Я являюсь клиентом Acoustic Group, закупающим у дилера AG материалы для текущего проекта. К сожалению, заказать у AG весь проект я не могу.
Акустические конструкции в моем рабочем проекте базируются на альбомах АИР, Гипрок и Кнауф. В ходе применения их к конкретным условиям возникают вопросы, потребность в модификациях и в узлах, аналогов которых в альбоме нет. Необходимы расчеты и испытания. У меня нет возможности провести реальные натурные эксперименты, единственное что я могу - провести моделирование. Инженерными пакетами я достаточно владею, а вот опыта в FEA у меня практически нет. Для изысканий я выбрал COMSOL т.к. в нем есть встроенный модуль акустики. Теоретическая литература, в том числе рекомендованная на этом форуме, читана (хотя местами по-диагонали), мануалы Комсола читаны, интернет копан.
Вообще, мысль моделировать акустику ни разу не новая. В статье Акустических систем вообще показывается что аналитические расчеты по СНиП мягко говоря далеки от реальности, а FEA-моделирование (тоже в Комсоле) - очень даже близко к натурным результатам. Судя по скриншоту модели реверберационной камеры, у ребят из Акустических систем или очень много узлов в кластере или очень много свободного времени - такая модель должна обсчитываться безумно долго
Поэтому я, так же как J.Ratnieks в своей статье на сайте Комсола, решил обойтись двумерной моделью. Увы, лыжи не поехали Нужна помощь. Итак, рассказываю.Я сделал много моделей камер (ниже привожу 3 из них): в нескольких я пытался построить модель камеры (как Ratnieks, вот эти ребята и пр.), в других - наоборот сделать максимально абстрактную модель, как комсоловцы в примере звукопоглощающего мата. Для верификации я взял несколько кривых Rw монолитных перегородок: две бетонные стены 200 и 250мм из буклетов acoustic.ua, “тяжелую стену” из ГОСТ 10140-5, газобетонную стену D600 150мм из статьи Акустических систем и еще парочку.
Звукоизоляцию (transmission loss) я рассчитываю двумя способами:
- по ГОСТ, усредняя показатели микрофонов в КНУ и КВУ и вычисляя разницу: TL=20*log10(abs(Pкву)/abs(Pкну)). усредненные показания я пробовал получать двумя способами: как Ratnieks по некоей области (окружности “подвижного микрофона”, набору точек “раздедльных микрофонов”) так и просто - усреднением по всему объему камеры.
- сравнивая мощности, падающие (incident) и излучаемые (radiated) на поверхности перегородки: TL=10*log10(abs(Pinc)^2/abs(Prad)^2). Аналогично по мощности считают вот в этой статье Y Hu.
- несколькими точечными всенаправленными источниками
- “стеной диффузоров” напротив образца
Во всех случаях я получаю кривую звукоизоляции примерно того же характера как референсная, но выше на 25-35дБ
Во всех моделях далее тестируется бетонная стена 200мм. Бетон 1800-2400кг/м³ (кривая Rw вверх-вниз при сохранении формы), Юнг=15-30ГПа (сдвиг влево-вправо резонансных провалов), Пуассон 0.15-0.33 (глубина провалов, по ГОСТ Пуассон бетона равен 0.2 в Комсоле по-дефолту - 0.33). Физика стены Elastic Waves, Linear Elastic Material, торцы образца не закреплены (вот тут хорошая статья Christoffer Janco по влиянию торцов, но мне это пока не актуально). Физика камер - Pressure Acoustics, Frequency Domain (acpr), материал - встроенный комсоловский Air.
Модель 1, “типа настоящая камера”
Размеры КВУ 5×5м, КНУ примерно 4×4м, ширина стены 3м.; Излучатели - точечные Point Source (стоят относительно как-попало, ордунг из ГОСТ/ИСО скорее соблюден не очень), выходное давление 1Pa. Стены тестировались двух типов: Hard Wall (идеальное отражение) и с Acoustic Impedance (несколько вариантов значений). При идеальном отражении график обрастает резкими пиками провалов, при повышении импеданса расколбас сглаживается.
Синие точки - позиции динамиков.
Меш. Максимальный размер 0.2м достаточен в низких и средних частотах. Для точности на высоких Комсол рекомендует значение 340/maxFreq/5, но мне пока не актуально (я и на средних вижу что результат не тот, а скорость расчета меняется в квадрате).
Диффузность поля. 100, 250, 500, 1000, 2000, 3000Гц. Слева - давление (total acoustic pressure, Pa), справа - громкость (sound pressure level, dB).
Поле выглядит вполне диффузным.
Колебание стены при 500Гц. Масштаб деформаций завышен не несколько порядков для наглядности.
Средние уровни звука (дБ) в КВУ (вверху) и КНУ (внизу). Сплошными линиями показано значение, посчитанное по формуле SPL=20*log10(abs(P)/20e-6), пунктир - встроенный в Комсол показатель acpr.Lp, который считается как root mean square от вектора давления P в точке. Чего делать с тем, что они показывают разное - я пока не знаю. Поскольку при делении значений высокого уровня на низкий в обоих случаях результаты практически идентичны - пока решил ничего не делать
Собственно, гвоздь программы: кривая TL, по форме повторяющая референсную, но на 25-35дБ выше. Сплошным цветом - посчитанная как отношение средних давлений в КВУ и КНУ, пунктиром - отношение падающей и излучаемой перегородкой мощностей.
Модель 2, “труба с затычкой”
КВУ 3×3м, КНУ 3×3м, стена 3м. Излучатели - точечные Point Source, стоят скорее не по-ордунгу, выходное давление 1Pa. Стены с акустическим импедансом.
Меш. Ничего интересного.
Диффузность поля. 100,250,500,1000,2000,3000Гц, слева - давление, справа - громкость.
Уровни шума в КВУ и КНУ:
Показаны расчеты с несколькими мпедансами стен.
Кривые шумоизоляции, несколько вариантов импеданса стен:
Импеданс влияет на низких и средних частотах, на высоких почти не. Звукоизоляция при одином из вариантов импеданса:
Кривая в общем не особо отличается от варианта 1, “типа настоящей комнаты”. Так же туда же завышена, стабильный результат. Сплошной линией - отношение средних давлений в КВУ/КНУ, пунктиром - отношение падающей/излучаемой энергии на поверхностях перегородки.
Модель 3, “бесконечная [s]сферическая[/s] плита в [s]вакууме[/s]воздухе с диффузорами”
КВУ 6×6м, КНУ 6×5м, стена 6м; весь бутерброд бесконечно продолжается в обе стороны - Periodic Boundary Condition. Верхний край КВУ обкусан окружностями диаметром 250мм, дуги - Plane Wave Radiation / Incident Pressure Field, выходное давление 1Pa, образуют вполне себе диффузное поле. Нижняя сторона КНУ открытая - Plane Wave Radiation, отражений не дает.
Синим отмечены Plane Wave Radiation - зоны “отверстий” без отражения, верхняя зубчатая - “стена диффузоров”, Incident Pressure Field, выдающая 1Pa.
В этой модели я помимо отношений падающей/излученной мощности на стене TL=10*log10(abs(Pinc)^2/abs(Prad)^2) проверил еще и отношение давлений на диффузорах и “дырке” в КНУ (т.е. между вот этими синими линиями) - кривая практически та же, что при делении давлений на поверхностях стены.
Меш:
Крупно диффузоры:
Диффузное поле (100,250,500,1000,2000,3000Гц, слева - давление, справа - громкость):
Видно что по горизонтали картинки “заворачиваются” - модель периодически-бесконечна. Долго рассматривал регулярную систему волн в КНУ на 500Гц. Хм.
Деформация бесконечной стены на частоте 500Гц:
Шум в КНУ и КВУ:
Сплошным - 20*log10(abs(P)/20e-6), пунктиром - комсоловский 20*log10(rms(P)/20e-6).
Собссно, звукоизоляция:
Ничего нового, неизменно-стабильный неправильный результат. Сплошным - отношение средних давлений, пунктиром - падающей и излучаемой энергий на сторонах стены.
Помимо бетонной стены я тестил газобетон (D500÷D700, Юнг=1.1÷3ГПа, Пуассон 0.15÷0.3), бетон 250мм и еще парочку вариантов.
Выводы:
Я добился численно-стабильного отлично повторяемого результата. Результат неправильный
Кривая Rw стабильно выше референсной на 25-35дБ.Чтение мануалов и статей мне не помогает. В точности повторить модели из статей я не могу, т.к. они описаны поверхностно, а когда я делаю “по мотивам”, то получаю то, что получаю. Need help. Вполне допускаю что ошибка у меня тривиальна и постыдна
Модели могу выложить. Так же могу выложить комсоловкий report, где он пространно излагает все содержимое модели, включая физические формулы, которые стоят за моделью. Очень длинно, но небезынтересно.