變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran

Actran 擁有強大的聲學數值計算能力，能夠幫助工程師有效降低噪音並提升產品的聲學品質，無論是動力總成的噪音問題，還是聲音在座艙與機身內的傳遞分析。除了降低噪音，還能幫助工程師優化產品的聲音設計，電話、洗衣機、攝相機...等

變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran 向大家介紹如何使用Actran完成變速箱在自由聲場中的聲音輻射。我們將從基礎開始，講解如何建立一個完整的 Actran 模型，並利用現有的振動結構數據進行聲學模擬與分析。同時，介紹 BC Mesh 邊界條件，讓用戶們熟悉如何正確設定邊界條件，以確保計算結果的準確性。透過此範例練習，可以輕鬆簡單的掌握 Actran 在聲學工程領域的應用，並提升對結構振動與聲學輻射之間關係的理解，本範例使用Actran學生版，恰好適合對聲學模擬、結構振動分析有興趣的學生或工程師們。

什麼是 BC Mesh boundary condition ?

BC Mesh 邊界條件的使用情境包含：

• 讀取結構分析軟體（如 Actran、Nastran、ANSYS、Abaqus…等）計算求得之結構振動數據。
• 映射振動場至聲學網格，以便進行聲學分析。

• 採用弱耦合（Weak Coupling）方式，即流體對結構無反作用。
• 適用於自由場中的輕質流體，確保計算的合理性。

3. 計算聲學傳播，模擬聲音在空間中的傳遞特性。

透過 BC Mesh 邊界條件，可以有效地將結構振動數據轉換為聲學輸入，進一步進行聲場分析與噪音預測。

變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran 分析執行步驟

• 優先透過更為精緻的網格，求得變速箱的結構振動數值，再使用較粗略的耦合面網格，包覆環繞結構。
• 建立並指定該耦合面網格為 BC Mesh，將振動數值映射到聲學網格上。
• 定義無限流場與有限流場的幾何對象，即可透過振動數值求得變速箱在自由聲場中的聲學輻射結果。

什麼是 Direct Frequency Response Analysis (DFR) ?

直接頻率響應分析，是一種用於求解結構或機械系統在穩態強迫振動條件下響應的數值分析方法，這種方法主要應用於振動分析、聲學分析和動態載荷預測，特別是在航空、汽車、機械和電子設備設計中。當系統受到諧波載荷（Harmonic Load）作用時，DFR在頻率域中計算不同頻率下的結構響應，不需要進行模態降階。

直接頻率響應分析透過求解整個模型的阻尼耦合方程式，得到每個頻率的載荷引起的結構或聲學響應。

其中，M是系統的質量矩陣，C是阻尼矩陣，K是剛度矩陣，F(ω)是載荷的頻率函數，x(t)是系統的時域振動位移。對於簡諧運動而言，系統的時域振動位移可以假設為：

可將前一個方程式簡化為：

Actran 可以快速的指定使用直接頻率響應分析，進行複數運算求解，即可以得到指定頻率下對應的結構響應值。

Actran後處理可以看到什麼聲學結果?

• 頻響函數 (輻射聲功率)

2. 聲學指向性

3. 聲壓級分佈圖

當然， Actran 的後處理不只有以上三種結果可以給工程師們參考，也不只能應用變速箱的聲音輻射中，若想進一步了解詳細內容，有關於如何操作 Actran 、聲學分析的背景知識、分析結果怎麼看，或是 Actran 針對各種不同產品的應用面，歡迎聯絡星恆科技有限公司。

變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran 後續研究方向：

• 研究其他方向上的聲波傳播與方向性
• 增加聲屏障（例如覆蓋罩）
• 考慮地面（半自由場）及其吸收效果

聲音輻射聲學輻射是什麼?

聲音輻射（Sound Radiation）是指物體因振動而將聲波傳播到周圍空氣或其他介質中的現象。當物體受到外力作用或內部振動時，會產生聲波，這些聲波透過空氣、水或固體傳播，形成聲音輻射。

聲源類型

聲源可是固體，如音叉、琴弦、揚聲器的振膜等；也可是振動的流體，如哨、笛、噴注和爆炸等。雷暴、風浪、氣流、動物的發聲器官等是自然界的聲源。各種樂器、揚聲器是製造的聲音來源。振動的機器、機動的交通工具是日常生活中的噪音源。從能量的觀點來看，聲音輻射是把機械能、電能、生物能等各種形式的能量轉化為聲能的過程；而聲源是實現這個過程的物體。把電能轉換為聲能的聲源稱為電聲換能器，有壓電式、磁致伸縮式、電動式、電磁式和靜電式等換能器。把流體動能轉換為聲能的聲源稱為流體動力式換能器。常見的流體動力換能器有旋笛、哨等。

聲音輻射聲學輻射理論

聲音輻射 / 聲學輻射最主要的性質是其產生的音場的性質，如音場的頻率、強度和空間分佈等。許多聲音輻射 / 聲學輻射的空間分佈具有方向性，即在某些方向輻射的聲能很強，而在其他方向較弱，稱為聲輻射的指向性。指向性是由聲源上各點的振動所產生的波傳到接收點時以不同的相位疊加的結果。球對稱的脈動小球向各個方向的聲音輻射相同，沒有指向性，稱為簡單聲源。嵌裝在剛性平板上的揚聲器在其正前方的聲音輻射最強，稱為主瓣。隨著偏離主瓣對稱軸的角度的增加，聲輻射減弱。頻率較高時，活塞的直徑比聲波的波長大，聲輻射在一定的角度出現次極大，稱為旁瓣。頻率越高，活塞越大，主瓣越尖銳，旁瓣越多。反之，尺度比波長小得多的聲源的聲輻射指向性很弱，主瓣很寬，輻射均勻，通常沒有旁瓣。不同的應用場合需要不同的指向性，控制聲音輻射的指向性是聲音輻射研究的重要內容。

聲輻射的另一個性質是聲源輻射的效率，即聲源振動的能量中有多大的比例轉化為聲能，這取決於聲源和介質的相互作用，由兩者的性質共同決定

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