Acoustic Body

TINJAUAN PUSTAKA

2.6 ACT Acoustics Extension

2.6.1 Acoustic Body

ACT acoustics extension dalam ANSYS Workbench hanya memiliki satu jenis acoustic body yang dapat diterapkan. Ketika acoustic body dimasukkan ke dalam analisis, benda dapat dianggap sebagai domain akustik yang menyatu dengan unsur-unsur akustik. ANSYS Workbench akan menghubungkan benda dengan unsur-unsur struktur padat secara default dan pilihan acoustic body akan mengubah benda menjadi elemen-elemen fluida akustik. Contoh detail jendela acoustic body ditunjukkan pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Jendela kerja acoustic body [1]

Hal ini dimungkinkan untuk menentukan acoustic body memiliki sifat cairan yang berbeda dengan suhu dengan mengubah baris Temperature Dependency ke Yes. Hal ini memungkinkan memasukkan nilai dalam table untuk kepadatan, kecepatan suara, viskositas dinamis, konduktivitas termal, koefisien panas spesifik pada volume konstan, dan koefisien dari panas spesifik pada tekanan konstan yang bervariasi dengan suhu. Suhu referensi dapat ditentukan dalam ANSYS Workbench dengan mengklik di jendela Outline pada objek analisis seperti Modal atau Harmonic Response, di jendela Details of acoustic body, masukkan suhu yang diinginkan pada baris Opsions – Environment Temperature. Sifat fluida default untuk udara pada suhu dan tekanan standar,

dimana kepadatan ρo = 1.2041kg/m³, kecepatan suara co = 343.24m/s, dan viskositas dinamik, konduktivitas termal, koefisien panas spesifik pada volume dan tekanan konstan adalah 0.

Baris Reference Presssure memiliki nilai default 2E-05 Pa, yang digunakan untuk menghitung tingkat tekanan suara dalam decibel. Baris Reference Static Pressure memiliki nilai default 1 atmosphere = 101325 Pa. ini digunakan untuk medel media akustik tidak seragam yang mana sifat fluida bervariasi dengan suhu dan tekanan statis.

2.6.2 Excitation

Ketika menerapkan sumber suara model elemen hingga, sebelumnya ANSYS Release 14.0 dimana ada dua jenis utama, yaitu sumber percepatan massa akustik, dan sumber tekanan (yang dapat dianggap sebagai kondisi batas). Jenis eksitasi akustik yang tersedia dalam ACT acoustics extension sebagaimana tercantum pada gambar 2.6 berikut

Gambar 2.6 Jenis eksitasi yang tersedia dalam ACT acoustics extension [1]

1) Wave Sources

Jenis gelombang yang tersedia adalah bidang gelombang datang, monopole atau pulsating spherical incident, loudspeaker dengan rumah, loudspeaker tanpa rumah, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7

Gambar 2.7 Incident plane wave [1]

Jika jenis gelombang = PLAN, didefinisikan sumber gelombang akustik bidang dan memiliki system koordinat bola seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8

Gambar 2.8 System koordinat bola untuk mendefenisikan vector gelombang datang bidang merambat ke arah asal system koordinat Cartesian [1]

Gelombang datang bidang dapat dibuat yang berasal dari dalam atau luar model elmen hingga akustik dan merambat melalui itu. Tekanan kompleks datang 𝑝_{𝑝𝑙𝑎𝑛𝑒} = 𝑃₀𝑒^{𝑗𝜙 −𝑗 (𝑘𝑥𝑥+𝑘𝑦𝑦+𝑘𝑧𝑧)} ... (2.45)

Dimana P0 adalah amplitude gelombang bidang, ϕ adalah pergeseran sudut fase awal dari gelombang bidang yang biasanya diabaikan, dan kx, ky, kz masing-masing adalah komponen bilangan gelombang sepanjang sumbu x, y, z,sehingga besarnya adalah sama dengan bilangan gelombang

𝑘² = ^𝜔

𝑐0

2 = 𝑘_𝑥²+ 𝑘_𝑦² + 𝑘_𝑧². ... (2.46)

Menggunakan ekstensi ACT akustik, parameter input untuk sumber gelombang planar dapat didefinisikan dalam gambar 2.9 rincian jendela “Acoustic Wave Sources”.

Gambar 2.9 Rincian jendela “Acoustic Wave Sources” [1]

a. Bare loudspeaker

Bare loudspeaker memiliki sifat bahwa bergerak keluar dari permukaan depan membentuk kerucut menghasilkan tekanan akustik positif, permukaan belakang menghasilkan tekanan akustik negative, dan di sekitar tepi loudspeaker dua gelombang akustik mengganggu, seperti ditunjukkan pada gambar 2.10

Gambar 2.10 Bare loudspeaker [1]

Gambar skema bare loudspeaker degan gangguan akustik di tepi, dan bagaimana hal itu dapat dimodelkan sebagai dipole akustik. Bare loudspeaker dapat disimulasikan sebagai dipole akustik dimana radiasi permukaan adalah luas lingkaran dengan jari-jari a yang diberikan oleh

𝑆 = 𝜋𝑎². ... (2.47) Perhatikan perbedaan utama antara bare loudspeaker dan sumber dipole adalah bahwa untuk sumber dipole, daerah radiasi adalah permukaan dua bola dan untuk bare loudspeaker daerah radiasi adalah luas permukaan lingkaran, daerah ini berbeda dengan factor 4, dan karenanya salah satunya bisa berharap bahwa tingkat tekanan suara dari model menggunakan bare loudspeaker akan menjadi 20 × log₁₀(4) = 12𝑑𝐵 kurang dari tingkat tekanan suara dari model menggunakan dipole.

Sumber gelombang akustik bare loudspeaker dapat ditentukan asalnya dari dalam atau luar akustik model elemen hingga. Parameter input untuk sumber bare loudspeaker dapat ditentukan dalam rincian jendela “Acoustic Wave Soources”, seperti terlihat pada gambar 2.11

Gambar 2.11 rincian jendela “Acoustic Wave Soources” [1]

b. Back-Enclosed Loudspeaker

Loudspeaker yang memiliki rumah, tidak memiliki gangguan yang terjadi diaantara permukaan depan dan belakang kerucut seperti yagn terjadi pada bare loudspeaker. Konfigurasi ini dapat dianggapmemiliki respon akustik mirip dengan monopol akustik, dimana luas permukaan radiasi adalah melingkar dengan jari-jari a yang diberikan oleh

𝑆 = 𝜋𝑎². ... (2.48) [1]

Perbedaan utama antara model ANSYS dari back-enclosed loudspeaker dan sumber monopol adalah bahwa untuk sumber monopole daerah radiasi adalah permukaan bola dan untuk back-enclosed loudspeaker daerah radiasi adalah luas permukaan lingkaran (persamaan 2.22), daerah ini berbeda dengan factor 4, oleh karenanya salah satunya bisa berharap bahwa tingkat tekanan suara dari model back-enclosed loudspeaker akan menjadi 20 × log₁₀(4) = 12𝑑𝐵 kurang dari tingkat tekanan suara dengan model menggunakan monopol untuk jari-jari yang sama.

Gelombag akustik back-enclosed loudspeaker dapat ditentukan asalnya dari luar atau dalam model elemen hingga akustik. Parameter input untuk sumber back-enclosed loudspeaker dapat ditentukan dalam jendela detail “Acoustic Wave Sources”.

2) Normal Surface Velocity (Harmonic)

Sumber akustik dapat disimulasikan dengan menerapkan kecepatan normal ke permukaan luar dari domain akustik, seperti pada gambar 2.12

Gambar 2.12 Kecepatan normal permukaan diterapkan pada permukaan luar dari domain fluida akan bekerja dengan baik [1]

3) Mass Source

Sumber massa adalah laju aliran massa dan didefinisikan sebagai nilai normal per satuan volume sebagai

𝑚𝑎𝑠𝑠

𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡 𝑕³×𝑡𝑖𝑚𝑒. ... (2.49) [1]

4) Surface Velocity

Keterbatasan jenis eksitasi ini di ANSYS adalah bahwa tidak akan bekerja jika beban kecepatan permukaan diterapkan di permukaan dalam dari domain akustik, seperti pada gambar 2.14, jenis eksitasi ini untuk menentukan komponen kecepatan dari bidang yang bergetar.

5) Boundary Conditions

Ekstensi ACT akustik di ANSYS Workbench dapat digunakan untuk memasukkan kondisi batas akustik ke dalam model yang ditunjukkan dalam gambar 2.13

Gambar 2.13 Jendela kerja boundary conditions [1]

Perhatikan bahwa istilah kondisi batas yang digunakan dalam konteks kondisi batas numerik, tidak selalu harus diterapkan pada permukaan luar atau batas model. Kondisi batas numerik dapat didefinisikan pada bagian luar pada model akustik, seperti kondisi batas tekanan akustik yang dijelaskan pada gambar 2.12

BAB 3