Ανάλυση και βελτίωση της ακουστικής κλειστών χώρων κάτω από τη συχνότητα Schroeder με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

The subject of the present PhD Thesis is the low frequency sound field in small enclosed spaces under Schroeder frequency, and it’s goal is the elimination of the low frequency sound coloration over expanded audience areas. For this purpose, a Methodology for Acoustic Analysis with Finite Elements, which implements the technique of panel resonator sound absorbers, is proposed,. An Application Software for Acoustic Analyses with Finite Elements was developed as a tool of implementation of the Methodology. With the help of simulations of the software, the numerical accuracy of the Finite Elements in acoustic analysis was tested, and the performance of the control mechanisms of the modal resonances of enclosed sound field was studied. Finally, the methodology was applied experimentally to a case study, involving the acoustic adaptation of a sound recording and production control room. The results of the Methodology were verified and the operation of the Software was certified through the application of new acoustic measurement methods. Also, in the present PhD Thesis the phenomenon of the low frequency sound coloration was analyzed, the various techniques dealing with the problem were presented, the main elements of wave theory underlying low frequency sound field were formulated, and the use of the Finite Element Method in acoustics was described. The proposed methodology helps to tackle the low frequency sound coloration problem, while the software adds flexibility and ease on application of the Finite Element Method in acoustic problems in closed rooms. The combination of the Methodology and the Software in the experiment was reliable and effective.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι το χαμηλόσυχνο ηχητικό πεδίο μέσα σε μικρούς κλειστούς χώρους και κάτω από τη συχνότητα Schroeder, ενώ ο στόχος της είναι η εξάλειψη του χαμηλόσυχνου ηχητικού χρωματισμού σε εκτεταμένες περιοχές ακρόασης. Για το σκοπό αυτό προτείνεται η Μεθοδολογία Ακουστικής Ανάλυσης με Πεπερασμένα Στοιχεία, με την οποία εφαρμόζεται η τεχνική των ηχοαπορροφητών συντονισμού πλαισίου. Ως εργαλείο υλοποίησης της Μεθοδολογίας αναπτύχθηκε το Λογισμικό Εφαρμογής Ακουστικών Αναλύσεων με Πεπερασμένα Στοιχεία. Με τη βοήθεια των προσομοιώσεων του Λογισμικού εξετάστηκε η αριθμητική ακρίβεια των Πεπερασμένων Στοιχείων στην Ακουστική Ανάλυση, μελετήθηκε η απόδοση των μηχανισμών ελέγχου των ρυθμικών συντονισμών του περίκλειστου ηχητικού πεδίου, και τέλος, εφαρμόστηκε πειραματικά η Μεθοδολογία σε μια περίπτωση μελέτης ακουστικής προσαρμογής, που αφορούσε σε μια αίθουσα ελέγχου και παραγωγής ηχογραφήσεων. Κατά την εφαρμογή της Μεθοδολογίας επαληθεύθηκαν τα αποτελέσματά της και πιστοποιήθηκε η λειτουργία του Λογισμικού εφαρμόζοντας νέες μεθόδους ακουστικών μετρήσεων. Εκτός των άλλων, στη διατριβή αναλύεται το φαινόμενο του χαμηλόσυχνου ηχητικού χρωματισμού, παρουσιάζονται οι διάφορες τεχνικές αντιμετώπισής του, διατυπώνονται τα κύρια στοιχεία της κυματικής θεωρίας που διέπει το χαμηλόσυχνο ηχητικό πεδίο, και περιγράφεται η χρήση της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων στην Ακουστική. Η προτεινόμενη Μεθοδολογία βοηθάει στην αποτελεσματική αντιμετώπιση του προβλήματος του χαμηλόσυχνου ηχητικού χρωματισμού, ενώ το Λογισμικό προσδίδει ευελιξία και ευκολία στην εφαρμογή της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων σε προβλήματα ακουστικής κλειστών χώρων. Ο συνδυασμός της Μεθοδολογίας και του Λογισμικού στην πειραματική εφαρμογή ήταν αξιόπιστος και αποτελεσματικός.