شبیه سازی سطوح فشار صوت گذرا آکوستیک کامسول

شبیه سازی سطوح فشار صوت گذرا آکوستیک کامسول برای مشکلات آکوستیک گذرا، معیارهای مختلف سطح فشار صوت وجود دارد که در ادبیات و استانداردهای اندازه گیری تعریف شده است. دانستن این معیارها هنگام مقایسه نتایج یک شبیه‌سازی صوتی گذرا با اندازه‌گیری‌های یک صداسنج یا زمانی که سعی می‌کنید نتایج یک شبیه‌سازی گذرا را در مقیاس لگاریتمی آسان‌تر تفسیر کنید، مهم است. بیایید نگاهی به این معیارهای مختلف بیاندازیم، چه زمانی از آنها استفاده کنیم و چگونه می توان آنها را محاسبه کرد. مقاله قبلی در مورد شبیه سازی و توپولوژی مالتی فیزیک با کامسول است مطالعه بفرمایید.

تعریف سطح فشار صدا و شبیه سازی سطوح فشار صوت گذرا آکوستیک کامسول

برای نویز هارمونیک حالت پایدار، سطح فشار صوت () به صورت زیر تعریف می شود:
که در آن ریشه میانگین مربع فشار RMS و فشار مرجع است (به عنوان مثال، 20 برای هوا، همچنین یک مقدار RMS). برای تحریک هارمونیک با دامنه پیچیده:
جایی که نشان دهنده مزدوج پیچیده است. بنابراین، برای نویز حالت پایدار به خوبی تعریف شده است و عبارات نشان داده شده در اینجا را می توان برای محاسبات در نرم افزار COMSOL Multiphysics با استفاده از واسط فشار آکوستیک، دامنه فرکانس استفاده کرد. چندین متغیر برای تجزیه و تحلیل نتایج آسان ساخته شده است. برای آموزش های بیشتر به بخش آموزش comsol مراجعه بفرمایید.

برای نویز گذرا، فشار RMS در کل بازه زمانی () را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
از آنجایی که این عبارت در کل بازه میانگین است، برای مقایسه سطوحی که به عنوان تابعی از زمان در طول بازه تغییر می کنند مفید نیست. برای این منظور می توان معیارهای اضافی را تحلیل کرد. در این پست وبلاگ به موارد زیر می پردازیم:
محاسبه فشار وزنی فرکانس برای یک سیگنال گذرا با استفاده از قابلیت تابع پنجره در مطالعه فرکانس به زمان FFT
محاسبه زمان وزن سطح صدا با استفاده از کانولوشن در حوزه زمان
محاسبه زمان متوسط ​​سطح صدا در یک دوره زمانی تعریف شده توسط کاربر
با استفاده از یک جارو پارامتریک
وزن دهی فرکانس
گوش انسان سطح صدای همه فرکانس ها را به یک اندازه درک نمی کند. به عنوان مثال، گوش به 1000 تن بسیار حساس تر از 100 تن است. برای محاسبه ریاضی این حساسیت هنگام تجزیه و تحلیل اندازه‌گیری‌های صدا، A-weighting به عنوان بخشی از IEC 61672-1:2013 معرفی شد. این تابعی است که نویز مورد تجزیه و تحلیل شما را برای جبران فرکانس تنظیم می کند.
سایر توابع وزن دهی عبارتند از:
C-weighting: منظور این است که پاسخ غیرخطی گوش را به تصویر بکشد، مانند تغییرات در وابستگی به فرکانس برای سطوح صدای بالا.
Z-weighting: این یک پاسخ مسطح است که برای نشان دادن وزن صفر استفاده می شود.
این سه تابع (وزن A-، C- و Z) در یک محدوده فرکانس معمولی در نمودار زیر نشان داده شده است:
انتخاب تابع وزن دهی تا حد زیادی به کاربرد بستگی دارد. به عنوان مثال، در ایالات متحده، اداره ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA)، آژانس حفاظت از محیط زیست، و موسسه ملی ایمنی و سلامت مشاغل (NIOSH) همگی از معیارهای وزن A برای محدودیت های نویز شغلی و محیطی استفاده می کنند.
تابع افزایش وزن A به صورت زیر است:

در اینجا، فرکانس و ثابت ها،،، و. تابع به گونه ای تعریف شده است که 0 بهره در 1000 داشته باشد. بعداً این تابع را با استفاده از پارامترها و یک تابع تحلیلی پیاده سازی خواهیم کرد.
توجه داشته باشید که انواع مختلف وزن دهی در طرح Octave Band تعبیه شده است. این نمودار برای پس پردازش تمام داده های حوزه فرکانس مفید است. نکته: می‌توانید در پست وبلاگ ما «نقشه باند اکتاو برای شبیه‌سازی آکوستیک»، مقدمه‌ای جامع برای این طرح دریافت کنید.
سطح صدا با وزن زمان
A-weighted وابسته به زمان را در نظر بگیرید. همین الان میتونید برای آموزش کامسول اقدام کنید.

فشار . می توان سطح فشار صدای لحظه ای را به روش زیر تعریف کرد:
با این حال، برخی از مسائل در این مورد وجود دارد. اول، وقتی = 0، عملیات حاصل شامل گرفتن لگاریتم 0 است، بنابراین تعریف نشده است. موضوع دوم و کاربردی تر به زمانی برمی گردد که برای اولین بار از سطح سنج صدا استفاده شد. همانطور که در 3 تصویر کنار هم در زیر نشان داده شده است، یک نشانگر سوزنی برای نشان دادن سیگنال تغییر بالا و پایین حرکت می کند. فقط، اگر با توجه به تعریف سطح فشار صدای لحظه ای به این موضوع نگاه کنیم، یک مشکل وجود خواهد داشت: سوزن آنقدر سریع به جلو و عقب حرکت می کند که دیدن خواندن در هر لحظه برای اپراتور بسیار دشوار خواهد بود. .

برای غلبه بر این موضوع، مفهوم سطح صدای با وزن زمان معرفی شد. تعریف این است:
در این عبارت، ثابت زمانی است و یک متغیر میانی است که برای ادغام استفاده می شود. این پارامتر برای وزن دهی آهسته زمان 1 ثانیه و برای وزن دهی سریع 0.125 ثانیه تعریف شده است. سطح سنج های صوتی ساخته شده با این مشخصات دارای انتخاب های آهسته و سریع وزن زمان در دسترس کاربر هستند.
فشار وزنی زمان برابر است با:
بیایید این عبارت را بشکنیم. تابع کانولوشنی از تابع فشار مربع و یک نمایی است
عملکرد پوسیدگی کانولوشن یک عملیات ریاضی بین دو تابع است که در آن آنها ضرب و ادغام می شوند. در طول این فرآیند، یکی از توابع برگردانده می شود و به صورت تدریجی در امتداد یک محور میانی جابجا می شود، در این مورد. فرض کنید برای وزن‌دهی سریع زمان با a استفاده می‌کنیم