W pracy został stworzony numeryczny syntezator dźwięku pozwalający na generowanie sygnału akustycznego o zadanych parametrach w wybranych punktach pola w sytuacji, gdy wymuszenie w układzie ma charakter impulsowy.
Otrzymany syntezator numeryczny składa się z dwu głównych bloków. Zadaniem pierwszego bloku jest wyznaczenie parametrów konstrukcji generującej dźwięk, które pozwalają uzyskać jego oczekiwane parametry akustyczne. Były nimi przede wszystkim częstotliwości składowe widma generowanego dźwięku oraz odpowiednie proporcje pomiędzy nimi. Osiągnięte to zostało poprzez wyznaczenie, na podstawie metody planowania eksperymentu (DOE), hiperpowierzchni odpowiedzi (RS) układu oraz znalezienie na niej rozwiązania. Drugi blok ma na celu syntezę dźwięku. Zbudowany został w tym celu, przy pomocy metody elementów skończonych (MES), rozbudowany model numeryczny opisujący pole mechaniczne, pole akustyczne oraz uwzględniający sprzężenie pomiędzy nimi. Następnie wygenerowany został sygnał akustyczny w punkcie odbioru. Obiektem aplikacji były trzy wybrane konstrukcje: misa tybetańska, dzwon oraz głośnik w obudowie zamkniętej.
Wyniki przedstawionej syntezy szczególnie interesujące i przydatne w praktyce są dla dzwonów, ponieważ już na etapie ich projektowania pozwalają odpowiednio dobrać ich parametry konstrukcyjne, zbadać i odsłuchać dźwięk przez nie generowany oraz wprowadzić ewentualne korekty, tak aby spełnić oczekiwania odbiorcy. Dzięki temu można uzyskać lepszy produkt bez konieczności ponoszenia kosztów wytworzenia i testowania modeli rzeczywistych.
FEM application for synthesis of coupled vibroacoustic fields in a system with impulse excitation
In the paper numerical sound synthesizer was developed for generating an acoustic signal with desired parameters at selected sound field points in a system excited by the impulse forcing.
The resulting numerical synthesizer consists of two main blocks. The task of is to determine the first block sound source design parameters which allow to get the desired acoustic performance. The parameters taken into account first of all are the frequency components of the sound spectrum and the appropriate proportions between them. This is achieved by planning on the basis of DOE numerical experiment, obtaining system response surface (RS) and finding on it solution. The second block is designed to sound synthesis. For this purpose was developed a numerical model that describes the mechanical field, the sound field and the coupling between them. It allows the generation of an acoustic signal at any point of the field. The object of the application were three selected designs: Tibetan bowl, a bell and a sealed-box speaker. The synthesis included in dissertation is particularly interesting and useful in practice for the bells. It allows that even at the early stage of prototyping it is possible to choose appropriate design parameters, preview the generated sound and make approporiate adjustments in order to meet the needs of the recipient. This results in a better product without having to bear the cost of the real model manufacturing and testing.
