Acoustical signals are useful in keeping the industrial safety, for which an electro-mechanical driver such as the loudspeaker is usually used to generate the sound. Because of the limitation in input power capacity and the low efficiency, the radiated sound from the source also suffers from the transmitted power shortage. A horn can be a useful attachment to supplement the sound radiation. In this study, to improve the radiated sound power at the prescribed frequencies or frequency bands, the attached acoustic filter composed of serially connected horns was attempted to be optimized by changing the flare constants and the lengths of horn elements. To find the optimal geometrical sizes of serially connected horns to satisfy such an objective, the acoustic filter was modeled by using the four-pole parameters based on the Webster horn equation under the linear plane wave assumption. Acoustical performance of the acoustic filter was evaluated by the input impedance, which could be calculated from the shape of horns and the radiation impedance at the mouth. To estimate the overall efficiency of the total driver and horn system, the efficiency of the acoustic filter system was derived based on the electric circuit analogy, thus the ratio between the radiated sound power and the input electric power was defined. The genetic algorithm which is one of statistical optimization techniques, known as finding the global optimal solutions, was employed in search for the optimal filter variables. To show the applicability and validity of the proposed optimization scheme, two different test examples were dealt with. The optimal layout for two serially connected horns was tested to improve the individual and combined efficiencies at 500 Hz and 1 kHz. For both examples, the horn input impedance and the efficiency were compared among optimized, non-optimized, and no-horn designs. It was shown that the suggested efficiency optimization technique actually increased the efficiency of the acoustic filter-speaker system at the specified frequencies.
음향신호들은 산업현장에서 안전과 관련된 정보를 알리는데 유용하며, 라우드스피커와 같은 전자-기계 드라이버들이 주로 신호를 생성하기 위해 사용된다. 제한된 입력 일 허용과 효율 때문에 음원으로부터 방사되는 소리는 원하는 만큼의 방사 파워를 얻지 못하는 문제가 발생한다. 혼은 소리의 방사를 돕기 위한 유용한 보조장치로 이 경우에 사용될 수 있다. 본 여눅에서는, 방사되는 음향 일을 특정한 주파수와 주파수 대역에서 향상 시키기 위해 직렬로 연결된 혼을 이용하여 음향 필터를 구성하였고 이의 확장 상수와 길이를 변화시키며 설계변수의 최적화를 시도하였다. 논문의 목적을 만족하는 최적 설계 변수를 찾기 위하여, 음향 필터는 평면파 한계 내에서 웹스터 방정식을 이용하여 4단자 행렬을 이용하여 모델링 하였다 .음향 필터의 성능은 혼의 형상과 출구에서의 방사 임피던스에 의해 얻어지는 입구 임피던스에 의해 평가되었다. 음원과 혼이 연결된 시스템의 효율의 향상을 위해 음향 필터 시스템의 효율이 전기 상사 모델링을 통해 정의되었으며, 이때 효율은 방사되는 음향일과 입력되는 전기 일과의 비율로 나타난다. 전역 최적점을 찾는 것으로 알려진 통계적인 최적화 기법들중 유전자 알고리즘이 최적화된 음향필터 설계 변수들을 찾기 위해 사용되었다. 사용된 최적화 기법의 응용성과 적합성을 보이기 위해, 두 테스트 예들에 대해 최적화를 시도하였다. 두 혼이 연결된 경우 500 Hz와 1kHz 각각과 그리고 두 주파수 모두에서 효율을 향상시키는 최적화를 수행하였다. 두 경우 모두에서, 혼의 입구 임피던스의 최적화와 혼의 일 효율의 최적화에 대한 결과들이 비교되었다. 이를 통해 제안되어진 일 효율을 고려한 최적화가 실제 음향 필터와 스피커 시스템이 목표로 하는 주파수에서 효율을 향상 시킴을 검증하였다.
