流体流のための格子ボルツマン法を使用した音波のシミュレーション：屋外音の伝播のためのベンチマークケース

空気中の音波の伝播は、流体力学の特別なケースと見なすことができます。その結果、流体流の格子ボルツマン法（LBM）は、音の伝播をシミュレートするために使用できます。この記事では、LBMの音声伝播への適用は、さまざまなケースに示されています。自由場の伝播、多孔質および非多孔質の地面上の伝播、ノイズバリア上の伝播、風のある大気中の伝播。LBMの結果は、音響の方程式の解と比較されます。LBMは音波に適していることがわかっていますが、LBMによる音波の散逸は一般に、空気中の音波の実際の散逸よりもはるかに大きいことがわかっています。この問題を回避するために、ここでは、過剰なサウンドレベル、つまりサウンドレベルとフリーフィールドサウンドレベルの違いを評価するためにLBMを使用することが提案されています。過剰な音レベルに対する散逸の効果は、サウンドレベルへの影響よりもはるかに小さいため、LBMを使用して、大気音響の有用な量である非偏見の大気の過剰な音レベルを推定できます。LBMシミュレーションでの散逸を減らすために、2つのアプローチが考慮されます。i）運動学的粘度の低下とii）格子間隔の減少。

Propagation of sound waves in air can be considered as a special case of fluid dynamics. Consequently, the lattice Boltzmann method (LBM) for fluid flow can be used for simulating sound propagation. In this article application of the LBM to sound propagation is illustrated for various cases: free-field propagation, propagation over porous and non-porous ground, propagation over a noise barrier, and propagation in an atmosphere with wind. LBM results are compared with solutions of the equations of acoustics. It is found that the LBM works well for sound waves, but dissipation of sound waves with the LBM is generally much larger than real dissipation of sound waves in air. To circumvent this problem it is proposed here to use the LBM for assessing the excess sound level, i.e. the difference between the sound level and the free-field sound level. The effect of dissipation on the excess sound level is much smaller than the effect on the sound level, so the LBM can be used to estimate the excess sound level for a non-dissipative atmosphere, which is a useful quantity in atmospheric acoustics. To reduce dissipation in an LBM simulation two approaches are considered: i) reduction of the kinematic viscosity and ii) reduction of the lattice spacing.