TIAGO LOBÃO CORREIA
Projeto e Construção de um Sonodifusor de Subgraves Direcional
PLANO DE TRABALHO
Nestas 18 semanas de trabalho da dissertação tenho como por objetivo o projeto, desenho e conceção de um subgrave cardioide. No plano de trabalho acima apresentado é possível verificar a duração de cada uma das tarefas a executar assim como a sua sequência.
O vídeo de seguida apresentado corresponde à fase de pré-condicionamento do altifalante de15" para a medição dos seus parâmetros Thiele/Small. Este processo consiste em aplicar um sinal de 20Hz de potência elevada durante um período de 24h. Este vídeo foi gravado a 240 fps para que fosse possível detetar anomalias no movimento do cone do altifalante causadoras de distorção.
Gerador de sinais - Onda sinusoidal de 20Hz (17 Março)
Medição dos parâmetros Thiele/Small com massa adicional conhecida (19 Março)
Simulação do modelo - LEAP Enclosure Shop Software (23 Março)
Os parâmetros Thiele/Small do altifalante são retirados através do cálculo entre duas curvas de impedância do altifalante (com e sem massa adicionada ao cone). As curvas são inseridas no software de simulação assim como os valores de Xgap, Xdepth, Re, Pmax e Znom. Após a inserção o software gera um modelo do altifalante que será usado posteriormente na simulação da caixa. Neste momento os modelos dos altifalantes já são conhecidos e já estão inseridos no software de simulação.
Software de simulação de interferências acústicas - Ainda em desenvolvimento
(4 Abril)
Excerto do código Matlab usado neste simulador
Este software está a ser desenvolvido em Matlab usando GUI (Graphical User Interfaces). Para uma fase inicial estão a ser usadas fontes pontuais e omnidireccionais. Numa fase mais avançada gostaríamos de poder avançar com fontes com um determinado padrão de radiação. Este software tem em conta o nivel de sensibilidade de cada fonte, medido a 1w/1m, assim como a sua atenuação com a distância. É possível inserir a polaridade de cada fonte (normal ou invertida) assim como o seu delay em ms. O programa cálcula ponto a ponto o SPL e fase resultantes da interação das diferentes fontes sonoras.
Aspecto visual do software (17 Abril)
Neste momento a interface do software está bastante melhorada existindo também novas funcionalidades:
- Resposta em fase e frequência num determinado ponto denomidado "ponto de escuta".
- Diagrama Polar (-6dB Angle, Q, DI, BFR, Minimum Att.)
- Algoritmo de cálculo mais preciso (entrando em conta com temperatura e humidade do ar assim como altitude).
Foram testadas 3 hipóteses de atraso da segunda fonte para a criação do diagrama cardioide, atraso em tempo (delay), atraso com fase fixa de 90º para cada uma das frequências e atraso com fase adaptativa consoante a frequência.
Função de Excel para fazer aproximação polinomial a pontos discretos (28 Abril)
Para se obter um diagrama cardioide ótimo a uma larga gama de frequências foi ajustada a fase em função da frequência de forma discreta para as frequências ISO.
No final, comparou-se a resposta de cada um dos 3 tipos de atraso. A resposta com linha Cor-de-laranja corresponde ao SPL 5 metros à frente do subgrave e a linha Azul corresponde ao SPL 5 metros atrás do subgrave.
Resposta em frequência do atraso com delay (29 Abril)
Resposta em frequência do atraso com fase constante 90º (29 Abril)
Resposta em frequência do atraso com fase adaptativa (29 Abril)
Plano de trabalho (30 Abril)
Simulação 3D da caixa passa-banda (14 Maio)
Simulação 3D caixa bass-reflex modificada (17 Maio)
Após bons resultados na simulação e dimensões das caixas acústicas bem definidas é necessário passar do projeto à sua materialização.
Construção do sonodifusor (18 - 25 Maio)
Medição do SPL e diretividade (1 - 8 Junho)
Resposta 1W/1m da caixa bass-reflex (verde) e caixa passa-banda (laranja) (2 Junho)
Diagrama Polar do sonodifusor direcional até 40Hz (6 Junho)
Resposta em frequência do sonodifusor direcional(vermelho) e subgrave convencional (verde) (4 Junho)
Diagrama Polar do sonodifusor direcional de 40Hz até 100Hz (6 Junho)
CONCLUSÃO
Este projeto, por abranger uma vasta gama de áreas, desde a acústica à programação, impôs um longo período de estudo sobre as diversas matérias. O estudo teórico realizado veio contribuir para aumentar os meus conhecimentos sobre acústica, desenho e projeto de subgraves, técnicas de medição e tipologias de ruído a usar nas medições.
O desenvolvimento da ferramenta ASI, em MATLAB, foi um grande passo para a compreensão de como se comportam as ondas acústicas e como se relacionam entre si. Veio a mostrar-se também como um elemento fundamental para a simulação do sonodifusor e confirmação de resultados. Felizmente, foi-me possível a materialização do projeto e subsequente apreciação dos resultados. O primeiro protótipo não satisfez totalmente as minhas expectativas pelo que foi necessário fazer pequenas alterações para um desempenho ótimo. No final, os resultados obtidos foram bastante satisfatórios e de acordo com as simulações executadas na aplicação desenvolvida em MATLAB. Após confirmar os resultados, posso afirmar que a aplicação desenvolvida também é precisa o suficiente.
Como trabalho futuro, porque o tempo da dissertação é curto para um estudo tão longo e aprofundado, gostaria de aplicar ao software uma modelação em 3D do sonodifusor o que, no meu ponto de vista, não será complicado uma vez que basta replicar o cálculo feito para o eixo X/Y. Outra das melhorias seria ter em conta a difração sonora na própria caixa acústica, pelo menos uma aproximação simples do efeito.
Quanto ao sonodifusor, penso que deveria ser um pouco menos profundo por forma a alargar a gama de frequências a que o subgrave é controlável; infelizmente foi impossível realizar essa modificação por falta de tempo. Um resultado que encontrei ao longo deste estudo, e que me preocupou bastante, foram os altamente baixos rendimentos de um altifalante eletrodinâmico. Embora não tenha aprofundado essa área estou ciente de que ainda há muito por realizar para melhorar este campo da electroacústica.
Em suma, o resultado deste projeto foi bastante satisfatório. Acima de tudo, considero-o uma excelente forma de aprendizagem e enriquecimento intelectual.