声音的视线：揭示外壳设计对扬声器性能的影响
L-Acoustics Crafts Sound Systems用于竞技场和音乐厅。为了加速其低音反射扬声器设计的演变，他们模拟了外壳和通风孔对扬声器声音输出和质量的影响。
艾伦·佩特里洛（Alan Petrillo）
2021年9月
当观众感觉像是节目的一部分时，现场活动最令人难忘。无论是交响乐，歌剧，足球比赛还是音乐节，人群的能量都应该与表演融为一体。与听众的联系是每个表演者的目标，但是当然，他们不能独自做到这一点。
我们在表演场地看到和听到的声音被许多隐藏的人带给我们，从舞台手到设置设计师。即使我们的眼睛专注于阶段和套装，我们可能看不到很多必不可少的设备，但我们肯定会听到。
L-Acoustics是一家致力于传达现场表演的听觉力量的全球公司。虽然典型的演唱者或体育迷很可能没有听说过L-Acoustics，但他们可能会从公司的扬声器，放大器和信号处理设备中听到。L-Acoustics总部位于法国，已为80个国家 /地区的10,000多个场所提供了声音系统，并且在全球20大音乐节中，他们的设备已使用。
出色的表现植根于对工艺的无情奉献。L-Acoustics还必须不断地磨练和完善其产品，以与所有这些不同的性能空间和谐相处。乐动体育app无法登录例如，扬声器外壳的大小和形状可能对声音质量产生重大影响。为了确保观众能够在表演的声音中失去自己，L-Aucoustics工程师使用模拟来帮助揭示外壳和排气设计对声学输出和线性性的影响。
正如现场表演者向我们展示创造音乐的精确身体动作一样，多物理模拟现在，L-Acoultics可以“查看”塑造其低音反射扬声器单元的声音的力量。
像声音的激光器一样：l-Aucoustics Vision
您可能会惊讶地发现，从加利福尼亚州的好莱坞碗到日本的樱花厅，许多古老而受人尊敬的场所，该公司由一家不到40年的公司制造。物理学家克里斯蒂安·海尔（Christian Heil）于1984年推出了L-Acoustics，并于1992年推出了其V-DOSC线源阵列技术，该技术迅速成为专业扬声器系统的全球标准。线源阵列以一种非常集中，控制的方式发出的声音，与激光指导光的方式相当。激光的潜在力量与其精确度密不可分，这对扬声器也是如此。
L-Acoustics声学研究负责人Yoachim Horyn说：“我们希望创建一个尽可能线性的扬声器外壳。”“我们试图去除以较高的频率或谐波发出的任何能量，而不是预期的频率。无论我们增加输入功率，我们都希望产生的声音相同，只有更大的声音。”但是，失真只是问题的一部分。在发射频率下，非线性可以随着输出的全球损失而出现。
随着扬声器驱动程序本身的工程设计，扬声器的外壳或外壳的设计在其性能中起着重要作用。例如，低音反射外壳设计包含一个名为Helmholtz谐振器的通风开口。通过将扬声器外壳的内部体积连接到外部空气中，谐振器可以帮助恢复机柜内部发出的部分能量，原本会丢失。这增加了功率，但也引入了湍流，这会使说话者的输出扭曲，并且还可能导致高达几个dB的大量声学损失。尽管有这种风险，但谐振器的潜在好处使其成为L-Acoustics的重要工具，他们努力用声音填充大量空间。
“我们的扬声器必须以很高的输出水平的表现，” Horyn团队的声学工程师Yves Pene说。“一个不正确设计的谐振器可能会因湍流而损失其潜在输出的一半，因此我们必须将通风孔设计为有效地工作非常重要。”
切木，雕刻粘土，充满烟雾的扬声器
Horyn解释说：“几年来，设计和测试通风孔一直是开发团队的挑战。”“我们无法准确预测具有高空位移的外壳造成的损失量。”这意味着团队必须对围墙或谐振器通风孔进行每项设计调整的木制原型构建和测试。在某些情况下，他们应用粘土来快速改变通风口的开口或内部通道的形状。这可能是一个缓慢的过程 - 即使是完整的物理原型也不会为它们提供所需的所有数据。
Horyn说：“测量声学损失和失真很有趣，但并不总是让您了解问题的位置。”“有时，问题来自您不会期望的围栏的一部分或通风口的一部分。木制模型并未确切地向您显示问题的位置。。我们会向扬声器吹烟，使我们能够看到湍流。” Horyn说。
虽然透明面板可以使物理模型更有帮助，但原型制作过程仍然是一个主要的时间下沉。“当我们设计和构建模型时，绘制它和实际测试之间需要数周，” Horyn解释说。“而且通常需要多次迭代才能达到我们的设计。”
对当前和未来项目的仿真
为了帮助重新专注于L-Acoustics团队在声学工程上的努力，而不是木工，Yves Pene转向了多物理学模拟。正如在2020年介绍的音频工程协会（参考文献1）的2020年研究论文中所解释的那样，他的目标是为给定的扬声器，外壳量和端口设计建模和预测通气端口系统中的非线性声学损失。该模拟结合了扬声器驱动器运动的耦合效应以及所得的流体运动，包括湍流和相关现象。Pene开发了该模型，以测试四种不同的扬声器排气设计（图4）对给定扬声器和外壳的影响。
为了验证仿真结果，他们跟进了带有可移动通风口的扬声器外壳的实验测试。这些测试产生了与模拟预测相匹配的结果：与实时测试的实际测量值相比，预测的声学损失偏差小于1 dB。佩内说：“我们对结果感到非常满意。”
Pene的成功模拟项目揭示了仅原型设计就无法实现的见解。将模拟引入L-Acoustics研发工作流程也有望进一步的好处。如团队的研究报告中所述，模拟在整个建模的外壳和通风孔设计中提供了详细的速度和涡度映射。这提供了有关模型表面的每个部分如何产生湍流并影响整体声音质量的数据。这种颗粒状的观点揭示了该团队以前没有考虑过的失真来源。
例如，流体运动映射表明，围栏中通风口的位置对总体流量产生了大量影响。这表明该团队应更加关注通风口的位置及其形状。仿真帮助团队发现了这一新的方向进行进一步的研究和完善。
在模拟之前，L-Acoustics工程师通常会等待几周，然后再查看每个物理模型的测试结果。这意味着可以花费大量时间来建模设计，最终不会使用这些设计。现在，正如Horyn所解释的那样，“我们的开发团队使用模拟日常测试其想法，因此我们可以在构建任何原型之前预测新设计的效率。”Pene补充说：“现在我们可以构建原型，并确信它们将在第一次尝试中正常工作。”
通过L-Acoustics授权更多的工程师
伊夫·佩内（Yves Pene）对贝斯反射设计的使用将团队范围的福利带来了这个项目。声学研究工作的一部分是确保开发团队可以有效使用他们开发的工具。comsol多物理学中的应用程序构建器®使团队能够从其模型中构建专门的用户界面，然后可以在整个公司中广泛分发。Horyn说：“我们越来越多地使用应用程序构建器。”“在该项目的结尾，声学工程团队根据Yves的多物理模型构建了一个简单的应用程序。用户必须仅定义其项目所需的特定参数，因为其他必要的值已经到位。”
该应用程序通过Comsol Server™部署产品分发给其他团队成员，该产品使用户可以自己访问和运行模拟。据Horyn称，“应用程序构建功能非常方便，因为它使我们能够以合理的成本使用模拟更多的人。”
练习，实践，实践：对绩效的永无止境的追求
听到最好的专业音响系统，看不到。但是，通过许多看不见的人及其专业工具的努力，可以实现被现场音乐笼罩的感觉，好像听众和表演者是一名，从麦克风和AMP到信号处理器和扬声器，这些工具可以与观众相处。声音。L-Aucoustics的声学工程师，例如音乐家，都知道出色的表演是基于永久实践的。总是可以做更多的事情。Yoachim Horyn和Yves Pene在对其设计进行分析后实施了模拟，现在正在使用它们来探索进一步的改进：“伟大的事情来了。”
参考
- Pene，Y。Horyn和C. Combet，“使用计算流体动力学模拟的通风扬声器中的非线性声学损失预测”，，音频工程协会，纸10359，2020。https://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=20776