Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel"

Ildikó Borbély
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel Fürjes Andor Tamás BME Híradástechnikai Tanszék Kép- és Hangtechnikai Laborcsoport, Rezgésakusztika Laboratórium 1

2 Tartalom A geometriai akusztika módszere áttekintés Számítógépes modellezés Alkalmazás 2

3 Geometriai akusztika - elmélet Hangsugár definíciója: a hullámfront egy síkhullámnak tekinthető darabkájának mozgása... A hangsugár iránya megváltozik, ha a közeg egy jellemzője (pl. hőmérséklet) megváltozik a hangsugár útjában (refrakció). A hangsugár visszaverődik, ha tökéletesen merev és sík, végtelen kiterjedésű felület (akadály) található a hangsugár útjában a beesési és visszaverődési szögek azonosak. A hangsugár energiát veszít - haladása közben (levegő nyelése db/m), - visszaverődéskor (felület elnyelése - α). E i (f) E r (f) = E i (f) [1-α(f)] 3

A hangsugár visszaverődik, ha tökéletesen merev és sík, végtelen kiterjedésű felület (akadály) található a hangsugár útjában a beesési és

4 Geometriai akusztika - korlátok Az akadályok véges kiterjedésűek, így - a visszaverődés és a terjedés nem írható le tisztán geometriai módon - a geometriai módon adódó árnyéktér nem létezik - diffrakció Az akadályok nem tökéletesen síkok és merevek, ezért - a visszaverődés nem csak geometriai diffúz (szórt) visszaverődés, - a visszaverődési energiaelnyelés a beesési szögtől is függ. Érvényességi feltétel A vizsgált frekvenciának megfelelő hullámhossz jóval nagyobb ( ), mint az akadályok lineáris mérete. A leírás hibáira bevezetett közelítések: - Fresnel-számon alapuló diffrakciós közelítések (pl. Kurze-Anderson formula), - diffúztéri avagy véletlen beeséshez tartozó elnyelési tényező, diffúzitási tényező (δ). a c b E i (f) E i (f) [1-α(f)] δ(f) E i (f) E i (f) [1-α(f)] [1-δ(f)] 4

Érvényességi feltétel A vizsgált frekvenciának megfelelő hullámhossz jóval nagyobb ( 3... 6), mint az akadályok lineáris mérete.

5 Geometriai akusztika források, vevők A hangsugarak a forrásból indulnak ki - pontforrás, - vonalforrás, - felületi forrás. A források jellemzői - hangnyomás, intenzitás, illetve ezek - komplex (amplitúdó + fázis) irányfüggése, az iránykarakterisztika Reciprocitás A források és a vevők felcserélhetők. 5

A források jellemzői - hangnyomás, intenzitás, illetve ezek - komplex

6 Számítógépes modellezés a geometriai akusztika módszerével Alapvető feltételezések - geometriai akusztika feltételezései érvényesek frekvenciakorlát, - időinvariancia, - linearitás (konvolúció), - impulzusjellegű gerjesztés (impulzusválasz, nem állandósult állapot). Alapvető eljárások - tükörforrások módszere (pontos, de számításigényes), - sugárkövetés (egyszerű, de detektáló felület kell, így statisztikus eredmény), - nyalábkövetés (praktikus, véges kiterjedésű hullámfront-felület darabok követése) 6

7 Számítógépes modellezés II. Nem-geometriai jelenségek közelítése - diffúz visszaverődések: véletlen visszaverődések külön követése, radiant -módszer, stb. - diffrakció: kijelölt élekre diffrakciós csillapítás, éldiffúzió, - refrakció: közeghatárok, mint áteresztő felületek Detektálás - inkoherens: energia-jellegű vizsgálat, - koherens: interferencia-jellegű vizsgálat (csak tükörforrás és nyalábkövetés esetén). A modellezés menete Geometria (diffrakciós élek, stb.) Források és Vevők (pozíció, helyzet, stb.) Modellezési paraméterek (elnyelési tényezők, iránykar., stb.) Modell futtatása - sugarak/nyalábok száma, -modell típusa, - követés rendje, stb. Eredmények számolása Eredmények megjelenítése 7

koherens: interferencia-jellegű vizsgálat (csak tükörforrás és nyalábkövetés esetén). A modellezés menete Geometria (diffrakciós élek, stb.

8 Számítógépes modellezés III. Eredmények - hangutak feljegyzése α 1 (f), δ 1 (f) Θ vevő (φ,υ,f ) α 2 (f), δ 2 (f) I 0, forrás és Θ forrás (φ,υ,f) - echogram a hangutak feljegyzései és a modellezési paraméterek alapján - akusztikai paraméterek az echogram alapján, a vizsgálat célja szerint energia Echogram - monokromatikus impulzusválasz, azaz - a detektált energia időbeli eloszlása idő 8

és Θ forrás (φ,υ,f) - echogram a hangutak feljegyzései és a modellezési paraméterek alapján -

9 Számítógépes modellezés IV. Eredmények ábrázolása - eloszlási ábrák, - táblázatok, - grafikonok... 9

10 Alkalmazás Zárt terek modellezése - nagy visszaverődési rend, diffúz tér feltételezése - energialecsengés számítása, - szélessávú impulzusválasz számítása, - szemléltetés: konvolúció és auralizáció Félig zárt és nyitott terek modellezése - kis visszaverődési rend, - diffrakció és refrakció jelentősége megnő, - inkább energia-jellegű paraméterek számítása Elektroakusztikus rendszerek modellezése - zárt, félig nyitott és nyitott terekben egyaránt, - összetett hangsugárzó rendszerek viselkedésének vizsgálata 10

visszaverődési rend, - diffrakció és refrakció jelentősége megnő, - inkább energia-jellegű paraméterek számítása

11 Alkalmazás - problémák Modellezési paraméterek bizonytalansága: - a modellezési paraméterek mérése, - a modellezési paraméterek implementálása, - a modell beállításainak bizonytalansága. Modellezett paraméterek bizonytalansága - milyen paramétert modellezzünk, - a kapott eredmény mennyire felel meg a szubjektív (érzeti) jellemzőnek. A modellezés eredményeinek pontosságát befolyásoló tényezők - a modellezési módszer (frekvenciakorlát, térbeli felbontás, stb.), - a modellezési paraméterek (elnyelések, iránykarakterisztikák, stb.), Fejlesztő - a modell beállítása, - a modell bevitele (geometria pontossága). Felhasználó 11

Modellezett paraméterek bizonytalansága - milyen paramétert modellezzünk, - a kapott eredmény mennyire felel meg a szubjektív (érzeti) jellemzőnek.

12 Alkalmazás problémák II. A modellezés gyakorlatának problémája Modell bevitele Modell futtatása Eredmények Modell állítása Kiértékelés Inverz geometriai akusztika módszere Követelmény Modell bevitele Modell futtatása Modell beállítása Követelmény 12

futtatása Eredmények Modell állítása Kiértékelés Inverz

13 Összefoglaló A geometriai módszer előnyei - praktikus, szemléletes, - könnyen implementálható, - könnyedén adaptálható a szabványokhoz. A geometriai módszer hátrányai - az elv korlátjai relatív közép- és nagyfrekvenciás tartományban érvényes közelítések - nem-geometriai jelenségek közelítése, - csak bizonyos szintig növelhető, nem tetszőleges pontosság, - impulzusjellegű gerjesztések, elsősorban energiajellegű eredmények A modellezések általános hátrányai - modellezési paraméterek mérése/számítása/adaptációja, - a modellezés nem ad analitikus választ (de: inverz módszerek), - követelmények megfogalmazása. 13

közelítése, - csak bizonyos szintig növelhető, nem tetszőleges pontosság, - impulzusjellegű gerjesztések, elsősorban energiajellegű eredmények A

14 Jövő... Kapcsolat más modellező eljárásokhoz - csatolás szerkezetvizsgálati modellekhez (pl. SEA), - illesztés frekvenciatartományban végeselem modellekhez (pl. FEM, BEM, FDM). Valódi tervezés - analízis - inverz módszereken és szubjektív vizsgálatokon alapuló szakértői rendszerek... 14

SEA), - illesztés frekvenciatartományban végeselem modellekhez (pl.

Hasonló dokumentumok

Geometriai akusztikai módszerek a számítógépes teremakusztikai tervezésben

Geometriai akusztikai módszerek a számítógépes teremakusztikai tervezésben Fürjes Andor Tamás BME Híradástechnikai Tanszék Rezgésakusztikai Laboratórium 1 Tartalom Bevezetõ Statisztikus akusztika Geometriai