Avancerad simulering av baffeldiffraktion - FEM

[onni]

Försökte som sagt köra över natten, men det gick inte att köra med en direkt lösare (som är snabb men kräver mycket RAM) så körde därför en iterativ (som då är långsam men kräver mindre RAM). Efter 20 timmar hade den tagit sig typ 10 %. Lösningen:


Får se om jag kan få igång en ny körning.

/Anton

[Nattlorden]

Känns som när jag skulle raytrace:a en animation av ett skelett som skulle göra en volt på min gamla Atari... Det var också dygn som behövdes...

[luminous]

Som sagt, Onni, mycket läsvärd tråd. Skulle vara intressant att se vad baffelns form har för inverkan när högtalaren sitter i en waveguide.

[onni]

Som sagt, Onni, mycket läsvärd tråd. Skulle vara intressant att se vad baffelns form har för inverkan när högtalaren sitter i en waveguide.

Tack! Ditt program var faktiskt en av anledningarna till att jag började titta på simulering av akustik med FEM-program Mitt vardagsrum är nämligen långt från rektangulärt (sitter ihop med kök, hall, trappa, del av övervåning...). Jag har försökt köra lite simuleringar, men får så enorma toppar och dalar med hårda väggar och jag har inte hittat några bra data för gipsväggar, har du?

Waveguide kan jag nog kika på lite senare, priolistan ser ut såhär just nu:

1. Baffelformer med ett element.
2. Baffelformer två element och definierade SPL-kurvor för varje (från Basta! kanske?).
3. Olika former av dämpning i ett rum, högtalarplacering (alltså liknande ditt program, fast med mer inställningsmöjligheter).

/Anton

[onni]

Nu börjar det närma sig att jag kan visa lite resultat från en rektangulär låda

Men först: Jag har implementerat att accelerationen på konen beräknas från Cone excursion (från Basta!).
Dessa data har jag räknat med i detta första exempel:
MarkAudio Alpair 7.3 (80 mm diameter)
Plan kon
4 liters sluten låda, 50 % Viso
Basta ger följande responskurva:


Respons i en oändlig baffel

Som väntat inga diffraktionsfenomen

Samma som ovan fast i en 500 mm lång, 400 mm diameter cylinder, element centrerat i änden, med 25 mm fasning

Inte riktigt lika fint...


Varför det blir 3 dB lägre nivå vågar jag inte svara på dock... Någon som kan se att jag gjort något grundläggande fel? Såhär ser konverteringen från Cone excursion från Basta! till acceleration ut:

excursion(acpr.freq)*(2*pi*acpr.freq)^2

vilket uppsnyggat blir:

A = X(f)*(2*pi*f)^2

/Anton

[Martin]

Det blir inte 3dB lägre nivå. Det blir 6dB till slut mot lägre frekvenser. Kolla nivån vid 100Hz så ser man. Det är det klassiska baffelsteget som visar sig. lägre frekvenser får inget stöd från halvrymden av den oändliga baffeln utan får jobba mot impedansen av en helrymd istället.

[Svante]

Ja, slå på baffeldiffraktionen i Basta! så borde man se något liknande.

[onni]

Nu har jag äntligen fått ordning på beräkningen så att den inte kräver så brutalt med minne (även om det fortfarande är 20-30 GB för höga frekvenser).

Resultat som önskat för en rätblockslåda (Golden ratio), mått:
Bredd: 160 mm
Höjd: 419 mm
Djup: 259 mm
Elementet (konen) är som tidigare plant och har en diameter på 80 mm.

Basta! ger följande resultat:


FEM-beräkningen ger följande:

Anledningen till att det är en excel-figur är att jag delade upp beräkningen i två delar 50-3500 Hz och 3500-8000 Hz. Den första beräkningen är 10 ggr så snabb per frekvens pga att den är så mycket grövre meshad (upplöst i rummet).

Kan inte säga annat än att det är samma skillnad som tidigare, FEM-beräkningen visar fler små vågigheter för låga frekvenser, specifikt första toppen.

Nu kan man ju göra lite intressanta figurer som visar spridningen lite mer detaljerat. Här följer isosurface-figurer för frekvenserna 200, 500, 1000, 2000, 4000 Hz. Isosurface innebär att programmet ritar upp en yta (med färg) för varje värde som jag specat, i det här fallet, 50 till 70 dB med ett steg på 5 dB.


200 Hz


500 Hz


1 kHz


2 kHz


4 kHz

Intressant? Nu kör jag igång en med 25 mm rundning, återkommer förhoppningsvis imorgon med resultat.

Såhär ser meshen (uppdelningen av geometrin i element/beräkningsdelar) ut för den simuleringen jag kör igång nu:


Jag räknar som synes inte på volymen i lådan för tillfället.

/Anton

[LasseA]

Det är 3dB skillnad över hela frekvensspektrat, det borde väl inte ha med baffelsteget att göra?

[onni]

Det blir inte 3dB lägre nivå. Det blir 6dB till slut mot lägre frekvenser. Kolla nivån vid 100Hz så ser man. Det är det klassiska baffelsteget som visar sig. lägre frekvenser får inget stöd från halvrymden av den oändliga baffeln utan får jobba mot impedansen av en helrymd istället.

Jodå, det är jag med på. Men skillnaden jag syftar på är maxnivån (SPL) mellan FEM-simuleringen och Basta!-simuleringen.

Svante: Beräknas nivån i Basta! på avståndet 1m?
EDIT: Det ställde man ju in i Baffle designer ser jag nu.

Jag kan inte "slå på" baffeldiffraktionen eftersom jag inte har betalversionen (sorry... ).

/Anton

[Svante]

Jag kan inte "slå på" baffeldiffraktionen eftersom jag inte har betalversionen (sorry... ).

Du kan ju alltid fuska och ta kurvan baffle driver step och lägga ihop den med responsen. Om du exporterar till textfil på file-menyn så borde du kunna läsa in Bastasimuleringen i Matlab för jämförelse.

[Svante]

Det är 3dB skillnad över hela frekvensspektrat, det borde väl inte ha med baffelsteget att göra?

Kan det vara så att du antar att cone excursion i Basta! är toppvärde? Det är effektivvärde.

[onni]

Det är 3dB skillnad över hela frekvensspektrat, det borde väl inte ha med baffelsteget att göra?

Kan det vara så att du antar att cone excursion i Basta! är toppvärde? Det är effektivvärde.

Aha! Petar in det imorgon

/Anton

[luminous]

Som sagt, Onni, mycket läsvärd tråd. Skulle vara intressant att se vad baffelns form har för inverkan när högtalaren sitter i en waveguide.

Tack! Ditt program var faktiskt en av anledningarna till att jag började titta på simulering av akustik med FEM-program Mitt vardagsrum är nämligen långt från rektangulärt (sitter ihop med kök, hall, trappa, del av övervåning...). Jag har försökt köra lite simuleringar, men får så enorma toppar och dalar med hårda väggar och jag har inte hittat några bra data för gipsväggar, har du?

Waveguide kan jag nog kika på lite senare, priolistan ser ut såhär just nu:

1. Baffelformer med ett element.
2. Baffelformer två element och definierade SPL-kurvor för varje (från Basta! kanske?).
3. Olika former av dämpning i ett rum, högtalarplacering (alltså liknande ditt program, fast med mer inställningsmöjligheter).

/Anton

Kul att mitt program inspirerade dig. Jag har experimenterat lite med Comsol innan, det kändes ganska lättanvänt trots att jag inte är så insatt i matematiken bakom men det hade definitivt hjälpt att förstå mer om FEM och alla begrepp som används kring lösning av FEM problem. Har du studerat teorin bakom?

[Harryup]

Skiljer sig diffraktionen om det är ett kortslagigt eller långslagigt element?

mvh/Harryup

[Svante]

Skiljer sig diffraktionen om det är ett kortslagigt eller långslagigt element?

mvh/Harryup

Nej, den uppstår vid lådans kant (eller böjda ytor) och har alltså inget att göra med hur långt konen kan slå. Möjligen har lång- och kortslagiga element olika upphängningar som kanske kan ge lite olika diffraktion, men det lär inte bli mycket skillnad. Störst lär skillnaden bli högst uppe i diskanten, att det blir lite reflexer från baselementets upphängning när diskantens ljud når dit. Men effekten är som sagt mycket liten.

[onni]

Som sagt, Onni, mycket läsvärd tråd. Skulle vara intressant att se vad baffelns form har för inverkan när högtalaren sitter i en waveguide.

Tack! Ditt program var faktiskt en av anledningarna till att jag började titta på simulering av akustik med FEM-program Mitt vardagsrum är nämligen långt från rektangulärt (sitter ihop med kök, hall, trappa, del av övervåning...). Jag har försökt köra lite simuleringar, men får så enorma toppar och dalar med hårda väggar och jag har inte hittat några bra data för gipsväggar, har du?

Waveguide kan jag nog kika på lite senare, priolistan ser ut såhär just nu:

1. Baffelformer med ett element.
2. Baffelformer två element och definierade SPL-kurvor för varje (från Basta! kanske?).
3. Olika former av dämpning i ett rum, högtalarplacering (alltså liknande ditt program, fast med mer inställningsmöjligheter).

/Anton

Kul att mitt program inspirerade dig. Jag har experimenterat lite med Comsol innan, det kändes ganska lättanvänt trots att jag inte är så insatt i matematiken bakom men det hade definitivt hjälpt att förstå mer om FEM och alla begrepp som används kring lösning av FEM problem. Har du studerat teorin bakom?

Ärligt talat så har jag (hyffsat) bra koll på programmet och FEM, men inte matten för just Helmholtz-ekvationen (som COMSOL löser). Jag har pluggat strukturmekanik och termodynamik, inte så mycket ljud och vibrationer.

/Anton

[onni]

Här kommer resultat för rätblockslådan med 25 mm rundning av hörnen (jämfört med skarpa hörn)!

Såhär ser det ut On-axis och 15 grader off både vertikalt och horisontellt:

Blå är alltså on-axis, röd 15 grader vertikalt och grön 15 grader horisontellt. Heldragna linjer är för skarpa hörn och streckade linjer för 25 mm rundning.

Eftersom figuren är lite grötig kommer här en zoom på området mellan 1 kHz och 1 kHz:


Klart och tydligt gör rundnigen nytta, den dämpar både dalar och toppar. Resultatet är en jämnare frekvensgång där man mellan 800 och 20 kHz får diffraktionsstörningar på ±0.78 dB istället för ±1.26 dB (on-axis).

/Anton

EDIT1: Nu på rätt ställe... Alltså i tråden och inte som en ny tråd.

[paa]

Kör du motsvarande med 45 graders faser också?

[onni]

Kör du motsvarande med 45 graders faser också?

Japp, den är igång. Blir väl klar imorgon
Körtiden för simuleringen (körde allt i ett svep från 50 till 6000 Hz) tog 13 timmar.

/Anton

[Andren]

Kör du motsvarande med 45 graders faser också?

Japp, den är igång. Blir väl klar imorgon
Körtiden för simuleringen (körde allt i ett svep från 50 till 6000 Hz) tog 13 timmar.

/Anton

Hej!

Jag sitter på en dator med comsol, så vill du ha lite beräkningshjälp så kan det kanske gå att ordna. Var ett tag sedan jag pillade med programmet, så jag är lite ringrostig, men iaf :)

När modellen ändå är färdig, så ska det väl ändå vara att trycka på "play" :)

[Nattlorden]

Har aldrig jobbat med FEM-analys, så här kommer en potentiellt dum fråga... Kan man köra baklänges? Dvs om man visst hur man vill ha spridningen, kan man räkna fram hur låda skall se ut?

[onni]

Här kommer en direkt jämförelse av skarpa, fasade och rundade hörn där rundningen och fasningen är 25 mm.




Lådan är som tidigare 160x419x259 med elementet mitt på sidan som är 160*419. Det ser ut såhär:

Med fasade kanter.

EDIT1:
Som synes är de fasade kanterna bäst i jämförelsen. Mellan 800 och 20 kHz fås diffraktionsstörningar på ±0.53 dB (fasat) ±0.78 dB (rundat) och ±1.26 dB (skarpt) on axis..

[onni]

Kör du motsvarande med 45 graders faser också?

Japp, den är igång. Blir väl klar imorgon
Körtiden för simuleringen (körde allt i ett svep från 50 till 6000 Hz) tog 13 timmar.

/Anton

Hej!

Jag sitter på en dator med comsol, så vill du ha lite beräkningshjälp så kan det kanske gå att ordna. Var ett tag sedan jag pillade med programmet, så jag är lite ringrostig, men iaf :)

När modellen ändå är färdig, så ska det väl ändå vara att trycka på "play" :)

Jodå, så är det, om man har de moduler som krävs (acoustics module i det här fallet).

Nattlorden: Njah, riktigt så enkelt är det tyvärr inte. Det går att köra optimeringar (om man har den modulen) genom att variera satta parametrar och kräva att frekvenssvaret i en viss punkt ska bli så lik som möjligt ett givet frekvenssvar. I 3D innebär det dock väldiga beräkningar...

/Anton

[Nattlorden]

Nattlorden: Njah, riktigt så enkelt är det tyvärr inte. Det går att köra optimeringar (om man har den modulen) genom att variera satta parametrar och kräva att frekvenssvaret i en viss punkt ska bli så lik som möjligt ett givet frekvenssvar. I 3D innebär det dock väldiga beräkningar...

ok.
Förutom huvudproblement att veta exakt vilket strålningsmönster man önskar då....

[Kraniet]

något som jag saknar(ja förutom kantsimulering) i Edge är möjligheten att simulera inverkan från andra element.

Har ett projekt just nu där jag simulerade i Edge och satte diskanten offaxis för att mildra diffraktionseffekter. Men det uppmätta resultatet blev en 5-6dB peak vid 3kHz som jag inte räknat med! Diskanten sitter väldigt nära en 8 tums bas. Förutsatt att edge visar "verkligheten" så är den enda förklaring jag kan se att det är baselementets närvaro som orsakar problemet.
Har tyvär inte experimenterat mer med den frågan.

En annan sak ang off-axis placering i horisontalled. Det är inte så trevligt som man kan tro. Frekvensgången blir ju olika beroende på vilken sida av lådan man mäter. Nånting som löser problemet åt ena hållet kan bidra med problem åt andra hållet.

Högtalaren ovan modellerades först efter att mäta bra i ca 15gr vinkel på den sidan som diskanten sitter närmast kanten. Men on-axis fick då en peak medan off-axis åt andra hållet såg än värre ut. Inte så behagligt.
Lösningen har jag inte kommit fram till än annat än att filtret fick ett rcl-filter för att ta ned peaken runt 3khz. Vilket förstås får som effekt att frekvensgången i den tänkta riktningen får en väldigt kraftig dal runt det tänkta området och frekvensgången off-axis mot "utsidan" av lådan har den rakaste frekvensgången. "Energikurvan" blir ju något sånär rak med en liten sänkning runt 3kHz, men som helhet kanske det inte är en så eftertraktad lösning..

Men möjligheten att simulera ett mer komplext samband med flera element (med kongeometri) och kantavslut vore väldigt intressant. Antar det blir ett lite komplicerat program dock.

[onni]

något som jag saknar(ja förutom kantsimulering) i Edge är möjligheten att simulera inverkan från andra element.

Har ett projekt just nu där jag simulerade i Edge och satte diskanten offaxis för att mildra diffraktionseffekter. Men det uppmätta resultatet blev en 5-6dB peak vid 3kHz som jag inte räknat med! Diskanten sitter väldigt nära en 8 tums bas. Förutsatt att edge visar "verkligheten" så är den enda förklaring jag kan se att det är baselementets närvaro som orsakar problemet.
Har tyvär inte experimenterat mer med den frågan.

En annan sak ang off-axis placering i horisontalled. Det är inte så trevligt som man kan tro. Frekvensgången blir ju olika beroende på vilken sida av lådan man mäter. Nånting som löser problemet åt ena hållet kan bidra med problem åt andra hållet.

Högtalaren ovan modellerades först efter att mäta bra i ca 15gr vinkel på den sidan som diskanten sitter närmast kanten. Men on-axis fick då en peak medan off-axis åt andra hållet såg än värre ut. Inte så behagligt.
Lösningen har jag inte kommit fram till än annat än att filtret fick ett rcl-filter för att ta ned peaken runt 3khz. Vilket förstås får som effekt att frekvensgången i den tänkta riktningen får en väldigt kraftig dal runt det tänkta området och frekvensgången off-axis mot "utsidan" av lådan har den rakaste frekvensgången. "Energikurvan" blir ju något sånär rak med en liten sänkning runt 3kHz, men som helhet kanske det inte är en så eftertraktad lösning..

Men möjligheten att simulera ett mer komplext samband med flera element (med kongeometri) och kantavslut vore väldigt intressant. Antar det blir ett lite komplicerat program dock.

Intressant! Det här är sådant som jag hoppas kunna ge mig på att simulera Jag planerar inför ett bygge där lådan ska in i ett fack i en bokhylla som är 335*335 mm (http://www.faktiskt.se/modules.php?name ... ic&t=57186). Eftersom att det är två element som behöver sitta i baffeln kommer de hamna asymmetriskt, alltså riskerar jag liknande problem som du stött på.

/Anton

[onni]

Nu har jag kört med en fasning på 12.5 mm, som är rimligare att en vanlig hemmapulare har tillgång till. Resultaten jämförs med 25 mm fasning samt skarpa hörn. (Övriga mått är samma som tidigare.)





Mellan 800 Hz och 20 kHz fås diffraktionsstörningar på ±0.53 dB för 25 mm fasning, ±0.91 dB för 25 mm fasning och ±1.26 dB för skarpa hörn (on-axis).

Oväntat stor förbättring att köra 25 mm fasning jämfört med 12.5 mm fasning.

/Anton

[paa]

Dubbelpost.

[Fjonkalicious]

*applåder*