Applying the Finite Element Method for Modelling Loudspeaker Waveguide Directivity
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2010
Department
Major/Subject
Akustiikka ja äänenkäsittelytekniikka
Mcode
S-89
Degree programme
Language
en
Pages
59 + vii
Series
Abstract
Kaiuttimen suuntaavuus on yksi merkittävä tekijä kaiuttimen suorituskykyä arvioitaessa. Sisätiloissa suuntaavuus määrittää ihmisen kuuleman epäsuoran äänen. Epäsuora ääni vaikuttaa havaittuun äänen väriin sekä tilan tuntuun. Ulkotilojen äänentoistossa vain harva kuulija on kaiuttimen suoralla linjalla. Tällöin kaiuttimen suuntaavuus määrää kuullun äänen värin, koska ulkotiloissa heijastuksia on vähän. Yksittäisen kaiutinelementin suuntaavuus on riippuvainen lähinnä sen koosta. Yksi tapa äänilähteen suuntaavuuden muokkaamiseen on akustisen suuntaimen käyttäminen. Suuntain parantaa myös äänilähteen hyötysuhdetta. Diplomityö keskittyy esittelemään elementtimenetelmän soveltamista akustisen suuntaimen suunnittelussa. Elementtimentelmä on tietokonepohjainen numeerinen mallinnusmenetelmä, jota voidaan käyttää akustisten kenttien mallintamiseen. Työssä esitellään suuntaimen suuntaavuuden teoriaa ja kuinka suuntaavuus vaikuttaa ihmisen havaitsemaan ääneen. Työssä esitellään menetelmiä suuntaavuuden graafiseen esittämiseen vertailtavalla ja ymmärrettävällä tavalla. Työllä on kolme päätulosta. Ensinnäkin todennetaan elementtimallinnuksen käyttökelpoisuus suuntaimen suunnittelussa. Mallinnettuja ja mitattuja prototyypin suuntaavuuksia verrataan ja eroavaisuuksia analysoidaan. Toinen työn tulos on kehitetty työkalu mallinnetun ja mitatun suuntaavuuden graafiseen esittämiseen havainnollisella tavalla. Kolmas tulos liittyy mallinnuksen ja mittauksen yhdistämiseen. Mallinnuksen lopputuloksen tarkkuutta voitiin parantaa yhdistämällä malliin kaiutinelementin mitattu nopeus taajuuden funktiona.Directivity has a great influence on a loudspeaker's perceived performance. Indoors directivity defines the indirect sound heard which influences the timbre and spatial perception. Outdoors the directivity defines the sound heard off-axis of the speaker where most of the audience is. The directivity of a single transducer primarily depends on driver size. Directivity can be modified using an acoustical waveguide. The primary purpose of a waveguide is to control the directivity of the source, but increased efficiency is a favourable side-effect. This thesis concentrates on applying the Finite Element Method (FEM) to virtually prototype waveguides. The theory of FEM and its usability in acoustics is reviewed. Also theory for horn directivity is discussed. Major emphasis is on reviewing and developing a method for visualizing modelled and measured directivity in a comparable manner. There are three major outputs of the thesis. First, the method of virtual prototyping is validated by comparing and analyzing the measured and FEM modelled prototypes. Also the value of the method as a designing tool is emphasized. Second, a visualization tool is created to enable comparison and analysis of the modelled and measured directivity. Third, a new method is created for combining a FEM model and laser velocimetry of a driver. The presented approach increases the accuracy of the model because the driver excitation can be made more realistic.Description
Supervisor
Välimäki, VesaThesis advisor
Mäkivirta, AkiKeywords
loudspeaker, directivity, waveguide, horn, acoustics, Finite Element Method, FEM, modelling, kaiutin, suuntaavuus, aaltosuuntain, torvi, elementtimenetelmä, FEM, akustiikka, mallintaminen