Jag är beräkningsingenjör och jobbar en del med FEM-programvaror, framförallt COMSOL Multiphysics. Jag har skymtat en del akustiktillämpningar i dokumentationen: Portad låda. Optimera horn-form. Subwoofer respons i halvsfär. Och tänkt att det borde vara intressant att testa lite själv. I den här tråden tänkte jag försöka räkna lite diffraktion och jämföra former på bafflar och högtalare.
Det började med att jag funderade på hur jag ska sätta elementen i högtalarna jag bygger åt farsan, därför ger jag mig på det först. För att ha något att jämföra med så har jag kört lite simuleringar i förträffliga Edge och tittat på den här bilden.
Exempel 1: Cylinder (D=400 mm) med högtalarelementet (d=80 mm) i änden.
Resultat från Edge (on-axis, 15 deg off och 30 deg off):
Resultat från COMSOL:
Väldigt lika resultat, förutom att COMSOL-simuleringen visar lite vågighet för låga frekvenser.
Jag var tvungen att välja en längd, vilken blev 0.5 m i det här fallet (återkommer med en jämförelse på längder av cylindern om det är intressant). Elementet är i det här fallet helt plant och flush med baffeln. Såhär ser ljudtrycksnivån i en 1m-sfär runt högtalaren ut för 250, 1000 och 4000Hz:
Det syns väldigt tydligt att högre frekvenser ger en tydligare riktningsverkan.
Exempel 2: Sfäriska högtalare (D=400 mm, d=80)
Tidigare har jag byggt sfäriska högtalare (efter att ha sett att det ska leda till små problem med diffraktion) och gjorde därför simuleringar av sådana:
Som ni ser är geometrin inte helt idealiserad, jag har lagt till en liten plan förlängning av konen för att få med kanten av elementet som skruvas fast i sfären.
Här är konen (på högtalarelementet) fortfarande plan som tidigare (och som figuren visade):
On-axis (0 deg) är som väntat fin, men vid 30 grader off-axis är det väldigt illa, värre än för cylindern som jag trodde var värsta möjliga alternativ. Såhär ser spridningen ut för 8 kHz:
Och här har jag lagt till en enkel form på konen:
Vilket ger följande kurvor:
Och spridning vid 8 kHz:
Intressant att skillnaden är så stor!
Sammanfattningsvis:
- Det verkar gå alldeles utmärkt att simulera diffraktion i COMSOLs grundpaket (Pressure acoustics, frequency domain).
- Konens form är avgörande för diffraktionen.
För er som är intresserade av inställningarna i simuleringen:
- Jag satt en acceleration på konen (på 10 m/s^2 i z-led). Osäker på om detta är bästa sättet att skapa ljudet.
- Insidan av lådan simuleras också, som ni kan se i figurerna.
- Dessa simuleringar har varit axi-symmetriska (2D). Jag ska övergå till 3D (rätblock), det blir dock längre beräkningstider.
- Modellerna använder Perfectly matched layer för att få beteendet i ett oändligt väldämpat rum.
- Väggarna är oändligt styva (alltså ej med i modellen).
Vad mer vill ni se? Jag kommer räkna på den låda jag ska bygga, några andra önskemål? Andra tillämpningar? Rumsakustik?
/Anton
EDIT1: Bytte rubrik så att fler förstår vad det handlar om.
hehe.
