Методи моделювання акустичних електродинамiчних перетворювачiв

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorДiдковський, Віталій Семенович
dc.contributor.authorВолков, Денис Дмитрович
dc.date.accessioned2023-05-30T11:14:25Z
dc.date.available2023-05-30T11:14:25Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractВолков Д.Д. Методи моделювання акустичних електродинамiчних перетворювачiв – Квалiфiкацiйна наукова праця на правах рукопису. Дисертацiя на здобуття наукового ступеня Доктора фiлософiї за спецiальнiстю 171 «Електронiка». – Нацiональний технiчний унiверситет України «Київський полiтехнiчний iнститут iменi Iгоря Сiкорського», МОН України, Київ, 2022 р. Дисертацiйна робота присвячена дослiдженню лiнiйних та нелiнiйних моделей акустичних електродинамiчних перетворювачiв з метою вдосконалення iснуючих та розробки нових бiльш точних та зручних методiв iз використанням сучасних пiдходiв, як то: методи оптимiзацiї, генетичнi алгоритми та штучнi нейроннi мережi. Робота складається iз чотирьох основних роздiлiв. У вступi описано актуальнiсть проблеми та зроблено огляд сучасних методiв моделювання, у другiй частини детально розлядаються лiнiйнi моделi перетворювачiв, включно iз класичною моделлю Тiля/Смола та стандартним методом знаходження її параметрiв - методом доданої маси. Запропоновано новi методи для бiльш точного та гнучкого знаходження параметрiв лiнiйних моделей, як то метод пiдбору параметра Bl та застосування генетичного алгоритму. Запропонованi методи було порiвняно iз класичним методом доданої маси та обговорено переваги та недолiки рiзних методiв. У третьому роздiлi розглядаються нелiнiйнi моделi перетворювачiв. Виводиться нелiнiйна модель гуномовця у фазому простору та демонструється її приведення до канонiчного вигляду. Також, пропонується принципово новий пiдхiд до моделювання електродинамiчних перетворювачiв iз використанням рекурентних нейронних мереж. Обидва методи порiвняно мiж собою на основi практично вимiряних даних та проведених експериментiв. У останньому роздiлi даються загальнi висновки iз виконаної роботи. У результатi роботи вдалося отримати такi новi результати: 1. Запропоновано новiтнiй повнiстю автоматизований метод для знаходження коефiцiєнту електромеханiчної трансформацiї Bl без упливу iнших параметрiв моделi використовуючi виключно вимiрюванi величини, як то: напруга на клемах, струм через котушку та змiщення рухомої частини перетворювача. Такий метод можна вважати найбiльш точним непрямим методом вимiрювання Bl на даний момент. 2. На основi методу пiдбору параметра Bl, запропоновано метод для вiдокремлення механiчного та електричного iмпедансiв електродинамiчного перетворювача використовуючi також виключно вимiрюванi величини для досягнення максимальної точностi. У результатi, цi iмпеданси можуть розглядатися окремо один вiд одного, що вiдкриває бiльше можливостей для їх дослiдження та розробки бiльш точних моделей. 3. Вперше застосовано генетичний алгоритм для знаходження параметрiв лiнiйної моделi електродинамiчного перетворювача та проведено його порiвняння iз класичним методом доданої маси. 4. На основi генетичного алгоритму запропоновано унiверсальну узагальнену структуру для знаходження параметрiв довiльних моделей електродинамiчних перетворювачiв, що значно полегшує та прискорює процес їх дослiдження. 5. Вперше застосовано рекурентну нейронну мережу для моделювання нелiнiйної поведiнки електродинамiчних перетворювачiв. Представлено повний процес тренування та тестування даної нейронної моделi. 6. Проведено практичне порiвняння нелiнiйної моделi iз використанням рекурентної нейронної мережi iз найбiльш уживаною у iндустрiї моделлю у фазовому просторi. Практичне значення отриманих результатiв полягає у пiдвищеннi точностi та полегшеннi iдентифiкацiї лiнiйних та нелiнiйних моделей електродинамiчних перетворювачiв. Представленi методи можуть бути використанi безпосередньо у промисловостi а також, у дослiдницьких цiлях для бiльш глибокого аналiзу поведiнки гучномовцiв, а саме: було продемонстровано можливiсть швидкої адаптацiї генетичного алгоритму до бiльш складних моделей iз бiльшою кiлькiстю iдентифiкованих параметрiв без втрати продуктивностi та швидкої сходимостi алгоритму. Це демонструє унiверсальнiсть генетичного алгоритму та можливiсть його використання для точнiших моделей що є складними для iдентифiкацiї класичними методами. Для моделювання нелiнiйної поведiнки електродинамiчних перетворювачiв було вперше запропоновано використання рекурентних нейронних мереж. Такий пiдхiд дозволяє швидко знайти модель перетворювача типу "чорний ящик"яка може бути безпосередньо застосована у якостi цифрового двiйника модельованого гучномовця у якостi компонента бiльш складних систем. Запропоновану модель було порiвняно iз найбiльш уживаною у iндустрiї нелiнiйною моделлю електродинамiчного перетворювача у фазовому просторi на основi аналiзу вимiряних вiдгукiв у часовому та спектральному представленнях. Уцiлому, запропонованi методи значно пiдвищують точнiсть моделювання електродинамiчних перетворювачiв, що дозволяє їх використання у застосунках iз активного контролю гучномовцiв, як то: компенсацiя нерiвномiрностi частотної характеристики, компенсацiя динамiчного дiапазону, дизайн активних кросоверiв, глобальна еквалiзацiя, компенсацiя низьких частот за рахунок психоакустичних ефектiв, компенсацiя нелiнiйних спотворень, активний захит вiд надвисокого змiщення та багато iншiх.uk
dc.description.abstractotherVolkov D.D. Acoustic electrodynamic transducer modelling methods – Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Thesis for the degree of Philosophy Doctor, in specialty 171 “Electronics”. – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute Kyiv, 2022. The thesis is dedicated to the study of linear and nonlinear models of acoustic electrodynamic transducers with the aim of improving existing and developing new, more accurate and convenient methods using modern approaches, such as: optimization methods, genetic algorithms and artificial neural networks. The work consists of four main sections. The introduction describes the relevance of the problem and provides an overview of modern modeling methods, the second part describes in detail the linear models of converters, including the classic Thiel/Smoll model and the standard method of finding its parameters - the added mass method. New methods for more accurate and flexible finding of linear model parameters are proposed, such as the method of Bl parameter brute-force search an the genetic algorithm application. The proposed methods were compared with the classical added mass method and the advantages and disadvantages of different methods were discussed. In the third section, the nonlinear transducer models are considered. A statespace nonlinear loudspeaker model is derived and its transformation to the canonical form is demonstrated. Also, a fundamentally new approach to modeling electrodynamic transdurcers using recurrent neural networks is proposed. Both methods are compared with each other on the basis of practically measured data and conducted experiments. The last section gives general conclusions from the work performed. As a result of the work, it was possible to obtain the following new results: 1. The latest fully automated method for finding the loudspeaker’s force factor Bl without the influence of other model parameters using exclusively measured values, such as: voltage at the terminals, current through the voice coil and displacement of the moving part of the transducer, is proposed. Such a method can be considered the most accurate indirect method of measuring Bl at the moment. 2. Based on the force factor Bl identification approachd, a method for separating the mechanical and electrical impedances of an electrodynamic transducer is proposed using also only measured values to achieve maximum accuracy. As a result, these impedances can be considered separately from each other, which opens up more opportunities for their research and development of more accurate models. 3. For the first time, the genetic algorithm was applied to find parameters of a linear model of an electrodynamic transducer and its practical comparison with the classical method of added mass was carried out. 4. On the basis of the genetic algorithm, a universal generalized structure is proposed for finding parameters of arbitrary electrodynamic transducers models of, which greatly facilitates and accelerates the process of their research. 5. For the first time, a recurrent neural network was used to model nonlinear behavior of electrodynamic transduers. The complete process of training and testing this neural model is presented. 6. A practical comparison of the nonlinear model using a recurrent neural network with the most widely used model in the industry - nonlinear state-space model - is carried out. The practical significance of the obtained results lies in increasing the accuracy and facilitating the identification of linear and non-linear models of electrodynamic transducers. The presented methods can be used directly in the industry as well as for research purposes for a deeper analysis of the loudspeakers behavior, namely: the possibility of rapid adaptation of the genetic algorithm to more complex models with a larger number of identified parameters without loss of performance and rapid convergence of the algorithm was demonstrated. This shows the universality of the genetic algorithm and the possibility of its use for more accurate models that are difficult to identify by classical methods. For modeling the nonlinear behavior of electrodynamic transducers, the appliction of recurrent neural networks was proposed for the first time. This approach allows to quickly find a model of a "black box"type that can be directly used as a digital double of a modeled loudspeaker as a component of more complex systems. The proposed model was compared with the most widely used in the industry nonlinear model of the electrodynamic converter in the state-space based on the analysis of the measured responses in temporal and spectral representations. In general, the proposed methods significantly increase the accuracy of electrodynamic transducers modeling , which allows their use in active loudspeaker control applications, such as: frequency response compensation , dynamic range compensation, active crossover design, global equalization, compensation of low frequencies due to psychoacoustic effects, nonlinear distortion compensation, active protection against ultra-high displacement and many others.uk
dc.format.extent149 с.uk
dc.identifier.citationВолков, Д. Д. Методи моделювання акустичних електродинамiчних перетворювачiв : дис. … д-ра філософії : 171 "Електронiка" / Волков Денис Дмитрович. – Київ, 2022. – 149 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/56350
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectелектродинамiчний перетворювачuk
dc.subjectлiнiйнi та нелiнiйнi моделiuk
dc.subjectгенетичний алгоритмuk
dc.subjectiдентифiкацiя моделiuk
dc.subjectметод доданої масиuk
dc.subjectмодель у фазовому проторiuk
dc.subjectрекурентнi нейроннi мережiuk
dc.subjectelectrodynamic transducersuk
dc.subjectlinear and nonlinear modelsuk
dc.subjectgenetic algorithmuk
dc.subjectmodel identificationuk
dc.subjectadded mass methoduk
dc.subjectstate-space modeluk
dc.subjectrecurrent neural networksuk
dc.subject.udc621.391.83uk
dc.titleМетоди моделювання акустичних електродинамiчних перетворювачiвuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Volkov_dys.pdf
Розмір:
11.06 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АМЕС)
Дисертації (вільний доступ)