如何使用聲學模擬改善產品聲音

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發佈日期 2020-06-23


如何使用聲學模擬改善產品聲音

工程師往往會花費大量時間來調整和模擬設計,來優化其外觀、感覺和性能。但是,他們不應在開發週期的後期解決它們,而低估其產品發出的聲音。

工程師可以設計出世界上最好的洗碗機。但是,如果它太大聲或太安靜,人們可能會認為它無法正常工作。

聲音給產品帶來的感知質量也可以是正面的。我們所有人都在等待烤麵包機的響聲、安全帶的卡扣或連接器的卡嗒聲。實際上,這些聲音是如此令人滿意,以至於在廣告中很常聽到這些聲音。

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另一方面,不良聲音可能會對產品造成災難性影響。想像一下吊扇可以在幾秒鐘內冷卻房間,但聽起來像是直升機—就沒有人會買了。

由於聲音會影響產品的銷售,因此如果工程團隊使用傳統的方法等到物理原型首次收聽其設計時,可能會出現問題。在開發週期的這個階段,解決該問題可能太昂貴。

如果在開發的設計階段只能聽產品的聲音怎麼辦?是的,您可以使用聲學模擬。


聲學模擬背後的科學

在深入探討如何收聽模擬之前,讓我們討論一下這些聲音的來源。

包含振動部件、撞擊部件、流體流動和電磁場的產品都可以透過使周圍的空氣或介質振動來產生聲音。因此,要模擬產品產生的噪音,必須首先模擬其功能。

例如,要模擬汽車內的聲音,必須對掠過它的風和動力總成的振動聲行為進行建模。對於安靜的電動汽車(EV)來說,即使是空調系統的聲音也很重要。

對產品操作進行建模後,就可以識別並研究所有這些噪聲的聲音水平和質量。可以以分貝為單位來計算級別,分貝是衡量其壓力、功率和強度的聲音單位。

但是,評估聲音質量比較困難和主觀。響度、清晰度、粗糙度、音調和波動強度等心理聲學指標可以估計聲音感知。但是,為了獲得準確的聲音質量評級,工程師需要與一群人進行聽力測試並進行統計分析。由於音質是主觀的,因此判斷音質的最佳方法是讓測試中的每個人都聽。

這就是聲學模擬如此重要的原因:它們可以幫助設計產品的功能方面以及其聲音。


如何聽聲學模擬

假設您要評估電動汽車的噪音。動力總成中影響產品聲音的主要部件是電動機和變速箱。因此,要評估聲音,您首先要使用模擬這些系統的多物理場工作流程。

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當使用Ansys Motion模擬變速箱運動時,可以使用Ansys Maxwell和Ansys Mechanical模擬電機電磁。然後可以將這些模型中的信息發送到Ansys VRXPERIENCE Sound,以便工程師可以收聽產品。從那裡,他們使用這些模擬來調整設計的性能和聲音。

隨著工程師對設計的更多了解,他們可以擴展模擬來挖掘電動機本身的聲源。這種多物理場工作流程可能包括靜載荷、電磁力、振動分析和聲噪聲輻射的結構分析。

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工程師還能模擬什麼聲音?

電機和車輛的聲音並不是工程師需要優化的唯一噪聲。因此,Ansys提供了多物理場模擬工作流程,可用於對各種產品的噪聲進行建模。

例如,可以使用Ansys Fluent模擬風扇、壓縮機、泵和鼓風機。CFD軟體可用於執行考慮葉片性能和亂流的航空聲學模擬。然後可以將這些數據傳遞到VRXPERIENCE聲音中,以獲取3D聲音渲染,以供人們收聽。然後,工程師可以基於此虛擬模型評估和優化聲音質量。

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許多旋轉機器需要遵守航空聲學標準。借助聲學模擬,工程師可以採用一種經濟高效的方式來產生設計噪聲並確保其合適。

設計消費品的聲音與為工業產品設計聲音一樣重要。例如,沒有人想要一個沉默的高爾夫俱樂部。如果他們碰到污垢,他們希望獲得令人滿意的擊球效果而不會發出砰的一聲。

因此,根據上下文,撞擊聲既可以是期望的,也可以是不期望的。透過模擬產品,工程師可以將不良聲音降至最低,並增強他們想要修飾的聲音。

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對於高爾夫球桿,聲音將取決於撞擊的速度和形狀。但這也取決於撞擊物體的材質和它們所處的介質。這可能是對物理測試和手動設計的挑戰,但是藉助Ansys LS-DYNA和VRXPERIENCE Sound,工程師可以確保高爾夫球桿具有良好的性能,當它接觸到球時會啪的一聲,而當它撞到地面時幾乎無聲。


(資料來源:https://www.ansys.com/blog/product-sounds-acoustic-simulations

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