Wir basteln ein Waveguide oder Constant Directivity, wie geht das?

[3eepoint]

Ich versuch jetzt nochmal das BEM Modell mit einem anderen Mesh laufen zu lassen. Habe auch den CPU core count auf 2 reduziert. Das verlängert die Rechenzeit zwar erheblich, ich habe aber die Hoffnung, dass ich so wenigstens mit der RAM Auslastung hinkomme. Drückt die Daumen!

[JFA]

Noch eine Anmerkung zu den "Diffraktionen" am Ende eines Rohres. Ich glaube, ich hatte das noch nicht gemacht.

Wenn in dem Rohr eine ebene Welle voranschreitet, dann könnte man das Ende des Rohres auch durch eine ebene Membran mit dem gleichen Querschnitt ersetzen. Das Abstrahlverhalten wäre identisch, nur würde in dem Fall wohl niemand von Diffraktion sprechen.

Der Unterschied zwischen einer Membran am Ende oder irgendwo mittendrin im Rohr ist, dass im ersten Fall der Strahlungswiderstand der Membran "direkt" wirkt, im zweiten Fall durch das Rohr "transformiert" und wenn L=N*lambda/4 sehr groß und wenn L=N*lambda/2 sehr klein wird, wodurch sich der Frequenzgang ändert. Aber nicht das Abstrahlverhalten.

[Gaga]

Hallo Jochen,

Wenn in dem Rohr eine ebene Welle voranschreitet, dann könnte man das Ende des Rohres auch durch eine ebene Membran mit dem gleichen Querschnitt ersetzen. Das Abstrahlverhalten wäre identisch, nur würde in dem Fall wohl niemand von Diffraktion sprechen.

Ja, absolut. Das sehe ich den Simus - das Abstrahlverhalten ist identisch mit einer Membran direkt in einer unendlichen Schallwand. Trotzdem strahlt natürlich der Schall der Sekundärschallquelle (der plötzlichen Impedanzänderung) zurück in's Rohr.

Der Unterschied zwischen einer Membran am Ende oder irgendwo mittendrin im Rohr ist, dass im ersten Fall der Strahlungswiderstand der Membran "direkt" wirkt, im zweiten Fall durch das Rohr "transformiert" und wenn L=N*lambda/4 sehr groß und wenn L=N*lambda/2 sehr klein wird, wodurch sich der Frequenzgang ändert. Aber nicht das Abstrahlverhalten.

Auch Zustimmung, ich sehe im Frequenzgang dann die - von der Rohlänge abhängigen - Resonanzen.

Grüße,
Christoph

[3eepoint]

Ok ich habe es jetzt mit feinerem Meshing versucht, bin aber nur bis ca. 2 kHz gekommen. Die Kurve sieht etwas smoother aber nicht besser aus im Sinne des 2D/3D Vergleichs. Der Bock liegt also noch wo anders....

[Audio-Mike]

Hast du schon eine Vermutung woran es liegen könnte?

Ich kenne mich mit BEM nicht aus, aber gibt es da nicht Einschränkungen bzgl. der Geometrie (https://www.boundaryelements.com/ima...ss/Primer1.pdf - da ist die rede von schlanken Strukturen)?

[3eepoint]

Ne leider noch nicht, ich will auch nicht dem Hammer die Schuld geben nur weil der Handwerker damit nicht um kann. Es kann auch sein, dass das Prinzip was ich für die Hörner benutze doch nicht funktioniert was verdammt ärgerlich wäre.... Den verlinkten Artikel lese ich mir nachher mal durch, danke!

EDIT: Was in Comsol auch noch eine Möglichkeit wäre, ist die verbindung von FEM und BEM. Dann könnte ich villeicht einen Workaround finden. Ich lass mich doch nciht von ein paar Dreiecken verarschen!

[3eepoint]

FEM Modell, die Abweichung ist immernoch da, so ein Mist.... Dann kann es eigentlich nurnoch an der 3D Umsetzung liegen, was doof ist. Da mein Rechner auch malwieder taktisch neu gestartet hat muss ich die Datensätze auch erst wieder generieren. fml. Ich glaub das gibt jetzt erstmal ne Woche Pause.

[Audio-Mike]

Aber das gute ist ja schon mal, dass FEM und BEM die gleichen Ergebnisse liefern, oder?

[3eepoint]

Es bedeutet auf jeden Fall, dass ich die BEM in die Tonne trete! Die Berechnung mit FEM hat 38 Minuten gedauert. Die BEM 8 Stunden.... Aber an sich ja, das zeigt, dass das Problem nicht das Werkzeug ist =)

[Audio-Mike]

D.h. du machst jetzt die Geometrieoptimierung mit FEM?

Noch eine andere Frage: Warum optimierst du nicht direkt auf das Abstrahlverhalten (Wahrscheinlich geht es nicht)?

[3eepoint]

Ok, jetzt bin ich verwirrt. Die Geometrieoptimierung lief schon die ganze Zeit mit FEM, die BEM nutze ich normal für die 3D Modelle um die Optimierung, die in 2D stattfindet, überprüfen zu können. In 2D Wird auch auf Abstrahlung optimiert.

[Audio-Mike]

Jetzt bin ich verwirrt

Ich dachte du optimierst in 3D auf die Flare Rate und wenn die gut ist hoffst du, dass auch die Abstrahlung passt.

Was du jetzt machst ist die Abstrahlung in 2D zu optimieren (unter Winkeln?) und die setzt du am Schluss zusammen?

[3eepoint]

Achsoooo..... sorry, mein fehler. Nochmal der Ablauf:

->Optimierung Horizontal in 2D/FEM auf Abstrahlung
->Optimierung Vertikal in 2D/FEM auf Abstrahlung
->Optimierung Anpassung nummerisch über Flare Rate für Impedanz, keine FEM/BEM nötig
->Verheiraten der 3 Ergebnisse
->Verifizierung in 3D/BEM/FEM

[JFA]

Achso, das war mir bisher auch nicht klar. Oder überlesen. Uh, da hätte ich aber Bedenken, dass das so hinhaut. Du kannst die Dimensionen nicht einfach so trennen, das funktioniert nicht. Was geht: Symmetrien ausnutzen. Oder in 2D rechnen und dann nach 3D transformieren, also zum Beispiel über Rotation (kreisrunder WG) oder Translation (ganz langer rechteckiger WG).

[Audio-Mike]

Aber das würde ja voraussetzen, dass die vertikale Kontur die horizontale Abstrahlung nicht beeinflusst und vice versa, oder?

[JFA]

Die beiden Konturen bilden zusammen die Wellenfront am Ausgang, deswegen kann man die nicht trennen. Man kann aber durch geeignete Reduktion mit vermindertem Aufwand rechnen. ZB rotationssymmetrisch, wenn Hals und Mund kreisrund werden sollen. Oder im horizontalen Schnitt, also Draufsicht auf die horizontale Kontur, wenn der Waveguide sehr hoch werden soll, also zB für eine Linienquelle (dann kann man die vertikale Kontur wegignorieren).

Aber sobald man davon weggeht klappt das nicht mehr. Dann muss man voll in 3D rechnen und kann allenfalls noch die Symmetrien nutzen, in den meisten Fällen Achsensymmetrie, dann wird der zu betrachtende Raum auf 1/4 geschrumpft (müsste 1/16 Rechenzeit bedeuten, oder? Ist doch O(n²), richtig?). Bei den asymmetrischen Waveguides wie sie Nils neulich mal gezeigt hat dann eben einfach Flächensymmetrie, Raum wird auf 1/2 reduziert. Anders geht es nicht.

[3eepoint]

Ich hab mir heute mal die Zeit genommen die Korrektur in der Diagonalen so weit zurück zu nehmen, dass keine Einschnitte/"Knöchel" entstehen:



So will ich das haben! Ich werde die nächsten Tage mal verschiedene Grenzen für die Diagonale ausprobieren und gucken, wie der Einfluss sich verändert. Villeicht kann man einen Kompromiss finden der mir die 3D Tortur erspaart....

[Audio-Mike]

Sehr cool, dass es hier weiter geht

Warum ist die 3D Optimierung eine "Tortur"? Wegen der Rechenzeit oder ist der Optimierungsalgorithmus noch nicht fertig/vorhanden?

[3eepoint]

Sehr cool, dass es hier weiter geht

Warum ist die 3D Optimierung eine "Tortur"? Wegen der Rechenzeit oder ist der Optimierungsalgorithmus noch nicht fertig/vorhanden?

Ok, ich bin zwar etwas zerballert vom Lorna Shore konzert, will aber mein möglichstes geben.....

Kurze Antwort: Ja

Lange Antwort: Ja =D Einerseits steigt die Rechenzeit von 10 s auf über 30 min pro Iteration und zum anderen macht eine größere Anzahl an Optimierungsparametern die Arbeit für den Algo nicht grade einfacher. Zudem müsste ich einiges neu strukturieren wo ich ehrlich nicht weis, ob das so kampatibel/machbar ist mit meiner derzeitigen Programmstruktur*. Allein schon, weil ich verhindern muss, dass das Programm abstürzt, weil die Geometrie einen Fehler verursacht (Sich überschneidende Coordinatenpunkte oder Unstetigkeiten die ein Aufbau der 3D Struktur torpedieren). Deswegen würd ich mehrere 2D Segmente vorziehen. Aber das muss sich die Tage zeigen, ich warte jetzt erstmal bis ich wieder was höre...

*Ok, Machbar ja aber der Zeitaufwand geht mir irgendwie gegen den Strich....

[3eepoint]

Ok, langsam bin ich wieder bei Sinnen. Also, ich habe mal angefangen, einen kleinen Ausflug in die Welt der Impedanzen zu unternehmen und einfach mal ein paar bunte Graphen zu generieren um mal ein Gefühl für die Sache zu entwickeln. Zunächst einmal der Aufbau:


Das Waveguide/Horn/Schallführung besteht aus einem Rohsegment(hier 1mm tief, später 51/101/151mm) und einem aus einer Bezierkurve gebildetem Trichter dessen Wandung über Gewichtungscoeffizienten gekrümmt wird. Gewichtung=0.1 entspricht quasi einem konischen Trichter. Eine Gewichtung = 4 ist eigentlich eine Rohrverlängerung mit abgerundeten Kanten wie auf den Bilder zu sehen(Erstes ist Gewichtung = 4 und unten Gewichtung = 0.1).

Der Aufbau ist in einer unendlichen Schallwand eingebettet und rotationssymmetrisch. Maße könnt ihr den Bildern entnehmen.

Was wurde nun gemacht? Erstmal wurde die Länge des Rohres geändert und dann jeweils schrittweise die Gewichtung von 0.1 zu 4 geändert. Das Ergebnis als SPL sehen wir hier für jeweils 3 Werte(0.1/1.1/3.81)

Den Pegelversatz habe ich zur besseren Lesbarkeit selber eingefügt. Legende:Blau=0.1 Grün=1.1 Rot=3.8 und von oben nach unten 1/51/101/151 mm.

Was sehen wir jetzt?
-->Der Peak der Impedanz wandert immer weiter nach unten je länger das Rohr wird.
-->Die Welligkeit ändert sich zwar, ist aber schwer zu quantisieren. Gibt es für sowas eine Metrik?
-->Der unterste Peak der Impedanz verschiebt sich mit der Gewichtung (Höhere Gewichtung==tieferer Peak). Logisch, da eine hohe Gewichtung die Schallführung immer mehr zum Rohr werden lässt.

Ich bin mir unschlüssig, ob man einen Rohrvorsatz über das Endstück wirklich gut angepasst bekommen könnte. Zum einen beeinflusst der Verlauf den Impedanzpeak. Andererseits kann es auch gut sein, dass die von mir angesetzte Kurve einfach kein gutes Match bilden kann und eine Optimierung das villeicht hinbekommt. Bevor ich das aber ausprobieren kann, brauch ich eine Metrik dessen Wert ich Matlab zum Min/Maximieren geben kann. Wie quantisiert man also die Welligkeit eines Frequenzgangs?