Original title:
Analýza směrového vyzařování line-array systémů
Translated title:
Investigation of the Directivity of Line-Array Loudspeaker Systems
Authors:
Logr, David ; Schimmel, Jiří (referee) ; Skvaril, Šimon (advisor) Document type: Bachelor's theses
Year:
2026
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[cze][eng]
Práce popisuje principy sčítání vln směrových zdrojů zvuku \cite{McCarthy}. Dále vysvětluje fyzikální podstatu směrového vyzařování line-array systémů \cite{WST2003} \cite{JBL} a diskutuje vybrané metody ovlivňování jejich směrovosti. Zejména pak přibližuje princip použití speciálních vlnovodů v kontextu WST kritérií \cite{WST2003}. Dále popisuje princip návrhu mezních kmitočtů filtrů typu dolní propust, za účelem kmitočtového stínování column-array systémů. V kontextu manipulace s úhlem odklonu hlavního vyzařovacího laloku, resp. v kontextu beamsteeringu, popisuje návrh potřebných zpoždění k dosažení definovaného odklonu hlavního laloku a varuje před zpřísněním prostorové vzorkovací poučky při vyzařování mimo jinou než referenční osu systému. Práce dále obsahuje popis potřebných dat a nastavení simulačních scénářů v programu AKABAK pro simulaci předem diskutovaných metod nebo jejich částí. Zabývá se získáním kmitočtově-směrové charakteristiky vlnovodu určeného pro line-array systémy a srovnává výsledky simulace s daty výrobce. Výsledné kmitočtově-směrové charakteristiky vykazovaly vysokou podobnost s oficiálními údaji, vyjma nejvyšších zkoumaných kmitočtů (14–16 kHz), kdy došlo ke vzniku neočekávaných artefaktů, pravděpodobně v důsledku nedostatečně detailně diskretizovaného modelu zkoumaného vlnovodu. V dalším simulačním scénáři je zkoumán vliv stínovacích filtrů 1. řádu typu dolní propust s klesajícím mezním kmitočtem směrem k okrajům systému. Jejich vliv je vyhodnocen jako kladný z hlediska potlačení postranních laloků (6–12 dB), nevhodný pro použití k udržení širšího vyzařovacího úhlu (původní záměr) a je upozorněno na kompromis v podobě snížení efektivity systému na vysokých kmitočtech a zhoršení poměru úrovní hlavního a parazitních laloků (jednotky dB). Simulační scénář beamsteeringu potvrzuje platnost popsaného návrhu vzájemného zpoždění měničů, platnost vztahu pro určení kmitočtu začátku vyzařování v blízkém poli a také ilustruje zpřísnění prostorové vzorkovací poučky při odchýlení hlavního laloku od referenční osy. Přílohou jsou veškeré simulační projekty a projekty s daty vzešlými ze simulace vytvořené a určené pro programy AKABAK a VACS. Příloha také obsahuje podrobný dokument popisující práci s prostředím AKABAK formou případové studie simulace kombinace zvukovodu a kompresního měniče. Součástí je i doplňková studie dokumentující drobné vlivy simulačních konfigurací. Korespondující projekty a simulovaná data jsou taktéž přiložena.
The following thesis describes the principles of wave summation for directional sound sources \cite{McCarthy}. It further explains the physical nature of directional radiation of line-array systems \cite{WST2003} \cite{JBL} and discusses selected methods for controlling or optimizng their directivity. In particular, it outlines the principles of utilizing special waveguides in the context of WST criteria \cite{WST2003}. It also describes the design procedure for cutoff frequencies of low-pass filters used for frequency shading in column-array systems. In the context of beamsteering—the text details the calculation of the delays required to achieve a defined main lobe deflection and warns of the stricter spatial sampling criteria when radiating off the system's 0° axis. Furthermore, the thesis includes a description of the required data and the setup of simulation scenarios in the AKABAK software to simulate the previously discussed methods or their components. It focuses on acquiring the frequency-directivity characteristics of a waveguide intended for line-array systems and compares the simulation results against the manufacturer's data. The resulting characteristics showed high similarity to official data, except at the highest investigated frequencies (14–16 kHz), where unexpected artifacts occurred, likely due to an insufficiently detailed model of said waveguide. Another simulation scenario examines the impact of 1st-order low-pass shading filters with a cutoff frequency that decreases toward the edges of the system. Their effect is evaluated as positive regarding side lobe suppression (6–12 dB reduction), but unsuitable for maintaining a wider coverage angle (the original intent). The text highlights a trade-off: reduced system efficiency at high frequencies and a degraded ratio between main and parasitic lobe levels (by units of dB). The beamsteering simulation scenario confirms the validity of the described transducer delay design and the formula for determining the frequency of near-field radiation onset, while also illustrating the stricter spatial sampling criteria when the main lobe deviates from the reference axis. The appendices contain all simulation projects and output data projects created for the AKABAK and VACS software. The appendix also includes a detailed document outlining the workflow in the AKABAK environment via a case study simulating a horn and compression driver system. A supplementary study documenting the minor impacts of simulation configuration variations is included, along with the corresponding projects and simulated data.
Keywords:
AKABAK; array-shading; beamsteering; directivity; line-array; simulation; waveguide; AKABAK; beamsteering; line-array; simulace; směrovost; stínování; vlnovod
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/258602
guest ::
