Оптимизация геометрии фланца на ВЧ динамике с помощью МКЭ

[timpankov]

Доброго времени суток.
По профессии я инженер-конструктор. На работе часто приходится для расчетов в области тепла, механики, электромагнетизма, а также для других полевых задач приходится применять метод конечных элементов (МКЭ).
На днях мне попалось несколько дешевых китайских динамиков. У них какие-то страшные фланцы, да еще и внутри под куполом ничего нету. Померил АЧХ, ИЧХ. Корявую ИЧХ удалось легко исправить герметизацией пространства под куполом и неплотного заполнения ватой. А вот с АЧХ сложнее. Она, конечно, получше стала, но в целом отстой.
Вот родилась такая идея.
АЧХ, кроме электромеханических параметров купола, сильно зависит также от формы фланца. Влияние формы фланца можно оценить, если знать звуковое поле вокруг фланца в радиусе хотя бы 1м.

Кто-нибудь пробовал рассчитывать звуковое поле динамиков?

Полистав литературу не нашел ничего о том, как рассчитать форму фланца аналитически. Однако, в Алдошиной ВАСИ, было некоторое теоретическое описание уравнений акустоэлектромеханической модели динамической головки. Решил попробовать найти распределение звукового давления используя МКЭ.
Модель я несколько обобщил, попытавшись записать как сопряженную систему уравнений состоящую из уравнений Максвелла для электромагнитного поля, закона Гука в общей форме и уравнения Гельмгольца для звукового поля. Теперь эту систему уравнений можно решить используя МКЭ. Составил модель в Comsol Multiphysics.

Посмотрел на модель - сложновато получилось, памяти не хватит...
Решил сначала решить чисто акустическую задачу по нахождению передаточной функции фланца при идеальном куполе.

В качестве подопытного была взята пищалка TW-318, сняты размеры фланца и построена модель. Собственно, вот предварительные расчеты звукового давления идеального купола с фланцем TW-318 на расстоянии 1м и углах отклонения 0, 30 и 60 град..
Продолжение следует....

[Malinovsky D]

timpankov,
Коллега, это просто охрененный труд! И это без шуток.
Теперь о шутках. Напрашивается вопрос из анекдота "Пап, пап, а с кем ты разговариваешь?"

По теме - снимаю шляпу и с восхищением смотрю. На собеседника не тяну.

[Anton69]

Обратитесь к автору странички h__p://www.audio-fil.narod.ru/index.htm.
Он в данном направлении уже неплохо продвинулся.

[Dmitr_RE]

timpankov,
Попробуйте обратится к stasman, на форуме он самый опытный по этим делам

[Iliya20]

А какую задачу Вы перед собой ставите? Я знаю, что ребята в Harman International разработали методику расчёта волноводов пищалок для согласования их диаграмм направленности со среднечастотниками вокруг частоты раздела.

[Malinovsky D]

На самом деле, конечно же, вопрос не праздный - расчет оптимальной формы фланца. Я был бы наверное счастлив, если бы существовал точный инструмент для расчета и моделирования подобных фишек. Или, если и не счастлив, то хотя бы сэкономил кучу времени, потраченного на скульптурные опыты.

Чего греха таить, как только увидел забытые фамили Максвел, Гук и "систему уравнений", в памяти свежо всмомнился экзаменационный андреналин, а не радость творческого исследования.

Кроме того, при самостоятельном изучении акустических трактатов, составилось субъективное мнение, что основной сложностью решения задач в акустике является не громоздкость решения диффуров, а корректная постановка начальных условий. И это действительно камень преткновения. Приходится идти на серьезное упрощение модели, по сравнению с реальностью. Итоговое решение получается идеализированным и все равно требует практической проверки на грубость принятых упрощений.

Сейчас вообще складывается впечатление, что теоретические исследования в области конструирования акустических агрегатов уступили пальму первенства практическим опытам и эмпирическим зависимостям. Поскольку нифига нового не появляется и все сводится к всевозможной доводке и шлифовке давно придуманных, расчитанных и оптимизированных решений.

Поэтому, если говорить о практической пользе методики, применяемой автором топика, то лично для меня она не до конца очевидна. Не до конца очевидна с точки зрения формирования звука (его субъективной оценки). Моделирование процессов, перечисленных timpankov в начале сообщения, насколько я слышал, является в настоящее время просто волшебной палочкой-выручалочкой и позволяет экономить кучу времени и денег.

В итоге остается какое-то двойственное ощущение. Возможно, когда-нибудь кто-нибудь и нарисует математическую картину происходящего в акустике, или хотя бы численную модель. В то же время, на практике порой сталкиваясь с неясными явлениями, не объясняемыми измерениями, перестаешь доверять вообще чему-либо, кроме практических экспериментов. Безусловно, такое недоверие к теоретическому подходу вызывает превращение мозгового вещества в костное, но зато возникает приятное ощущение защищенности (ограниченности, возможно). Вот и получается, что удовлетворяешься точностью расчетов +/- километр, а дальше напильником, напильником... И превращаешься из дипломированного инженера в кустаря-одиночку (или не в одиночку)

Кстати, реальный среднестатистический акустический diy-ер теперь тоже требует программ для расчета. Ему не интересно считать частоту настройки ФИ через корни и логарифмы (и мне, блин, как ни обидно, тоже).
В связи с этим, присоединяюсь к вопросу Iliya20:

А какую задачу Вы перед собой ставите?

[timpankov]

Пока сейчас очень занят, поэтому много говорить не буду. Планирую освободиться к концу следующей недели, тогда отлажу расчетную схему и проверю на практике.
Сейчас только немного обнадежу. Вообще, что касается электромеханики, тепловых расчетов и решения полупроводниковых задач, то при корректном задании свойств материалов и граничных условий расчет хорошо сходится с практикой, я это проверил на себе, зависит от тщательности подготовки модели. Различие 5-15%.
Даже количественное различие в 15-30%, хоть и не дает достоверных цифр, но дает возможность качественно понять куда надо копать и что от чего зависит.
Что касается экспериментов, то это на любителя. Кому-то интересно ставить эксперимент из 30 опытов за месяц, кому-то интересно провести опыт для отладки модели, провести оптимизацию, и парочку проверочных опытов для самопроверки и тоже за месяц. Время одно и тоже. Только стоимость опытов может быть дороговато, хотя расчетное ПО стоит столько, что на 10 лет экспериментов хватит.... Кому что нравится.
Лично мне интересен второй вариант. Это позволяет мне работать не вслепую. И это не просто сухие формулы, это тоже очень интересно с точки зрения глубокого изучения процессов в акустике.

[tbvbor]

Не совсем понимаю что требуется автору, но думаю в любом случае стоит обратить внимание на разработки от Loudsoft, в частности на это http://www.loudsoft.com/default.asp?site=FINECone.asp
Возможно там и фланец рассчитывается. Данные программы есть также на нашем ФТП. Может вам timpankov, это чем то поможет

[toivo]

Offтопик:
Уважаемые!!! Напомните, плз, хоть в личку -- где-то здесь было про рассчет фазовыравнивающего тела. ссылку....

С уважением, Макс Тараненко.