比如：汽车和轨道车辆中的降噪、机器设备中噪音的肃清、建筑声学、声纳水下设备；助听器、扬声器、消声器的设计、物理勘探等等都在运用声学仿真进行工程辅导，和设计验证优化。
本文就ANSYS声学剖析的基本功能进行大略先容，使大家能够对ANSYS声学的基本功能和特点有所理解。
一、声学有限元剖析理论
ANSYS声学剖析的理论根本是亥姆霍兹方程，亥姆霍兹方程假设了压力，密度颠簸非常小，并忽略了二次高阶项，因此也叫做线性颠簸方程。根据亥姆霍兹方程（线性颠簸方程）在声学（流体）领域建模：
在这根本上引入了空间非均质介质材料，质量源项，方程变为以下形式：
进一步整理可以得到矩阵形式如下：
这与构造剖析的基本方程非常类似，因此可在频域上用特色值求解器求解。
二、ANSYS声学剖析功能
ANSYS声学剖析功能从R14.0版本开始开拓，目前历经多个版本声学仿真功能已逐渐完善。
ANSYS声学剖析功能紧张分为三部分：
1、压力声学
ANSYS压力声学以亥姆霍茨方程和颠簸方程（均匀流）为理论根本，用于剖析声波的传播、振荡、散射、辐射。紧张运用在消音器、扬声器、隔声、汽车降噪、声纳和水下声学。
2、热黏声学
ANSYS热黏声学以完备线性NS方程为理论根本，用于剖析热黏声音丢失。紧张运用在迷你麦克风, 助听器设备等。
3、室内声学
ANSYS室内声学以声能扩散方程为理论根本，用于剖析室内声场分布。紧张运用在建筑声学、房间声学设计、音乐厅等。
在ANSYS中进行声学剖析可以通过三种办法：经典ANSYS、Workbench和ACT插件。个中在ANSYS Workbench中直接进行声学剖析是操作最大略方便的剖析办法，其用户界面友好，前后处理器更稳健，同时也支持插入APDL命令流。ANSYS Workbench中的声学剖析系统如下图所示。本文的声学剖析功能仅基于ANSYS Workbench中的声学剖析功能展开。
ANSYS Workbench的声学剖析模块，支持仅打算纯声场或构造-声学耦合场。在剖析系统的属性窗口中可以选择物理域，对付构造-声学耦合场剖析，ANSYS能够自动探测出声学域，并进行FSI打仗设置如下图所示。
1、声学模态剖析
声学模态剖析中供应了以下的声学边界条件，包括：压力、表面阻抗边界、波接管边界、表面辐射边界、波接管单元、自由液面。供应的声学载荷，包括：温度、阻抗层、静压力。
模态剖析支持的载荷 模态剖析支持的边界条件
对付构造-声学耦合场剖析，可以对剖析系统右键插入Create Automatic>FSI，实现自动识别并创建FSI。
声学模态剖析中导入后的模型可以通过Physical Region工具定义模型树中的体是属于声学域还是构造域。对付声学域，可以利用额外的高等设置，用于指定声学域的物理属性。
当剖析模型中不存在构造域时（纯声场剖析时），可采取Block Lanczos法, 子空间法以及完备阻尼法特色求解器进行求解。当模型中存在构造域，必须利用非对称法或完备阻尼法特色值求解器进行求解。
2、声学谐相应剖析
声学谐相应剖析支持的声学勉励，包括：质量源、表面速率、入射波源、管道端口、漫射声场。能够支持的声学载荷包括：温度、阻抗层以及静压。支持的声学边界条件包括：压力，阻抗边界，接管表面，辐射边界，接管单元，自由液面，热-粘性BLI边界，刚性墙，对称面，端口以及远场辐射面、转移导纳矩阵。如下图所示。
声学谐相应剖析后处理结果可以通过两种获取办法：一种是在求解域内，基于有限元模型，可以查看声压和声压级、倍频程带声压级、粒子速率、温度、能量密度、振动表面的法向速率等云图；另一种是在求解域外，基于等效源理论，采取远场结果显示。
远场结果可以得到球面上的压强，相位，SPL和dBA、辐射声功率和声功率级、声源指向性与目标强度(TS)、远场麦克风、构造声等效辐射功率(ERP)、ERP和声功率级等。其余还能得到一些衍天生果如通报损耗，接管系数，回波损耗。
声学谐相应剖析支持的后处理结果
压力云图结果
声压级远场结果图
通报损耗结果曲线
3、 振动噪声耦合剖析
纯声场的仿真仿照时常无法知足仿真需求，ANSYS支持完备耦合和单向耦合的振动噪声剖析。单向构造声学耦合求解效率更高，但是声学在构造上的影响被忽略。
在单向构造声学耦合中，构造剖析求解的结果被作为声学的勉励源。可以通过Workbench项目事理图连接的办法或外部数据External Data来实现单向构造-声学耦合剖析。这两种办法构造和声学网格都无需担保同等。如下图所示。
振动声学耦合剖析中声学压力会浸染在构造上，而声学压力所引起的构造振动，又可以作为一个勉励，反浸染于流场。如果须要考虑流体域与构造域的相互浸染，那么必须考虑完备耦合的振动噪声剖析。
三、声学剖析案例
本案例为一个简化的扬声器纯声学模型，如下图所示，扬声器和板在打算中将被抑制，仅用于赞助创建流体域。这次剖析目的是打算扬声器受勉励后引起的打算域内外的声压级。下面先容该声学剖析案例的基本流程和一些关键设置。
1、创建几何流体域
基于扬声器和板的构造模型，在Space Claim中创建一个流体域和一个PML边界层域。如下图所示。PML边界层用于在无限大的空气流体域中截取一个有限空气域，假设输出波向这个域外传播没有任何反射。
2、设置声学域
设置里面的流体域为声学域，如下图所示。设置外层的PML边界层的物理属性为声学域，并设置其人工匹配层为PML。
声学域设置
PML层设置
3、施加声学勉励
在扬声器面上施加声学勉励，施加质量源勉励大小为0.01kg/mm2，如下图所示。
声学勉励设置
4、单元哀求及求解设置
对付声学域的网格划分推举每个波长内至少6个高阶单元或12个低阶单元，而PML层的厚度至少为四分之一波长，并且在一个模型中不要稠浊利用高阶单元和低阶单元。
设置这次剖析的求解频率范围为0到3000Hz。选择模型所有面，设置所有面单元大小为0.01m。在求解频率范围内，该单元大小知足声学求解哀求。
5、打算及结果后处理
查看球半径为1m处的远场声压级，得到远场声压级图，如下图所示。
采取切面Section plane查看模型内部的压力分布及声压级分布，得到3000Hz时全体模型的声压分布云图和声压级分布云图如下图所示。
声压分布云图（3000Hz）
声压级分布云图（3000Hz）
四、总结
ANSYS Acoustic具有强大的声学有限元求解器，能够供应完备的声学单元库和繁芜声学材料模型，支持单向振动-声学耦合剖析，也可以对振动声学完成耦合模型供应耦合的声-构造交界面。并且能够兼容高性能打算，支持多物理域运用，可以进行多物理场耦合声学打算。
Workbench中的声学剖析系统中已经内置一些声学勉励、边界条件以及声学后处理工具，其用户界面友好，操作大略方便，同时支持APDL命令流插入，可以作为用户首选的声学仿真剖析工具。
2019年5月16日（周三）19点，仿真秀平台、西莫电机论坛和安世亚太构造工程师付亚兰讲师联合制作的佳构课程《ANSYS Acoustics声学剖析6讲-拥有独立建立声学模型和仿真剖析能力》首播，首播期间，讲师会为所有听众供应15-30分钟在线免费答疑，希望和大家一起学习Acoustics声学仿真剖析技能，以下是全体课程的排期表，以实际播放为准。
课程亮点（用户得到）：
① 学习Acoustics声学模块功能，节制声学基本操作、设置和运用流程;
② 节制声学模型建模中的哀求和网格划分中所用标准;
③ 办理学员在ANSYS Acoustics软件运用过程中碰着的难点和痛点;
④ 办理学员在声学仿真剖析建模过程中所碰着的难点问题，能够具备独立建立声学模型的能力；
作者：付亚兰 安世亚太构造工程师 仿真秀科普作者
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