由于人耳能够分辨非常宽的声压数量级范围，因此定义了声压级（SPL）来评估声信号的强度。这个数量是以dB（分贝）为单位测量的，这就是为什么你在购买吸尘器等产品时经常会遇到dB数字。换句话说，声音越大（或振幅越大），dB值就越高。
除了振幅，声音的另一个基本特征是频率，以赫兹（Hz）为单位进行测量。频率量化了一秒钟内的振荡次数，或声音的高音或低音。
但这并不是全部……随着我们对声学世界的深入研究，还有一些事情需要考虑。
一般来说，听觉仅限于16Hz到20000Hz之间的特定频率范围。在1500Hz以下，两只耳朵的信号存在时间延迟。根据入射方向，声音以不同长度的路径传播到每只耳朵。这导致两只耳朵处的信号存在相位差。在1500Hz以上，头部会产生屏蔽效应，从而产生“阴影”。耳道形成单侧开放管，这种生理环境导致人类在3000Hz至4500Hz频率范围内的听力敏感性增强。
此时，您可能会想知道——为什么所有这些对工程师来说都很重要？
为了应对气动声学工程，仿真已被证明是一种可行的工具。与每种模拟技术一样，气动声学模拟也具有减少复杂和昂贵的实验以及试错法的好处。如果做得对，气动声学模拟因此有可能预测（嘈杂）产品的气动声学行为，进行虚拟设计探索研究，并为许多应用找到更好（更安静、更令人愉悦）的声学解决方案。
然而，正如引言所指出的那样，气动声学是一门困难的学科，因此工程师需要一种能够模拟高动态压力波复杂性的仿真工具。
对于气动声学工程来说，精确预测时间分辨湍流流体动力学是一个先决条件。最重要的是模拟气动声波传播，以高精度预测振幅和频率。因此，模拟气动声学问题需要在湍流流场预测的基础上建立非常具体的模型。而且，在能够足够准确地捕捉这些物理现象的同时，这些模拟工具需要足够快，这样工程师才能真正利用它们找到更好的声学解决方案。
现在，作为一种多物理场计算流体动力学CFD软件工具，Simcenter STAR-CCM+提供了这种解决方案，使工程师能够快速准确地运行高保真气动声学模拟。多年来，Simcenter STAR-CCM+用于气动声学模拟的广度和保真度取得了重大进展，特别是分别于2021.3和2022.1发布的Lighthill和Perturbed Convective Wave模型。同时，Simcenter STAR-CCM+能够解决广泛的声学应用，同时将计算时间保持在令人印象深刻的低水平。
Simcenter STAR-CCM+能够模拟流体流中声音的产生和传播，这要归功于其声学模型，每个模型都适用于不同的情况，以适应大多数应用。为了给你一个想法，我们将尝试重点介绍3个例子，这些例子代表了你现在可以处理的一些最受欢迎的模拟：
无论是在你的车里、笔记本电脑里还是吸尘器里，为了让我们的设备更安静，模拟风扇噪音正变得越来越流行。风扇的高速旋转给气动声学模拟带来了额外的挑战。Simcenter STAR-CCM+提供了一个出色的解决方案，使各行各业的工程师能够评估风扇噪音。
通常对于旋转风扇，在模拟风扇噪声时有两个感兴趣的来源：音调噪声和宽带噪声。
音调噪声是由于风扇叶片上的不稳定负载造成的，在声压级图上显示为明显的峰值。宽带噪声是由随机非定常风扇叶片载荷引起的，适用于整个频谱。下图显示了Simcenter STAR-CCM+中的气动声学模拟如何捕捉到这些固有的不同类型的声音：
您可以使用新的混合模型，即Perturbed Convective Wave模型，将其作为不可压缩流模拟运行。
将预测的声学近场与Ffowcs-Willams-Hockings类比（FW-H）相结合，也将使您有机会获得远场噪声预测。FW-H模型是一种气动声学类比，在Simcenter STAR-CCM+和Simcenter 3D中都有。该模型计算从CFD解的近场流数据辐射的远场声音信号。这是一种廉价的方法，可以从可渗透或不可渗透的声源表面预测指定FW-H接收器上的远场噪声。如果安装效应对声音传输的影响可以忽略不计，Simcenter STAR-CCM+可以作为气动声学模拟的独立产品使用。
但你可以用Simcenter做更多的事情：Simcenter STAR-CCM+的瞬态预测可以很容易地与Simcenter 3D结合。这使您能够有效地考虑安装效果和远场散射。
上述示例摘自2022年DAGA会议的一篇论文，该论文概述了EAA轴流风机的Simcenter STAR-CCM+数值方法和实验验证。
供暖、通风和空调（HVAC）系统是驾驶室中非常常见的噪声源，随着车辆变得越来越安静，其相关性也越来越大。
来自暖通空调管道的气动声学问题可以用Lighthill Wave模型（我们新发布的混合模型之一）来解决，该模型特别适合模拟低马赫数不可压缩流体的远场噪声。
Lighthill Wave模型是气动声学仿真的混合模型之一，随着Simcenter STAR-CCM+2210的发布，该模型已移植到GPU。我们在一个由大约760万个单元组成的简单弯管模型上进行了尝试，在一个GPU卡上运行需要9个多小时，而在240个CPU上运行需要10.6个小时（等效计算为1 A100=276个CPU）。
在评估任何车辆的后视镜设计时，侧镜噪声都是一个需要考虑的重要方面。任何小的脊或错误的挡板角度，你都可能会发现自己在前排座椅上不断发出令人不快的噪音。如果你只是在城里开车，可能没问题，但当你走上高速公路时，你很快就会意识到。
我们的汽车应用专家为侧镜噪声气动声学模拟开发了一个很好的模板，使客户能够快速落地，同时大大减少了设置错误。
要学习的东西太多，可能性也太多，如果这不是你通常的工作领域，那么开始进行气动声学模拟可能会让人望而生畏。
希望这篇简短的介绍是进入气动声学世界的良好第一步，请记住，这只是Simcenter提供的功能的一小部分。得益于Simcenter Testlab、Simcenter STAR-CCM+和Simcenter 3D，我们涵盖了从测试到气动声学模拟和验证的全谱声学分析。
所有这一切都有一个目标：为工程师提供工具，让我们周围的声学世界变得更好。
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