En el desarrollo de sistemas acústicos para automoción, como sensores ultrasónicos de aparcamiento o la optimización del sonido interior de la cabina, COMSOL Multiphysics^® ofrece potentes herramientas que combinan métodos numéricos avanzados para mejorar precisión y eficiencia.

Acoustic Ray Tracing (trazado de rayos acústicos) permite simular el comportamiento de ondas de sonido en geometrías complejas, siguiendo trayectorias de rayos desde la fuente hasta los receptores dentro de un espacio (por ejemplo, el interior de un coche). Esto es útil para modelar fenómenos de alta frecuencia donde las longitudes de onda son pequeñas comparadas con las dimensiones del dominio.

La Figura 1 muestra como ejemplo de transductor ultrasónico de sensor de aparcamiento para automóviles que acopla Acústica de Presión en el Dominio de la Frecuencia, Mecánica de Sólidos y Materiales Piezoeléctricos. El patrón de radiación en campo lejano del transductor se utiliza posteriormente como fuente para un modelo de Acústica de Rayos, en el que se investiga un escenario de aparcamiento concreto. El acoplamiento desde el modelo FEM hacia el trazado de rayos se realiza mediante la funcionalidad integrada Release from Exterior Field Calculation.

Figura 1. Señal obtenida en cuatro receptores colocados en la parte posterior de un vehículo [2].

Enfoque híbrido FEM + Ray Tracing

COMSOL Multiphysics^® puede acoplar un modelo de elementos finitos (FEM) (adecuada para resolver campos acústicos y estructurales) con ray tracing para cubrir desde bajas hasta altas frecuencias sin necesidad de mallados extremadamente finos en todo el dominio. Este enfoque permite capturar detalles tanto en la fuente (como un altavoz) como en la propagación de sonido en espacios interiores, por ejemplo, el habitáculo de un vehículo como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Propagación de sonido en el interior de un coche aplicando un método Hybrid Ray-FEM Source [3].

Aceleración por GPU

Usar GPUs para resolver simulaciones acústicas reduce drásticamente los tiempos de cálculo (hasta ~20–25× en modelos complejos de cabina en tiempo transitorio como el que se muestra en la Figura 3), permitiendo iterar diseños más rápido y manejar modelos con decenas de millones de grados de libertad.

En resumen, COMSOL Multiphysics® facilita simulaciones acústicas automotrices realistas y eficientes al combinar métodos híbridos y aprovechar la potencia de las GPUs para agilizar estudios detallados de sonido y sensores.

Figura 3. . Velocidad de amplitud acústica en el habitáculo de un vehículo. Análisis transitorio resuelto utilizando la formulación del solver acelerado, que puede ejecutarse en una GPU.

Referencias

[1] M McCarty, COMSOL Blog, Using Acoustic Ray Tracing and GPU in Automotive Applications (2025). 
[2] COMSOL Application Gallery, Ultrasonic Car Parking Sensor.
[3] COMSOL Application Gallery, Car Cabin Acoustics using Hybrid FEM-Ray Source Coupling,