值得研究的。

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