PR_421

progettare 421 APRILE 2019 75 di apertura). Il manichino è costituito da simulatori integrati di bocca e o- recchio ed è ideale per effettuare test elettroacustici su cuffie, auricolari, dispositivi per la comunicazione in vivavoce, apparecchi acustici, caschi e protezioni acustiche. Solitamente, un sistema che riproduce l’orecchio è costituito da un microfono delle dimensioni di circa 13 mm collegato a un preamplificatore, mentre un si- stema che riproduce la cavità orale è composto da un altoparlante con una distribuzione di pressione sonora che simula la bocca di un uomo adulto mentre parla. GN Resound utilizza Hats da molti anni nelle proprie misurazioni, per studiare gli effetti della geometria delle orecchie sul suono percepito a livello di timpano e per stabilirne la direzionalità, determinata dallo scat- tering causato dall’orecchio e dalla geometria della testa. Recentemente è stato costruito unmodellomatema- tico di Hats con il software Comsol Multiphysics. Il lavoro è stato ese- guito da René Christensen, senior engineer, usando la funzionalità del boundary element method (BEM). Una volta completato il modello, di- versi colleghi hanno colto l’opportu- nità di utilizzare questo strumento di simulazione invece di un manichino per le loro rispettive esigenze. Boundary element method L’influenza combinata di busto, testa, padiglione auricolare e condotto u- ditivo sui segnali acustici che si pro- pagano in aria e sul campo acustico attorno alla testa è nota come Hrtf (Head-related transfer function). “Da- to un punto nello spazio lontano dalla testa, è possibile descrivere come un suono che abbia origine in quel punto arriverà al timpano”, spiega Christensen. Questo è un approccio deterministico che consente di visua- lizzare il suono simulato per diverse posizioni del microfono, un esempio di punti di interesse è mostrato nella figura 1, supportando le decisioni dei tecnici e permettendo di indagare come la testa e il busto influenzino la pressione sonora totale (figura 2). Le simulazioni acustiche eseguite per distanze superiori a un metro pongono una sfida: il metodo agli elementi finiti (FEM) comunemente usato è costoso dal punto di vista computazionale e richiede quantità considerevoli di RAM. Per Christensen, che svolge la mag- gior parte del suo lavoro di simu- lazione su un computer portatile, questo costituiva un serio limite. Con il software Comsol Multiphysics ha potuto invece scegliere quale metodo usare e, in questo caso, ha sfruttato la funzionalità BEM as- sociata alle analisi acustiche per eseguire simulazioni molto più ef- ficaci. Se da un lato il BEM richiede maggiori risorse computazionali per grado di libertà rispetto al FEM, dall’altro necessita solitamente di un numero significativamente infe- riore di gradi di libertà per ottenere lo stesso livello di accuratezza per grandi volumi. Il BEM permette di estrarre i valori della pressione so- nora in qualsiasi punto nel dominio eseguendo mesh e calcoli solo sul- le superfici, offrendo un risparmio computazionale considerevole. Con il FEM è invece necessario costruire la mesh sull’intero volume, ope- razione possibile quando l’analisi riguarda il campo vicino. Grazie all’uso del BEM, Christensen può ora eseguire le simulazioni con le risorse computazionali a sua dispo- sizione e lanciarle sul suo portatile. “È molto più semplice impostare una simulazione con il boundary element method - afferma Christen- sen -. Se si ha una buona geometria, si può semplicemente creare una mesh di superficie, e questo è un grande vantaggio. Solitamente si utilizzerebbe una mesh di volume e si dovrebbero fare operazioni come discretizzare l’aria e applicare con- dizioni anecoiche per minimizzare i fenomeni di riflessione, mentre Punti di controllo per le funzioni di trasferimento bocca/orecchio e distribuzione onda acustica a 3200 Hz.