Submitted by Mariana Dornelles Vargas (marianadv) on 2015-04-27T11:50:05Z No. of bitstreams: 1 modelagem_simulacao.pdf: 2794841 bytes, checksum: babcdd431b397236986302faace96f8b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-27T11:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 modelagem_simulacao.pdf: 2794841 bytes, checksum: babcdd431b397236986302faace96f8b (MD5) Previous issue date: 2011 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O alto-falante é o principal item em qualquer sistema de som e é também o principal responsável por distorções geradas nestes sistemas. Isto se deve principalmente às não-linearidades mecânicas do alto-falante. Estudos recentes sugerem fortemente que estas não-linearidades podem provocar multiperiodicidade e comportamentos caóticos espúrios no movimento do cone dos alto-falantes. Isto implica na adição de frequências espúrias ao som original e não fidelidade. Esses estudos porém, não levam em consideração a aplicação dos alto-falantes em caixas acústicas, que é a sua maior utilização. O objetivo principal deste trabalho é estender aqueles estudos, levando em consideração as caixas acústicas, e verificar qual a influência dos volumes finitos na dinâmica de um alto-falante. Os resultados deste trabalho mostram que o volume finito de uma caixa acústica tem forte influência na fidelidade de um alto-falante por reduzir o aparecimento de multiperiodicidade e caos espúrios. Como regra geral, tem-se que menores volumes inibem tais comportamentos espúrios, mas, ao mesmo tempo, reduzem a dinâmica de resposta do alto-falante. Então uma escolha criteriosa do volume da caixa acústica deve tomar o menor volume possível, sem sacrificar a dinâmica do alto-falante considerado. / Loudspeakers are the main item in any high fidelity sound system, and are the main responsible for distortions in sound reproduction. The main reason for that is the presence of nonlinearities in their functioning. Recent studies strongly suggest that these nonlinear effects can lead the speaker to multiperiodic and chaotic behaviors. This implies in distortions since additional spurious frequencies are added to the original sound. However, those studies do not consider an important issue in real speaker usage, which is the acoustic enclosure in which it is usually installed in. The main goal of this work is to extend those mentioned studies taking this additional factor into consideration, and to verify what influence a limited enclosure can cause on speaker dynamics. The results suggest that the finite volume of the acoustic enclosure can strongly affect the fidelity of a loudspeaker, reducing the spurious multiperiodicity and chaos. As a general rule, smaller enclosures inhibits such spurious behaviours but, at the same time, diminishes the dynamical response of the loudspeaker. Therefore, a criterious volume choice should lead to the smaller possible volume however without sacrifying the loudspeaker musical dynamics.

Orientadores: José Roberto de França Arruda, Philippe Herzog / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T06:12:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pasqual_AlexanderMattioli_D.pdf: 10340586 bytes, checksum: 74b86a8897be1f1c00e3c13b018e73bb (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O controle angular da radiação sonora pode ser obtido utilizando um arranjo compacto de alto-falantes independentemente programáveis operando na mesma faixa de frequência. Geralmente, os alto-falantes são dispostos sobre uma estrutura de formato esférico seguindo a geometria de um sólido de Platão a fim de se obter uma configuração altamente simétrica. Recentemente, protótipos de arranjos esféricos compactos de alto-falantes vêm sendo desenvolvidos e aplicados a medições em acústica de salas, performances de música eletroacústica e síntese de padrões de diretividade de fontes acústicas tais como instrumentos musicais. Contudo, muitos aspectos referentes a seu controle, projeto e comportamento eletromecânico, bem como à sua habilidade em proporcionar uma experiência sonora mais realista que sistemas de áudio convencionais, permanecem não esclarecidos. Este trabalho contempla a análise e síntese de campos sonoros através de um arranjo esférico compacto de alto-falantes e pretende contribuir para o esclarecimento de alguns aspectos supracitados. Propõe-se uma estratégia de controle baseada nos modos de radiação acústica do arranjo esférico, a qual apresenta várias vantagens sobre a estratégia usual fundada nos harmônicos esféricos. Uma análise teórica e experimental do comportamento eletromecânico de arranjos compactos de alto-falantes também é apresentada, na qual o acoplamento acústico entre os alto-falantes no interior da estrutura esférica é considerado. Além disso, os sinais ótimos dos alto-falantes correspondentes a um dado padrão de diretividade são calculados utilizando duas funções custo distintas, revelando que o realismo do padrão sintetizado pode ser significativamente ampliado desprezando-se a fase da diretividade alvo. Finalmente, os modelos teóricos propostos são validados por medições de impedância elétrica, velocidade dos diafragmas dos alto-falantes e padrões de diretividade / Abstract: Angular control of the sound radiation can be achieved by using a compact array of independently programmable loudspeakers operating at the same frequency range. The drivers are usually distributed over a sphere-like frame according to a Platonic solid geometry to obtain a highly symmetrical configuration. Prototypes of compact spherical loudspeaker arrays have been recently developed and applied in room acoustics measurements, electroacoustic music performance and synthesis of directivity patterns of acoustical sources such as musical instruments. However, many aspects concerning their control, design, electromechanical behavior and ability to provide a more realistic sound experience than conventional audio systems remain unclear. This work concerns the analysis and synthesis of sound fields by a compact spherical loudspeaker array and aims to contribute to clarifying some aspects mentioned above. A control strategy based on the acoustic radiation modes of the spherical array is proposed, which presents several advantages over the usual strategy based on the spherical harmonics. A theoretical and experimental analysis of the electromechanical behavior of compact loudspeaker arrays is also presented, in which the acoustic coupling between drivers inside the array frame is taken into account. In addition, optimumdriver signals corresponding to a given target directivity pattern are derived using two different cost functions, indicating that the realism of the synthesized pattern may be significantly increased by neglecting the phase of the target directivity pattern. Finally, the proposed theoretical models are validated through measurements of electrical impedance, loudspeaker diaphragm velocity and directivity patterns / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica