Mid-bass horn desing for a 2-way loudspeaker system in a co-axial configuration.

Horn-loaded loudspeakers have long been a staple in the audio industry due to their efficiency and ability to control directivity. Additionally, co-axial configurations offer significant benefits, including improved phase alignment and a more coherent sound field, making them highly desirable in high-performance audio systems. This thesis explores the design and optimization of a mid-bass horn for a two-way loudspeaker system in a concentric configuration, conducted during an internship at Audio Factory. The project aimed to achieve an optimized mid-bass horn design that provides a horizontal coverage pattern of 90° and a vertical coverage of 20°, spanning a frequency range from 300 Hz to 1 kHz. The mid-bass horn design presented unique challenges due to the integration of a compression driver in a concentric configuration. This setup complicated the achievement of the desired directivity and frequency response, primarily because of shadowing effects and destructive interference. Despite these challenges, we successfully extended the frequency range to cover 300 Hz to 1 kHz. However, further refinement is needed, especially concerning the horn shape and dimensions to ensure a more controlled directivity, crucial for line array applications. The selection of the woofer dimensions required some considerations, particularly for achieving higher frequencies, like 1 kHz, needed for proper crossover with the compression driver. For a 10" woofer, incorporating a phase plug is essential to reach the desired high frequency. The context of using the mid-bass horn within a 3-way loudspeaker system for line arrays posed additional design constraints, emphasizing the need for a compact and efficient design to fit within the overall system configuration. The primary focus was to utilize and evaluate simulation software such as AKABAK and Hornresp, combining them with CAD software Fusion360. Pyhton scripting also played an important role in the optimization process, mainly to guarantee rigorous adaptations of horn shapes when incorporating a phase plug or occlusive elements. Given the practical nature of the project, certain design restrictions had to be adhered to, necessitating compromises in the final design. This study not only demonstrates the capabilities and limitations of the employed simulation tools but also provides insights into the practical considerations and trade-offs involved in designing a high-performance mid-bass horn in a concentric loudspeaker system.

Gli altoparlanti con carico a tromba sono da tempo un punto fermo dell’industria audio, grazie alla loro efficienza e alla capacità di controllare la direttività. Inoltre, le configurazioni coassiali offrono vantaggi significativi, tra cui un migliore allineamento di fase e un campo sonoro più coerente, rendendole altamente desiderabili nei sistemi audio ad alte prestazioni. Questa tesi esplora la progettazione e l’ottimizzazione di una tromba per medio-bassi per un sistema di altoparlanti a due vie in configurazione concentrica, condotta durante uno stage presso l’azienda Audio Factory. Il progetto mirava a realizzare una tromba per medio-bassi ottimizzata che fornisse un pattern di copertura orizzontale di 90° e verticale di 20°, coprendo una gamma di frequenze da 300 Hz a 1 kHz. Il progetto della tromba per medio-bassi ha presentato particolari difficoltà dovute al driver a compressione in configurazione concentrica inserito nel volume della tromba. Questa configurazione ha complicato il raggiungimento della direttività e della risposta in frequenza desiderate, soprattutto a causa degli effetti di mascheramento e delle interferenze distruttive. Nonostante queste difficoltà, siamo riusciti a estendere la gamma di frequenze da 300 Hz a 1 kHz. Tuttavia, sono necessari ulteriori perfezionamenti, soprattutto per quanto riguarda la forma e le dimensioni della tromba, per garantire una direttività più controllata, fondamentale per le applicazioni line array. La scelta delle dimensioni del woofer ha richiesto alcune considerazioni, in particolare per raggiungere frequenze più elevate, come 1 kHz, necessarie per un corretto crossover con il driver a compressione. Per un woofer da 10", l’utilizzo di una rifasatore è essenziale per raggiungere le alte frequenze desiderate. Il contesto di utilizzo della tromba per mediobassi all’interno di un sistema di altoparlanti a 3 vie per line array ha posto ulteriori vincoli di progettazione, sottolineando la necessità di un progetto compatto ed efficiente da inserire nella configurazione complessiva del sistema. L’obiettivo principale è stato quello di utilizzare e valutare software di simulazione come AKABAK e Hornresp, combinandoli con il software CAD Fusion360. Anche la programmazione iin Pyhton ha svolto un ruolo importante nel processo di ottimizzazione, soprattutto per garantire adattamenti rigorosi delle forme delle trombe quando si incorpora un phase plug o altri elementi occlusivi. Data la natura pratica del progetto, è stato necessario rispettare alcune restrizioni progettuali, che hanno reso necessari dei compromessi nel progetto finale. Questo studio non solo dimostra le capacità e i limiti degli strumenti di simulazione utilizzati, ma fornisce anche una visione delle considerazioni pratiche e dei compromessi coinvolti nella progettazione di una tromba per medio-bassi ad alte prestazioni in un sistema di altoparlanti concentrici.