Termek átvitelének kisfrekvenciás modellezése és síkhullám alapú kompenzációja

Mindennapi tapasztalat, hogy egyes szobáknak, irodáknak, csarnokoknak az akusztikája lehet megfelelő, vagy akár egészen rossz. Egy helység hangzását több tényező is befolyásolja, mint például a terem mérete és alakja, a falak anyaga és vastagsága, a teremben elhelyezkedő különböző tárgyak, vagy akár a jelenlévő személyek száma. Ezen tényezők miatt a hangszórókkal történő hangvisszaadás esetén gyakran tapasztalható, hogy a terem negatívan befolyásolja a lesugárzott hangot, mely rontja a hallgatói élményt. Ilyen negatív hatás például a teremben kialakult hangnyomásszint nem egyenletes eloszlása a termemben található hallgatói és hangszóró pozícióktól függően. Ezen pozícióktól függő eltéréseket kisfrekvencián a terem rezonanciafrekvenciáin kialakuló állóhullámok okozzák.

A teremhangátvitel javításával már évtizedek óta foglalkozik a teremakusztika tudománya, mely számos megoldást nyújt a reflexiók csökkentésére és az egyenletes hangtér kialakítására különböző passzív elemek, mint például hangelnyelő anyagok és akusztikai diffúzorok elhelyezésével. Ezen passzív akusztikai megoldások a közép- és nagyfrekvenciákat hatékonyan kontrollálják, de a hangszórók által lesugárzott kisfrekvenciás tartományban már nem működnek megfelelően, a szoba méreteivel egy nagyságrendbe eső, 17–3 m (20–113 Hz) nagyságú hullámhosszok következtében. Ezen okok miatt az utóbbi négy évtizedben több hatékony megoldás is született a teremhangátvitel aktív módon történő befolyásolására, azaz a teremhang-kompenzációra. A különböző módszerek esetenként csak szigorú korlátozások mellett alkalmazhatóak, mint például a szimmetrikus terem és hangszóróelrendezés feltételezése, vagy a csak egyetlen hallgatói pozícióban történő kompenzáció.

Jelen dolgozatban egy olyan módszert mutatok be, mely aszimmetrikus terem és hangszóróelrendezés esetén is képes a kisfrekvenciás tartományon és egy kijelölt hallgatói területen belül az egyenletes hangtér elérésére síkhullámok előállításával. A vonatkozó irodalomban a módszer vizsgálata téglatest alakú teremre és frekvenciatartománybeli szimulációra korlátozódott. Munkám során az említett síkhullám alapú módszert időtartományban, illetve aszimmetrikus teremben is szimuláltam, továbbá az aktív teremhang-kompenzáció ezen megoldását egy másik, csak késleltetéseket alkalmazó síkhullám alapú módszerrel is összehasonlítom különböző elrendezések esetén.

A háromdimenziós akusztikus hullámegyenlet numerikus megoldására az időtartománybeli véges differenciák módszerét alkalmaztam, mely segítségével hatékonyan szimulálható egy tetszőleges alakú terem kisfrekvenciás viselkedése. A dolgozatban bemutatom a véges differenciák módszerének elméleti hátterét, illetve implementációját MATLAB környezetben. A szimuláció érvényességét egy valós teremben végzett méréssel, illetve a termek modális modelljével ellenőrzöm.

szerző

• 
  Horváth Kristóf
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Bank Balázs
  docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

helyezés