Sinnvoller Einsatz von Matrixgehäusen?

[3eepoint]

Sooooo..... ich hab mich nach einem kurzen Ausflug in ein anderes Projekt mal wieder hier betätigt. Es standen ja noch ein paar Fragen offen bzw. ich würde gerne einmal rekapitulieren wo wir mit dem Modell stehen.

Ich habe noch ein Paar Simulationen mit dem blanken 15mm Gehäuse gemacht bei denen ich die Dämpfung des Masse feder Systems angeglichen habe um die Resonanzüberhöhung ab zu schwächen was schönere plots geben sollte und zwar:

Legende: Blau=>SPL in dB (linke y Achse), Grün=>Phase in deg(rechte y Achse), beides 2.5 m vor dem Gehäuse. Oben steht es anders drüber aber nur weil ich Comsol das nicht gesagt habe :rtfm:

1.-->Nur Chassisschall


2.-->Nur Gehäuseschall ohne Korbeinwirkung


3.-->Nur Korbeinwirkung


3.-->Chassischall+Gehäuseschall


4.-->Chassischall+Korbeinwirkung


5.-->Gehäuseschall+Korbeinwirkung


6.-->Chassisschall+Gehäuseschall+Korbeinwirkung



Ich wollte einfach wissen, wie sich die Effeckte alleine und miteinander verhalten, was uns die Fehlersuche und den Vergleich erleichtern sollte. Zudem finde ich gibt die Phase auch nochmal Aufschluss dadrüber was hier denn passiert.

--> Amplitude des vom Gehäuse abgestrahlten Schalls
Diese erscheint mir im Vergleich zwischen 1. und 2. deutlich zu hoch zu sein, die Frage ist, ob da ein Fehler in der Modellierung des Gehäuses oder des Chassis ist...der Verlauf an sich ähnelt aber schonmal #235 was gut ist...allerdings zeigt #244 das die Amplitude fast 20 dB zu hoch ist.

-->Einbruch bei 4 Hz
Da dieser nur in Verbindung mit der Einwirkung über den Korb vorhanden ist, liegt denke ich dort auch die Ursache. Ich frage mich jedoch in wie weit das relevant ist, da hier die Dämpfenden Mechanismen des Gehäuses nicht modelliert sind um den Einfluss des Volumens aus zu blenden was bedeutet, dass der Effeckt real noch geringer ausfällt. Zudem spielt hier die Fixierung der Box auch eine Rolle denke ich. In echt is die Box weder frei schwebend noch unbeweglich am Boden fixiert. Letzteres ist die Situation in der Simulation.

So weit erstmal. Das Modell scheint Plausibel zu sein, jedoch noch nicht Akurat. Für einen Vergleich der Prinzipien sollte es aber langen. Was meint ihr, taugt das endlich was?

PS: Ich hab das Modell auch von FEM/BEM Hybrid auf nurnoch FEM umgebaut. Die Rechenzeit ist von 60 auf 8 Minuten runter. Die BEM Implementierung von COMSOL ist echt nciht zu gebrauchen, zumindest für die Problemstellung...

[walwal]

Ich finde auch, das sieht plausibel aus. Der Gehäuseschall liegt bis auf den maximalen Peak im erwarteten Niveau. Die Phasenverschiebungen wurden von mir als Ursache für die hörbaren Unterschiede (wenn auch nur gering) vermutet, ebenso von anderen Autoren.
Es sind wohl eher diese Laufzeitunterschiede, die hörbar sind, das gleiche wurde schon bei den Kanteneffekten vermutet, diese sollen stärker stören als Fehler im Frequenzgang. Den Autor habe ich leider nicht parat.

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[3eepoint]

Sehr gut, sofern es keine weiteren Einwände gibt fange ich dann an die anderen Simulationen auf zu arbeiten.

[JFA]

Ich finde die Verläufe eigentlich recht plausibel, nur die Höhe der Peaks überrascht mich. Das Gehäuse ist unbedämpft, oder?

Zum absoluten Gehäuseschall siehe das Harwood-Paper: http://downloads.bbc.co.uk/rd/pubs/reports/1977-03.pdf, die Abbildungen ab Seite 15. Ich denke, das passt so ungefähr.

Du könntest ja auch mal das dort vermessene Gehäuse nachbauen, als Vergleich

[3eepoint]

Ja das Gehäuse ist unbedämpft und das ist eine gute Idee! Ich melde mich sobald ich das getan habe.

[3eepoint]

Ok, folgendes wurde gemacht:

1.--> Youngs modulus/E Modul als Funktion der Frequenz

In dem Harwood Paper auf s.13.ff wird gezeigt das der Parameter frequenzabhängig ist und das nicht wenig. Ich hab die Werte in eine Interpolationskurve geschrieben und als Materialwert angenommen:



Im ersten Test hat das fast 10 dB vom Peak runter genommen...

2.--> Gehäuse aus dem Harwood Paper

Das Harwood Paper beschreibt ein LS 3/6 Gehäuse mit den Kantmaßen 63x30x30 HxBxT, mit 9/18 mm Plywood. Das habe ich im CAD nachgebaut und bis 5 kHz durchgerechnet:

2.1-->SPL nur Chassis



2.2-->SPL Nur gehäuse und Korbeinfluss



Der Verlauf sieht stimmig aus aber der Pegel ist ca. 20 dB zu hoch und die Peaks passen nicht so richtig ins Bild. Meinungen?

[JFA]

Wie berechnest Du denn die Schalldruckpegel?

[3eepoint]

Gute Frage.... Der Schalldruck außerhalb des Gehäuses kommt über die multiphysics-Kopplung zustande. Solid mechanics und Pressure Acoustics sind über eine Boundary miteinander gekoppelt vie der folgenden folgenden Gleichungen:



für die acoustic-structure-boundary node der Multiphysics.

n = surface normal
u_tt = structural acceleration
p_t = total acoustic pressure
F_A = Load per unit area

Die Akustische Belastung ist durch die Druckreferenz gegeben wobei up und down die beiden Seiten darstellen.

Der Schalldruck wird über eine sogenannte exterior field calculation gemacht. Es reicht für den Plot also wenn ich pext(x,y,z) angebe und es wird der Schalldruck in dB an einer beliebigen Stelle im Raum berechnet. Hier ein Auszug aus dem Handbuch:

Exterior Field Calculation
Use the Exterior Field Calculation node to apply the source boundaries for the exterior field transformation set up by the Helmholtz-Kirchhoff integral. You also specify a name for the acoustic exterior field variable used in subsequent postprocessing. Here the feature allows the calculation and visualization of the pressure field outside the computational domain at any distance including amplitude and phase.


COMSOL ist da "leider" sehr benutzerfreundlich. Wenn ich sowas selber berechnen müsste würden mir Fehler wahrscheinlich eher auffallen....

[JFA]

Das Exterior wird aber auch in der FEM voll berechnet, und nicht einfach ganz stumpf über die Boundary emuliert?

[3eepoint]

Ich würde fast sagen letzteres, oder zumindest eine Annäherung, dass Modell sieht wie folgt aus:



COMSOL beschreibt das Helmholtz-Kirchoff Integral womit pext berechnet wird wie folgt:



Das klingt für mich stark nach emuliert... ich könnte den PML sonst auch nochmal so groß machen, dass der Punkt innerhalb der Domain liegt und dann auswerten ob es einen Unterschied macht.

[JFA]

Das heißt, dass Du im Exterior eine BEM verwendest (Surface-Integral). Nur die beiden Sphären sind dann merkwürdig, können aber auch einfach eine Darstellung von COMSOL sein.

Hattest Du irgendwo die Daten des "Chassis" aufgeschrieben? Dann könnte man ja zumindest mal den Pegel nachvollziehen.

[JFA]

Noch was: die Kurven im BBC-Paper sind Axial (Chassis), Seite und Rückseite, damals getrennt durch ein Druckgradientenmikrofon. Kannst Du die auch die Anteile der Gehäusewände einzeln darstellen?

[3eepoint]

Das heißt, dass Du im Exterior eine BEM verwendest (Surface-Integral). Nur die beiden Sphären sind dann merkwürdig, können aber auch einfach eine Darstellung von COMSOL sein.

Hattest Du irgendwo die Daten des "Chassis" aufgeschrieben? Dann könnte man ja zumindest mal den Pegel nachvollziehen.

Die beiden Spähren sind der PML der Als Schale um das Objekt gelegt wird. Das Innere der Schale stellt die pext Boundary dar.

Daten des "Chassis":

Durchmesser = 200 mm
Fläche = 314cm²
Bewegte Masse = 0.1 kg
Kraft = 10 N
Beschleunigung = 0.1 kg/10 N = 0.01 m/s²

Noch was: die Kurven im BBC-Paper sind Axial (Chassis), Seite und Rückseite, damals getrennt durch ein Druckgradientenmikrofon. Kannst Du die auch die Anteile der Gehäusewände einzeln darstellen?

Dafür müsste ich ein Druckgradientmikrofon nachbilden. Ich les das mal nach und schau mal ob ich das hinbekomme.

[3eepoint]

So, es geht ein bischen weiter.

Ich habe den Schaldruck des Chassis achgerechnet und wir sollten bei 75 dB landen. Das passt also so weit.

Ein Pressure gradient micro zu basteln hab ich die erste Versuche unternommen. Ich bekomme aber erstmal nur die Kraft auf der Fläche. Wenn wir eine Masse annehmen, könnte man die Beschleunigung berechnen und hätte zumindest einen Wert der Proportional zum Schalldruck ist. Wäre das für euch ein valider Ansatz?

Ich hab endlich das Problem mit der Beschleunigung des Korbes gelöst! Im nachhinein recht einfach. Die Beschleunigung war einfach mit einer Kraft und einer Masse angenommen, also entkoppelt von der Membrane. Ich habe das jetzt so geregelt, das ich die Membranbeschleunigung im Verhältnis zur Korbmasse nutze und jetzt wechselt die Auslenkungsrichtung auch mit der Phase. Da ist also schonmal ein Harken dran.

So, bleibt noch die Frage warum der Gehäuseschall so dominant ist. Jemand ne Idee?

[3eepoint]

Ich grab die Sache hier mal aus da es mich nervt, dass hier nie ein Abschluss zustande gekommen ist. Also, folgender Stand

-->Vergleich Messung/Simulation

Nach dem Paper von Juul hab ich mal die Box nachgebaut, welche untersucht wurde. Zunächst mal die ergebnisse aus dem Paper:



Wenn auch nicht identisch, ist die Simulation nahe dran.

Und hier meine Simulationergebnisse, Frequenzgang:



Und Maximale biegung der Seitenwand gegen Frequenz:


Meine Amplitudenwerte sind leider völlig daneben, die Frequenzen scheinen aber zu stimmen, was mich hoffen lässt. Irgendwo scheine ich noch eine Diskrepanz zu haben. Ich habe mittlerweile auch mal das Comsol Beispiel durchgerechnet, wo ein komplettes Chassis simuliert wird inklusive Gehäusevibrationen und die Ergebnisse sind in der selben Gegend. Ich finde aber auch nirgends daten, wo mal die reine Biegung von Seitenwänden bei niedrigen Frequenzen betrachtet wird. Hat da einer von euch mal was gelesen?

Ich habe auch mal die Daten aus meiner Simulationsreihe in ein zur Auswertung besser geeignetes Format gebracht. Der erste Plot zeigt die maximale Auslenkung der jeweiligen Wände bei 1Hz in um. Der zweite "Wasserfall" Plot zeigt die Moden im Bereich zwischen 100 Hz - 4 kHz. So richtig schön zu vergleichen ist letzterer nicht. Ich habe leider bis jetzt noch keine Metrik zur Auswertung von Modalverhalten in irgend einer Form gefunden, die das ganze auf eine einzelne Zahl runter bricht wo man sagen könnte, dass das nun gut oder schlecht ist. Da ich den Daten aber so oder so noch nicht traue, einfach weil sie komplett der Intuition wiedersprechen, dass eine dickere Wand biegesteifer sein müsste, dient das hier eher der Fehlersuche als einer Ergebnispresentation.



So weit erstmal, Jemand noch eine Idee was falsch laufen könnte oder wo sich jemand das auf die Art Schonmal angeguckt hat?

[Sv.n.K]

1Hz ist ja sicherlich unterhalb jeder interessanten Resonanz. Daher meine Frage, wie fest die simulierten Teile mit dem "Fußboden" verankert sind?

[3eepoint]

Bei der 1Hz geschichte geht es mir um die steifigkeit des gehäuses, das typische "flattern" was man bei dünnen Gehäusen sonst meist sieht. Deswegen hielt ich es für sinnvoll, das in den "Biege" und Moden" Bereich auf zu teilen.

Die Gehäuse sind am boden fixiert, deswegen plotte ich deren Auslenkung auch nicht.

[Sv.n.K]

Naja, wenn sie lose auf dem Boden rutschen würden, könnte dies die widersprüchlichen Ergebnisse erklären...oder?

[3eepoint]

Genau das tun sie ja nicht, die sind alle fest am Boden.

[Sv.n.K]

... dessen Beweis mir fehlt - ist aber vermutlich nur ein Strohhalm, nachdem ich versuche zu greifen ...