小號空氣柱與結構耦合之模擬分析

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姓名

朱良才(Liangcai Jhu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

小號空氣柱與結構耦合之模擬分析
(Simulation analysis of the air-structure coupling modelof a trumpet)

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摘要(中)

本論文探討小號結構與內部空氣耦合後對聲場的影響，並進一步用聲場分析結果計算音質參數。當空氣振動時會對結構產生正向力，再加上結構振動同樣會對空氣產生正向力，考慮正向力造成的影響即為耦合，因此作耦合計算需要先使用有限元素軟體ANSYS計算結構的自然頻率與模態，將計算結果傳給LMS Virtual Lab當聲場邊界條件。在聲場的模擬上主要使用邊界元素法作計算，可以得到單純小號內部空氣共振或是結構耦合空氣共振的頻率響應與聲壓分佈。聲場的模擬先針對有解析解的錐管作分析以確定模擬步驟與方法的正確性，之後將小號模擬結果與樂器標準頻率做比較，並對可能影響聲場的結構參數做改變並討論。
從結構聲場耦合下的聲壓頻率響應結果顯示，當結構自然頻率與空氣共振頻率值非常接近時，將產生狼音現象；相反則空氣共振部分不受影響，非空氣共振處的頻率響應將出現許多不連續的峰值，這些峰值的頻率接近結構自然頻率，且峰值振幅比空氣峰值振幅小，以上為結構對聲場的影響。接著將頻率響應依純淨度、音量均衡度與渾厚度等音樂指標作分析，結果顯示結構對音質參數的影響很小，一般人不易從聲音發現其差別。

摘要(英)

The thesis studies the effect of the vibrating structure on the sound field of a trumpet. The finite element software, ANSYS, provides the natural frequencies and mode shapes of the outer structure of the trumpet. Then, the boundary element software, LMS Virtual Lab, calculates vibro-acoustic field using the information of structure from ANSYS. The frequency responses and pressure distributions inside the trumpet are obtained.
Wolf tone occurs when one of the natural frequency of the structure is very close to the frequency of the resonance of the sound field. Otherwise, sound field can hardly affect the sound inside the trumpet.

關鍵字(中)

★ 小號
★ 結構聲場耦合

關鍵字(英)

★ LMS
★ ANSYS

論文目次

目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XII
符號說明 XIII
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 內容提要 4
第二章基本理論 5
2-1 導論 5
2-2 音高與音色 6
2-3 銅管發聲原理說明 7
2-4 聲學理論 9
2-4-1直管理論分析 9
2-4-2錐管理論分析 11
2-5 數值方法簡介 15
2-5-1有限元素法 15
2-5-2邊界元素法 16
2-6 音質分析 18
2-6-1音色與雜音的區分 18
2-6-2樂音指標 19
第三章錐管模型建立與模擬方法 21
3-1 模型建立方法 21
3-2 模擬方法 22
3-2-1結構自然模態分析 23
3-2-2聲場自然頻率分析 24
3-2-3聲場簡諧分析 24
3-2-4結構-聲場耦合簡諧分析 27
3-3 錐管聲場理論值、ANSYS分析與LMS分析結果比較 28
第四章小號模型建立與模擬結果 30
4-1 小號模型建立 30
4-2 小號結構自然模態分析 31
4-3 LMS聲場模擬結果 32
4-3-1聲場自然頻率分析 33
4-3-2聲場簡諧分析 34
4-3-3結構-聲場耦合簡諧分析 35
4-4 小號標準頻率、ANSYS分析與LMS分析結果比較 36
4-5 結構剛性對聲場的影響 38
4-6 管壁厚度對聲場的影響 39
4-7 結構阻尼對聲場的影響 40
4-8 結構自然頻率與峰值頻率重疊 41
第五章音質建立與分析 42
5-1 音色與雜音 42
5-2 音質參數結果 43
第六章結論與未來展望 44
6-1 結論整理 44
6-2 未來展望 45
參考文獻 46

參考文獻

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指導教授

黃以玫(Mei Huang)

審核日期

2012-8-10

推文