اصلاح وضعیت آکوستیکی فضاهای بسته همچون تالارهای کنسرت و استودیوهای صدابرداری به روش آزمون وخطا ، مستلزم صرف وقت و هزینه زیاد است، درحالیکه به کمک مدلسازی فیزیکی و کامپیوتری می توان نحوه افت انرژی صوتی را بررسی، تحلیل، ارزیابی و اصلاح نمود. بدین ترتیب اصلاحات مورد نظر ابتدا بر روی مدل اعمال شده و پس از تایید در فضای مورد نظر اجرا می شود که این امر علاوه بر دقت بیشتر باعث صرفه جویی در وقت و هزینه می شود. در مدلسازی آکوستیکی استودیوی مورد مطالعه، روش رهگیری پرتوها که مبتنی بر آکوستیک هندسی است بکار رفته و برای برنامه نویسی از نرم افزار matlab استفاده شده است. سپس نتایج حاصله با اندازه گیری ها ، مقایسه وارزیابی شده ، آنگاه برای نیل به زمان واخنش مطلوب ، اصلاحات مورد نظر در مدل اعمال گشته و نتایج استخراج شده است. بدین ترتیب بدون صرف هزینه، اصلاح آکوستیکی مکان مورد مطالعه به طور مجازی صورت گرفته است. برنامه نویسی به گونه ای است که می توان به کمک آن هرفضای مکعبی شکل با یک سطح شیب دار را از نظر وضعیت آکوستیکی مدلسازی کرد و پارامترهای آکوستیکی آن را بدست آورد.

چکیده مواد هوشمند، موادی هستند که خواصشان بطور فعال از طریق اسباب نوری، الکتریکی، گرمایی، مغناطیسی و الکترومکانیکی قابل تنظیم و کنترل می باشد. همچنین سازه ها، حسگرها، عملگرها یا سیستم های هوشمند شامل مواد یکپارچه هوشمند می باشند که قابلیت تطبیق سازه ای-الکتریکی جهت بدست آوردن خودحسگری، توانایی تشخیص و کنترل را دارا می باشند. مواد پیزوالکتریک یکی از مواد هوشمند هستند که بخاطر خواص مخصوصشان یعنی داشتن پدیده کوپلینگ الکترومکانیکی در صنایع مختلف به عنوان عملگر و یا حسگر بطور گسترده بکار می رود. با توجه به کاربردهای فراوان مواد پیزوالکتریک در این پروژه سعی شده است تا با فعال سازی آن ها به عنوان عملگر از طریق اعمال ولتاژ توزیع فشار صوت در یک محیط دو بعدی با استفاده از روش اجزاء محدود محاسبه گردد و پترن های خاص حاصله را بدست آورد. بدین منظور ابتدا در فصل اول به ارائه توضیحاتی راجع به مواد هوشمند، مهندسی آلتراسونیک و روش اجزاء محدود پرداخته می شود. سپس در فصل دوم به مروری بر کارها و تحقیقات انجام گرفته در این زمینه توسط محققان پرداخته می شود. در فصل سوم مسئله مورد نظر تعریف می گردد و معادلات حاکمه بر سیستم استخراج می گردد. سپس در این فصل این معادلات توسط روش اجزاء محدود گسسته-سازی می شود. از آن جا که نرم افزار ansys قابلیت این تحلیل را بر پایه اجزا محدود را دارد توضیحاتی راجع به مدلسازی مسئله در این نرم افزار ارائه می شود. در فصل چهارم نتایج برای استفاده از یک یا چند عملگر پیزوالکتریک از نوع pzt-141 برای محیط دوبعدی بصورت مربعی و مستطیلی ارائه شده و مورد بحث قرار گرفته است. در نهایت با استفاده از این عملگرها پترن خاصی که در یکی از مراجع ارائه شده، شبیه سازی گردیده شده است. کلید واژه: سازه های هوشمند، پیزوالکتریک، فشار صوت، اجزای محدود، آکوستیک، نرم افزار ansys

از زمانی که سخنرانی یا اجرای موسیقی به وجود آمده، نیاز به پراکندگی صدا در تمام جهات و با تراز یکسان حس می شده است. در قرن بیستم و با تغییر گرایش معماران به سطوح تخت و فضاهای مکعبی، پنل های اضافی بر روی دیوارها که خواص آینه ای آنها را کنترل کند نیز ابداع شدند. یکی از این پنلها، پخشاگرها بودند که تا پیش از شرودر، به صورت تجربی و برمبنای مشخصات هر محیط خاص، طراحی می شدند. شرودر نخستین دانشمندی بود که طراحی پخشاگرها را فرمولبندی ریاضی نمود و امکان طراحی دقیق و تولید گسترده ی آن را فراهم ساخت. از میان پخشاگرهایی که روابط ریاضی آن ها به دست آمده، پخشاگر شرودر "باقیمانده درجه دوم" یا به اختصار، qrd بیشتر مورد توجه بوده است.پس از شرودر، بهینه سازی ابعاد، زوایا و مشخصات اکوستیکی ( مانند ادمیتانس، جذب و...) پخشاگرهای شرودر در دستور کار محققین آکوستیک قرار گرفت و روشهای مختلفی از مدلسازی و بهینه سازی پخشاگرها استفاده گردید در تحقیق حاضر به الگوریتمی پایدار برای مدلسازی پخشاگرهای شرودر با روش المان مرزی (bem) دست یافته شده است و با تکنیکهای محاسباتی و ایجاد منبع های مجازی در جلوی پنل پخشاگر، موج فشار بر گیرنده هایی در مکان های متفاوت را اندازه گیری نموده تا میزان پخشاگری موج صوتی از یک پنل پخشاگر شرودر ارزیابی گردد. به دست آوردن پترن پخشاگری با مدل بسیار دقیق bem این امکان را به طراح می دهد تا به بهترین مشخصات آکوستیکی یک پخشاگر شرودر دست پیدا کند.علاوه بر مدلسازی، بهینه سازی پترن پراکندگی با کمینه کردن پارامتر خطای موج فشار با استراتژی تبرید انجام گرفته و به پخشاگری هموارتر رهنمونمان کرده است

دانستنِ مشخصه جهتی منابع صدا به چند دلیل دارای اهمیت است. شناخت بهتر ساختمان و بهینه سازی در ساخت منابع صدا، کمک به طراحی آکوستیکیِ مکان های مختلف، مانند استودیوها، سالن های سخنرانی و...، ایجاد صدای مورد پسند شنوندگان در ضبط و پخش و همچنین کمک به بهبود سیستم های شنیداری از این دلایل هستند. علاوه بر این ها مشخصه جهتی در نرم افزار های شبیه ساز آکوستیکی که روز به روز کاربرد بیشتری پیدا می کنند، مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه، ابتدا یک سیستم اندازه گیریِ جهت وری برای منابعِ صدا طراحی و ساخته شده است. این سیستم قادر است جهت وری را به طور همزمان در دو صفحه افقی و عمودی اندازه گیری کند. سپس، به کمکِ این سیستم، جهت وریِ ساز سنتور در یک اتاقِ صامت، مورد آزمایش قرار گرفت. الگوهای جهت وریِ نت های نواخته شده به وسیله سنتور، ترسیم شدند. تحلیل های ما نشان دادند که تغییر نغمه موجب تغییراتِ الگوهای جهت وریِ سنتور می شود و همچنین سنتور در راستای عمودی، جهتی تر از جهت افقی است.

در میان تمام فناوریها و روشهای تشخیص هویت زیستی، بازشناسی گوینده بر مبنای اطلاعات صحبت را میتوان طبیعیترین و اقتصادیترین روش برای سیستمهای ارتباط انسان-ماشین دانست. همچنین توسعه فناوری پردازش صحبت باعث تقویت بسیاری از کاربردهای بازشناسی گوینده شده است. از آنجا که یکی از مهمترین زمینههای تحقیقاتی فعال که در سالهای اخیر در بسیاری از کاربردها باعث بهبود عمده در بازشناسی گوینده شده است استفاده از روشها و مدلهای ادغام اطلاعات در سطوح مختلف میباشد محور اصلی در این پژوهش، بهبود دقت بازشناسی گوینده با استفاده از ادغام اطلاعات در سطح تصمیم است. در این پایان نامه رویکرد استخراج ویژگیهای جدیدی بر پایه ضرایب کپسترال جهت فراهم سازی منابع تصمیم گیری مورد استفاده در ادغام تصمیم مد نظر قرار گرفته و با توجه به اینکه مشتقات هر تابع بخشی از ویژگیهای مستتر در آن را به نمایش میگذارد از مشتق اول و دوم ضرایب کپسترال مل-فرکانس به عنوان بردارهای ویژگی ثانویه استفاده نموده ایم. این رویکرد به مفهوم استفاده و بهرهگیری همزمان از اطلاعات نهفته در بردار ویژگی، تغییرات(بردار سرعت) و نرخ تغییرات(بردار شتاب) ویژگی میباشد. پس از بازشناسی گوینده مبتنی بر این سه بردار ویژگی به صورت مجزا، جهت بهبود دقت و صحت نتایج بازشناسی و شناسایی، اقدام به طراحی چارچوب ادغام اطلاعات در سطح تصمیم نمودهایم. استفاده همزمان از این بردارهای ویژگی در بستر ادغام تصمیم تاکنون توسط محققان گزارش نشده است. استفاده از روشهای مناسب جهت خوشه بندی بردارهای ویژگی از جمله روش کوانتیزه کردن برداری و همچنین توابع تعیین اندازه شباهت از جمله فاصله ماهالانوبیس و فاصله حداکثر شباهت مبتنی بر حد آستانه از دیگر کارهای مهم انجام شده در پژوهش می باشد. در مرحله ادغام تصمیم، نتایج بازشناسیهای اولیه را با استفاده از روشهای ادغام تصمیم از جمله روشهای رأیگیری، رتبه بندی و روش امتیازدهی ترکیب و نتیجه را به عنوان بازشناسی نهایی استفاده ایم. نتایج نشان دهد که روشهای ادغام تصمیم باعث بهبود قابل توجه در دقت بازشناسی گوینده نسبت به حالت بدون ادغام شود. از نتایج دیگر این است که استفاده همزمان از اطلاعات مستتر در بردارهای تغییرات ضرایب کپسترال و بردارهای نرخ این تغییرات برای بازشناسی گوینده باعث بهبود کارایی سیستم بازشناسی گوینده میشود.

برای طراحی فضاهای صوتی مطلوب و همچنین برای تخمین مشخصات صوتی یک محیط نظیر زمان واخنش و وضوح گفتار وغیره، نیازمند شبیه سازی این فضاها به وسیله نرم افزارهایی هم چون odeon هستیم، اما از آنجایی که این فضاها به لحاظ معماری پیچیده اند و دارای دیوارها و صفحات منعکس کننده بسیار و نیز اجزایی نظیر صندلی و غیره اند نرم افزار مذکور قادر به تحلیل درست و دقیق این فضاها نیست. همان طور که می دانیم تمامی جزئیات هندسی یک فضا روی چگونگی پخش صدا و بهتبع آن روی مشخصات صوتی محیط اثر دارند؛ اما آنچه مهم است میزان این تأثیرگذاری است. گاهی در یک فضای سه بعدی با حذف یک سری از اجزا،نه تنها به لحاظ درک شنیداری از مشخصات صوتی تغییری احساس نمی شود بلکه با روش های تجربی و آماری تخمین مشخصات صوتی و حتی شبیه سازی کامپیوتری فضای موردنظر نیز،تغییری در این مشخصات مشاهده نمی شود. پس برای سهولت کار وارد کردن نقشه سه بعدی فضای موردنظر به نرم افزارodeon و نیز گرفتن نتایج دقیق تر از شبیه سازی بهتر است فضای موردنظر را در جهت کاهش تعداد سطوح آن ساده کنیم. البته پرواضح است که در روند ساده سازی دانستن ضرایب جذب کلیه سطوح امری ضروری است. عمل ساده سازی هندسه فضاهای صوتی از طریق اجرایالگوریتم هایی انجام می شود که در این پایان نامه شرح داده شده است. این الگوریتم ها در محیط زبان برنامه نویسی c++ نوشته و اجرا شده اند. در این پایان نامه به ساده سازی کره ای به شعاع یک متر پرداخته شده است.

یکی از پارامترهای موثر بر کیفیت صدا، محیط استودیو است که به علت نصب دکور، شرایط آکوستیکی آن تغییر نموده است. برای بدست آوردن ساختارهای مناسب تر دکور، پس از رصد برنامه های شبکه های مختلف سیمای جمهوری اسلامی ایران، بر اساس ساختار و شکل آنها و مشورت با صدابرداران محترمی که در محیط این دکورها صدابرداری نموده اند، چندین دکور از برنامه های سیما انتخاب گردید. اما به دلیل محدودیت های فراوان اندازه گیری در استودیوها، دوازده دکور در سه ساختار دو وجهی باز، سه وجهی باز و مدور که بیشترین استفاده را در برنامه های تلویزیونی دارند مورد بررسی قرار گرفت که عبارتند از اسرا(شبکه قرآن)، طلوع(شبکه چهار)، دکتر سلام(شبکه دو)، خونه زندگی(شبکه دو)، روز از نو(شبکه دو)، صبح و امید(شبکه چهار)، آفتاب شرقی (شبکه یک)، سیمای خانواده (شبکه یک)، اردیبهشت(شبکه چهار)، هزارویک شب (شبکه چهار)، جام چهاردهم (شبکه سه) و1446(شبکه معارف). زمان واخنش در محیط دکورها بر اساس استاندارد در نقاط مختلف دکور و به کمک دستگاه 2260b&k و با پخش نوفه صورتی اندازه گیری شد. سپس این دوازده دکور به صورت کاملا مشابه با نمونه اندازه گیری از نظر ابعاد و جنس در محیط نرمافزاری odeon شبیه سازی و پارامترهای کیفیت صدا محاسبه و مقایسه شد. نتایج اندازه گیری، ایجاد تخریب صوتی به ویژه در بسامدهای بالا و افزایش درخشندگی صدا را تایید می نماید. مقایسه پارامترهای آکوستیکی نشان می دهد دکورهایی که دارای عمق متناسب با طول دهانه باز دارند، محیط داخلی مناسبتری از لحاظ زمان واخنش و انعکاسهای نزدیک ایجاد می کنند. البته تمام دکورهای مورد بررسی باعث افزایش وضوح سیلاب ها یعنی vs شده است.

دانستنِ اطلاعات آوایی در باندهای مختلف فرکانسی، به درک صحیح شنیداری ما کمک بسزایی می کند. بطوریکه با حذف یا فیلتر کردن بخشی از این اطلاعات، می توان تاثیر این پارامتر را روی قابلیت فهم گفتار بدست آورد. با دانش صحیح از علم آواشناسی اکوستیکی و آواشناسی شنیداری و تاثیر آنها بر روی فرمنت ها و هارمونیک های اصلی آواهای فارسی می توان با فیلتر کردن این هجاها و ارزیابی آنها توسط افراد مختلف (تست سایکوآکوستیکی)، تا حدود زیادی به این مهم دست پیدا کرد. در این پایان نامه، ابتدا سعی شده یک بانک دیتا از کنار هم قرارگیری تمام حالتهای مختلف همخوان ها و واکه های فارسی ایجاد نماییم. سپس با 2 فیلتر بالاگذر و 2 فیلتر پائین گذر و اکولایزینگ باند میانی، این کلمات را برای دو گوینده آقا و خانم فیلتر نمودیم. با استفاده از تست subjective و روش میانگین امتیازات نظردهی نتایج را بررسی کردیم. نتایج نشان دادند که همخوان های خیشومی و لرزشی و غلتان بیشترین تاثیرگذاری را در قابلیت فهم داشتند.

تشخیص و مکان یابی رویداد آکوستیکی، یک مسئله ی مهم در زمینه های مختلفی از جمله رادار، سونار، روبات ها، سیستم موقعیت یابی جهانی، زلزله نگاری، رهگیری منبع صوتی و ... می باشد. در یک محیط ساده یا کم بازتاب مسیرهای انتشار موج محدود است و امکان تشخیص منبع بهتر می باشد. در یک محیط پیچیده ( مانند یک محیط پیچیده ی شهری)، موانع مانند ساختمان ها موجب چند مسیره شدن موج انتشار می شود. این انعکاسات و شکست ها در تشخیص مکان یابی منبع صدا مشکل ایجاد می کنند. در این پژوهش ابتدا مکان یابی منبع با استفاده از روش شکل دهی پرتو برای محیط های کم بازتاب پیاده سازی شد. این پیاده سازی با نوشتن الگوریتم های چند شکل دهنده ی پرتو در نظر گرفته شده، در محیط متلب، و مدل سازی محیط انتشار در محیط نرم افزار کامسول ، انجام شد. نتایج پیاده سازی در محیط های دو بعدی و سه بعدی مقایسه شد. آرایه ی میکروفنی به کار گرفته شده در محیط دو بعدی چهارتایی و در محیط سه بعدی شش تایی بود. مکان یابی منبع در محیط های پیچیده و پر بازتاب با وجود مشکلات آن در محیط های مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به همین دلیل در این پژوهش پس از مقایسه ی نتایج محیط کم بازتاب، مکان یابی منبع در محیط های پیچیده ی دو بعدی و سه بعدی پیاده سازی شد. پس از تحلیل نتایج نشان داده شد که شکل دهنده ی پرتو mrcb، شکل دهنده ی پرتوی است که در محیط های پیچیده عملکرد بهتری از خود نشان می دهد. در ادامه حساسیت شکل دهنده های پرتو در برابر محدودیت تغییرات دمایی که به سادگی نمی توان آن را محاسبه کرد، بررسی شد. مشاهده شد که بررسی مدل های سه بعدی برای تشخیص درست ظرفیت های بالقوه ی مکان یابی با استفاده از شکل دهنده های پرتو، اهمیت ویژه ای دارد.