Modelování zvukového pole ozvučovacího systému
Loading...
Date
Authors
Štěpáník, Jiří
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato práce zkoumá problematiku ozvučovacích PA systému a možnosti simulovat jejich akustický tlak v prostoru. Cílem bylo prostudovat metody modelování zvukového pole více reproduktorů pomocí analytických, numerických a geometrických metod a následně pomocí nich v práci realizovat simulace pomocí těchto metod v prostředí MATLAB pro soustavy zvukových zdrojů. Na tyto zdroje měly být aplikovány směrové charakteristiky reálných reprosoustav. Funkčnost simulací měla být následně ověřena měřením reprosoustav ve volném a uzavřeném prostoru. Nejprve jsou uvedeny základní teoretické principy fungování reproduktorů a reprosoustav a následně byl měřením analyzován jedno konkrétní PA systém. Z měření byly získány směrové charakteristiky jednotlivých reprosoustav tohoto systému, které následně slouží jako vstupní data k implementaci simulace šíření zvuku z PA v prostoru. Realizace simulací se skládá z teoretického popisu, návrhu a následného řešení pomocí funkcí v prostředí MATLAB, kde byla vytvořena i uživatelská aplikace pro snadné ovládání těchto funkcí a vizualizaci výstupních dat simulací. K simulacím se používá analytická metoda, geometrická metoda na principu zrcadlových zdrojů a numerická metoda na principech FDTD (Finite Difference Time Domain) pomocí volně dostupného MATLAB toolboxu k-Wave. V závěrečné části práce byla provedena ověřovací měření ve volném a uzavřeném prostoru, která slouží k porovnání reálných dat s výstupy jednotlivých simulací. Tato ověřovací měření jsou následně v práci vyhodnocena. Jsou uvedeny problémy spojené s volbou prostoru pro měření a náročností procesu. V neposlední řadě jsou také zmíněny vylepšení takových měření, ať už realizované či teoretické poznatky k nim. Úplný závěr práce je pak věnován celkovému zhodnocení průběhu práce, dosažených cílů a návrhů jakými způsoby by šlo výsledky práce zdokonalit.
This work examines the issue of PA sound systems and the possibilities of simulating their acoustic pressure in space. The aim was to study the methods of modeling the sound field of multiple loudspeakers using analytical, numerical and geometric methods and then to use them in the work to implement simulations using these methods in the MATLAB environment for sound source systems. The directional characteristics of real loudspeakers were to be applied to these sources. The functionality of the simulations was to be subsequently verified by measuring loudspeakers in free and closed spaces. First, the basic theoretical principles of loudspeaker and loudspeaker operation are presented and then one specific PA system was analyzed by measurement. The directional characteristics of the individual loudspeakers of this system were obtained from the measurements, which subsequently serve as input data for implementing the simulation of sound propagation from a PA in space. The implementation of the simulations consists of a theoretical description, design and subsequent solution using functions in the MATLAB environment, where a user application was also created for easy control of these functions and visualization of the output data of the simulations. The simulations use an analytical method, a geometric method based on the mirror source principle, and a numerical method based on the FDTD (Finite Difference Time Domain) principle using the freely available MATLAB toolbox k-Wave. In the final part of the work, verification measurements were performed in free and closed space, which serve to compare real data with the outputs of individual simulations. These verification measurements are subsequently evaluated in the work. Problems associated with the choice of space for measurement and the complexity of the process are presented. Last but not least, improvements to such measurements are also mentioned, whether implemented or theoretically discussed. The complete conclusion of the work is then devoted to an overall evaluation of the work progress, achieved goals, and suggestions for ways to improve the results of the work.
This work examines the issue of PA sound systems and the possibilities of simulating their acoustic pressure in space. The aim was to study the methods of modeling the sound field of multiple loudspeakers using analytical, numerical and geometric methods and then to use them in the work to implement simulations using these methods in the MATLAB environment for sound source systems. The directional characteristics of real loudspeakers were to be applied to these sources. The functionality of the simulations was to be subsequently verified by measuring loudspeakers in free and closed spaces. First, the basic theoretical principles of loudspeaker and loudspeaker operation are presented and then one specific PA system was analyzed by measurement. The directional characteristics of the individual loudspeakers of this system were obtained from the measurements, which subsequently serve as input data for implementing the simulation of sound propagation from a PA in space. The implementation of the simulations consists of a theoretical description, design and subsequent solution using functions in the MATLAB environment, where a user application was also created for easy control of these functions and visualization of the output data of the simulations. The simulations use an analytical method, a geometric method based on the mirror source principle, and a numerical method based on the FDTD (Finite Difference Time Domain) principle using the freely available MATLAB toolbox k-Wave. In the final part of the work, verification measurements were performed in free and closed space, which serve to compare real data with the outputs of individual simulations. These verification measurements are subsequently evaluated in the work. Problems associated with the choice of space for measurement and the complexity of the process are presented. Last but not least, improvements to such measurements are also mentioned, whether implemented or theoretically discussed. The complete conclusion of the work is then devoted to an overall evaluation of the work progress, achieved goals, and suggestions for ways to improve the results of the work.
Description
Citation
ŠTĚPÁNÍK, J. Modelování zvukového pole ozvučovacího systému [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Zvuková produkce a nahrávání
Comittee
doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Sysel, Ph.D. (místopředseda)
MgA. Michal Indrák, Ph.D. (člen)
Ing. MgA. Jana Jelínková (člen)
Ing. Jaromír Mačák, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2025-06-12
Defence
Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil diplomovou práci
a odpověděl na otázky členů komise a oponenta.
Otázky oponenta:
1) Vysvětlete postup, jakým ze změřené horizontální a vertikální směrové vyzařovací charakteristiky získáváte 3D charakteristiku.
2) Jaká je definice činitele odrazivosti a jeho souvislost s činitelem pohltivosti?
Otázky komise:
1) Jak jste získal efektivní hodnotu akustického tlaku u analytického modelu?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení