A numerical and experimental methodology to support the design of distributed mode loudspeakers

Nowadays, the noise control and reduction in the automotive field has become more and more important. This because not only the noise is one of the most important aspect that consumers consider in the vehicle performances, but also because the exposure to noise can lead to damages to human health, like increasing the risk of hypertension, heart disease and diabetes. One way to control the noise is the usage of distibuted mode loudspeakers (DML), that are plates installed in the vehicle and that are excited by a shaker. By exciting the panel and controlling its vibrations is possible to reduce the noise level. The main advantages of this solution are that the DMLs do not require heavy damped materials to reduce noise. Furthermore, they can be implemented for active noise cancellation. Lastly, with respect to classic loudspeakers, they have a lower use of space and weight. To study them, this work aims at the development of a methodology to study and validate a numerical model of a shaker-plate-cavity system thanks to the Noise-Box, which is a concrete structure with a cavity that resembles the geometry of a car cabin and that has been designed to resemble the acoustic response of a cabin. One of its walls is open and allows the mounting of a panel on which a shaker can be assembled. In this work, a model of the shaker-plate-cavity system is initially validated with an aluminum panel. Subsequently, a second material was used to validate the methodology. The chosen material was PMMA thank to its higher damping and ease of modeling. This work aims to develop a methodology for the design and testing of DMLs for automotive applications, based on experimental characterization and the development of numerical models of a coupled shaker-plate-cavity electro-mechanical-acoustic system.

Al giorno d’oggi, il controllo e la riduzione del rumore nel settore automobilistico sono diventati sempre più importanti. Questo perché, non solo il rumore è uno degli aspetti principali che i consumatori considerano nelle prestazioni del veicolo, ma anche perché l’esposizione al rumore può portare a danni alla salute, come l’aumento del rischio di ipertensione, malattie cardiache e diabete. Una soluzione per controllare il rumore è l’utilizzo di distributed mode loudspeakers (DML), ovvero piastre installate nel veicolo e eccitate da uno shaker. Eccitando il pannello e controllando la sua vibrazione è possibile ridurre il livello di rumore. I principali vantaggi di questa soluzione sono che i DML non richiedono materiali smorzanti pesanti per ridurre il rumore. Inoltre, possono essere applicati per la cancellazione attiva del rumore. Infine, rispetto ai classici altoparlanti necessitano di un utilizzo di spazio e peso molto minore. Per studiarli, questo lavoro mira alla sviluppo di una metodologia per studiare e validare un modello numerico di un sistema shaker-piastra-cavità. Ciò è stato possibile grazie alla Noise-Box, una struttura in calcestruzzo con una cavità studiata per ricreare le caratteristiche acustiche di un abitacolo. Una delle sue pareti è aperta e consente il montaggio di un pannello su cui può essere assemblato uno shaker. In questo lavoro, è stato inizialmente validato un modello del sistema shaker-piastra-cavità con un pannello di aluminio. In un secondo momento, un secondo materiale è stato usato per validare la metologia. Il materiale scelto è il PMMA grazie al suo maggiore smorzamento e alla sua facilità di modellazione. Questo lavoro mira allo sviluppo di una metodologia per la progettazione e il collaudo dei DML per applicazioni automotive, basata sulla caratterizzazione sperimentale e sullo sviluppo di modelli numerici di un sistema elettro-meccanico-acustico accoppiato shakerpiastra-cavità.