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http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B8WFCY| Tipo: | Dissertação de Mestrado |
| Título: | Modelagem numérica de sistemas de áudio em habitáculo veicular |
| Autor(es): | Rafael Morais Cunha |
| Primeiro Orientador: | Eduardo Bauzer Medeiros |
| Primeiro membro da banca : | Guilherme de Souza Papini |
| Segundo membro da banca: | Christian Gonçalves Herrera |
| Resumo: | Devido à necessidade crescente em se obter sistemas de som automotivo de alto desempenho em um curto ciclo de desenvolvimento, métodos preditivos para a caracterização da resposta acústica em habitáculos veiculares vêm sendo cada vez mais empregados pela engenharia de veículos, com o intuito principal de se estimar o campo sonoro em pontos de interesse da cavidade. Uma possível solução para isso é através da modelagem computacional de um modelo geométrico discretizado e pré-processado do volume de ar interno ao compartimento de passageiros. Com a devida representação matemática das condições de contorno passivas (materiais em habitáculo) e das condições de contorno ativas (fontes de radiação sonora) é possível empregar o método numérico dos elementos finitos para simular as reflexões e radiações sonoras na cabine, a fim de se estimar a resposta acústica de sistemas de som até a frequência limite do método, que está atrelada ao hardware utilizado nas simulações. Com base nisso, o presente trabalho teve o intuito de modelar numericamente um sistema de som automotivo constituído de alto-falantes midrange montados nos painéis das portas anteriores de um veículo padrão da categoria hatch médio, a fim de se estimar a resposta acústica desses sistemas nos pontos de escuta do motorista, até a frequência máxima de 1.000 Hz. Para isso foi inicialmente criado uma representação em elementos finitos do compartimento de passageiros do automóvel analisado, levando-se em consideração a geometria e posições exatas dos alto-falantes mid-range frontais, além de uma representação geométrica discretizada da cabeça e tronco do motorista, necessária para incluir o fenômeno de difração das ondas sonoras nas regiões próximas aos ouvidos do ocupante. Após isso os materiais acusticamente absorvedores em habitáculo foram ensaiados para se estimar o parâmetro impedância acústica específica, o que foi feito por um tubo de impedância da B&K. Em seguida foi medida a resposta eletromecânica dos alto-falantes por meio de um vibrômetro laser de efeito Doppler, o que resultou em uma função de resposta em frequência entre a aceleração no centro desses transdutores e a tensão de entrada nas bobinas, avaliada enquanto o cone do alto-falante estava em seu primeiro modo de vibrar. Com as condições de contorno devidamente representadas, elas foram aplicadas no modelo discretizado da cavidade do compartimento de passageiros, e o modelo foi executado e configurado no software LMS Virtual.Lab 13.7, o que de fato resultou na resposta acústica do sistema de som analisado nos pontos de escuta do motorista. Esses resultados foram confrontados com curvas experimentais de mesma natureza e foi constatada boa correlação em frequência. Contudo o fator de amortecimento modal foi subestimado em razão fundamental da negligência dos acoplamentos vibro acústicos que contribuem, em especial abaixo de 200 Hz, na dinâmica das reflexões sonoras nos contornos do habitáculo. Além disso, o ensaio da resposta eletromecânica dos alto-falantes validou o modelo matemático de pistão em um baffle infinito. Tal constatação mostra que até a primeira frequência de ressonância das membranas as fontes dos sistemas de som automotivo podem ser simuladas pelo modelo em elementos finitos sem a necessidade de se caracterizar experimentalmente a resposta eletromecânica das mesmas |
| Abstract: | Due to the growing need to obtain high performance automotive sound systems in a short development cycle, predictive methods for the characterization of the acoustic response in vehicle passenger compartments have been increasingly used by vehicle engineering, with the main purpose of estimating the sound field at points of interest of the cavity. A possible solution to this is through the computational modeling of a discrete and pre-processed geometric model of the internal air volume of the passenger compartment. With the proper mathematical representation of the passive boundary conditions (interior materials) and the active boundary conditions (sound radiation sources), it is possible to use the numerical method of finite elements to simulate sound reflections and radiations in the cabin in order to estimate the acoustic response of sound systems up to the frequency limit of the method, which is linked to the hardware used in the simulations. Based on this, the present work aimed to numerically model an automotive sound system consisting of mid-range loudspeakers mounted on the front door panels of a medium hatch category standard vehicle in order to estimate the acoustics response of these systems at the listening points of the driver, up to the maximum frequency of 1.000 Hz. In order to do that, a passenger compartment finite element model of the analyzed car was created, taking into account the geometry and exact positions of the speakers mid-range, in addition to a discretized geometric representation of the driver's torso and head, necessary to include the phenomenon of diffraction of sound waves in the region near the ears of the occupant. After that, the acoustically absorbent materials in cabin were tested to estimate the specific acoustic impedance parameter, which was done by a B&K impedance tube. Then the electromechanical response of the speakers was measured by means of a Doppler laser vibrometer, which resulted in a frequency response function between the acceleration in the center of these transducers and the input voltage in the coils, evaluated while the cone of the loudspeaker was in its first vibrating mode. With the boundary conditions properly represented, they were applied in the discretized model of the passenger compartment cavity, and the model was executed and configured in the software LMS Virtual.Lab 13.7, which in fact resulted in the acoustic response of the sound system analyzed in the listening points. These results were confronted with experimental curves of the same nature and a good frequency correlation was found. However, the modal damping factor was underestimated due to the negligence of the acoustic vibro-couplings that contribute, especially below 200 Hz, in the dynamics of sound reflections in the boundaries of the passenger compartment. In addition, the electromechanical response of the speakers validated the mathematical model of piston in a infinity baffle. Such a finding shows that up to the first resonance frequency of the membranes, the sources of automotive sound systems can be simulated by the finite element model without the need to characterize its electromechanical response |
| Assunto: | Método dos elementos finitos Impedância acústica Alto-falantes Automóveis Equipamento de som Engenharia mecânica |
| Idioma: | Português |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Instituição: | UFMG |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B8WFCY |
| Data do documento: | 3-Ago-2018 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações de Mestrado |
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