Modelagem numérica de sistemas de áudio em habitáculo veicular

• Autor(a) principal: Rafael Morais Cunha
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B8WFCY
• topic: Sistemas de som automotivo; Método numérico dos elementos finitos; Impedância acústica; Alto-falantes; Método dos elementos finitos; Impedância acústica; Alto-falantes; Automóveis Equipamento de som; Engenharia mecânica

Devido à necessidade crescente em se obter sistemas de som automotivo de alto desempenho em um curto ciclo de desenvolvimento, métodos preditivos para a caracterização da resposta acústica em habitáculos veiculares vêm sendo cada vez mais empregados pela engenharia de veículos, com o intuito principal de se estimar o campo sonoro em pontos de interesse da cavidade. Uma possível solução para isso é através da modelagem computacional de um modelo geométrico discretizado e pré-processado do volume de ar interno ao compartimento de passageiros. Com a devida representação matemática das condições de contorno passivas (materiais em habitáculo) e das condições de contorno ativas (fontes de radiação sonora) é possível empregar o método numérico dos elementos finitos para simular as reflexões e radiações sonoras na cabine, a fim de se estimar a resposta acústica de sistemas de som até a frequência limite do método, que está atrelada ao hardware utilizado nas simulações. Com base nisso, o presente trabalho teve o intuito de modelar numericamente um sistema de som automotivo constituído de alto-falantes midrange montados nos painéis das portas anteriores de um veículo padrão da categoria hatch médio, a fim de se estimar a resposta acústica desses sistemas nos pontos de escuta do motorista, até a frequência máxima de 1.000 Hz. Para isso foi inicialmente criado uma representação em elementos finitos do compartimento de passageiros do automóvel analisado, levando-se em consideração a geometria e posições exatas dos alto-falantes mid-range frontais, além de uma representação geométrica discretizada da cabeça e tronco do motorista, necessária para incluir o fenômeno de difração das ondas sonoras nas regiões próximas aos ouvidos do ocupante. Após isso os materiais acusticamente absorvedores em habitáculo foram ensaiados para se estimar o parâmetro impedância acústica específica, o que foi feito por um tubo de impedância da B&K. Em seguida foi medida a resposta eletromecânica dos alto-falantes por meio de um vibrômetro laser de efeito Doppler, o que resultou em uma função de resposta em frequência entre a aceleração no centro desses transdutores e a tensão de entrada nas bobinas, avaliada enquanto o cone do alto-falante estava em seu primeiro modo de vibrar. Com as condições de contorno devidamente representadas, elas foram aplicadas no modelo discretizado da cavidade do compartimento de passageiros, e o modelo foi executado e configurado no software LMS Virtual.Lab 13.7, o que de fato resultou na resposta acústica do sistema de som analisado nos pontos de escuta do motorista. Esses resultados foram confrontados com curvas experimentais de mesma natureza e foi constatada boa correlação em frequência. Contudo o fator de amortecimento modal foi subestimado em razão fundamental da negligência dos acoplamentos vibro acústicos que contribuem, em especial abaixo de 200 Hz, na dinâmica das reflexões sonoras nos contornos do habitáculo. Além disso, o ensaio da resposta eletromecânica dos alto-falantes validou o modelo matemático de pistão em um baffle infinito. Tal constatação mostra que até a primeira frequência de ressonância das membranas as fontes dos sistemas de som automotivo podem ser simuladas pelo modelo em elementos finitos sem a necessidade de se caracterizar experimentalmente a resposta eletromecânica das mesmas