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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Title:	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
Authors:	朱良才;Jhu,Liangcai
Contributors:	機械工程研究所
Keywords:	小號;結構聲場耦合;LMS;ANSYS
Date:	2012-08-10
Issue Date:	2012-09-11 18:19:28 (UTC+8)
Publisher:	國立中央大學
Abstract:	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。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.
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