Coreform Cubitを使うことで、超音波変調型という従来とは異なるスピーカーを自信を持ってモデル化できます。パラメトリックなワークフローと適合した固体・流体メッシュにより、3枚の膜と空気層を正確に一致させ、数値誤差を抑え、前処理時間を短縮できます。これにより高速に設計反復し、結果を信頼できます。
Sagi Chen
デバイステクノロジー担当ディレクター
背景
SonicEdge SonicEdgeは、超音波変調を利用して、薄く非常に軽量なスピーカーから明瞭で効率的な音を生成する先進音響技術を開発しています。研究・設計チームは音質向上と製造複雑性低減のため、新しいトランスデューサ構成を継続的に検討しています。各試作機は複数の膜と空気空洞が相互作用するため、高価な製作へ進む前に実性能を予測する高精度モデリングが重要です。この例では、超音波を生成する下部膜、グランドプレーンとなる中央膜、超音波搬送波を可聴音へ復調する上部膜の3枚で構成されています。
課題
SonicEdgeの設計チームは、複数の薄い振動膜が空気層を介して連成する多層膜スピーカーを解析する必要がありました。形状には非常に小さなフィーチャーと厳しい公差があり、すべての界面で正確に一致する適合固体・流体メッシュの作成が困難でした。高精度解析には、堅牢なパラメトリック形状、膜と空気の界面が完全に一致する高品質な適合メッシュ、後段ソルバーへの確実なマルチフィジックス受け渡しが必要です。界面のわずかな不整合でも数値不安定性や予測精度低下につながるため、迅速な設計反復に対応できる正確で再現可能なメッシュ生成環境が求められました。
図1：膜と空気の界面は、高品質な適合メッシュで慎重に表現する必要があります。Coreform CubitのHexメッシングは、高忠実度解析に必要な品質と精度のメッシュを生成します。
解決方法
SonicEdgeは、強く連成した構造・音響システムに必要な柔軟性と精度を得るためCoreform Cubitを採用しました。
特に有効だった機能：
-
積層膜形状と内部空洞を完全にパラメトリックにモデル化し、寸法や材料を素早く変更して設計検討できます。
-
連成する固体・流体領域に対して高品質な適合メッシュを自動生成し、正確な界面物理と安定したシミュレーションを実現します。
-
膜と空気領域の界面を正確に一致させ、接触境界での数値誤差を最小化します。
生成されたモデルはSonicEdgeの音響・構造ソルバーへシームレスに統合され、膜と空気領域の連成を正確に反映する堅牢なマルチフィジックス解析を可能にしました。このワークフローによりメッシングとセットアップ時間は数日から数時間へ短縮され、多数の設計変更を迅速に評価できるようになりました。材料組合せや膜・空気層の複雑な相互作用も短時間で検証できます。
図1：Coreform Cubitで作成した膜―空気界面の適合メッシュ。
図2：3部構成スピーカーモデルのモーダル応答。信頼できる解析結果には、Coreform Cubitが生成するような高品質メッシュ要素が必要です。
まとめ
Coreform Cubitをワークフローへ組み込むことで、SonicEdgeは高忠実度シミュレーションと製品開発高速化のための堅牢な基盤を構築しました。複雑な音響アセンブリに対して適合したパラメトリックメッシュを生成できるため、新しいコンセプトを素早く検討し、設計を早期に検証し、より高い信頼性と効率で製品開発を進められます。