Bachelor's Thesis

Investigation of the Directivity of Line-Array Loudspeaker Systems

Final Thesis 5.64 MB Appendix 13.99 MB

Author of thesis: Bc. David Logr

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Šimon Skvaril

Reviewer: doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D.

Abstract:

The following thesis describes the principles of wave summation for directional sound sources \cite{McCarthy}. It further explains the physical nature of directional radiation of line-array systems \cite{WST2003} \cite{JBL} and discusses selected methods for controlling or optimizng their directivity.

In particular, it outlines the principles of utilizing special waveguides in the context of WST criteria \cite{WST2003}. It also describes the design procedure for cutoff frequencies of low-pass filters used for frequency shading in column-array systems. In the context of beamsteering—the text details the calculation of the delays required to achieve a defined main lobe deflection and warns of the stricter spatial sampling criteria when radiating off the system's 0° axis.

Furthermore, the thesis includes a description of the required data and the setup of simulation scenarios in the AKABAK software to simulate the previously discussed methods or their components. It focuses on acquiring the frequency-directivity characteristics of a waveguide intended for line-array systems and compares the simulation results against the manufacturer's data. The resulting characteristics showed high similarity to official data, except at the highest investigated frequencies (14–16 kHz), where unexpected artifacts occurred, likely due to an insufficiently detailed  model of said waveguide. Another simulation scenario examines the impact of 1st-order low-pass shading filters with a cutoff frequency that decreases toward the edges of the system. Their effect is evaluated as positive regarding side lobe suppression (6–12 dB reduction), but unsuitable for maintaining a wider coverage angle (the original intent). The text highlights a trade-off: reduced system efficiency at high frequencies and a degraded ratio between main and parasitic lobe levels (by units of dB). The beamsteering simulation scenario confirms the validity of the described transducer delay design and the formula for determining the frequency of near-field radiation onset, while also illustrating the stricter spatial sampling criteria when the main lobe deviates from the reference axis.

The appendices contain all simulation projects and output data projects created for the AKABAK and VACS software. The appendix also includes a detailed document outlining the workflow in the AKABAK environment via a case study simulating a horn and compression driver system. A supplementary study documenting the minor impacts of simulation configuration variations is included, along with the corresponding projects and simulated data.

Keywords:

AKABAK, beamsteering, directivity, line-array, array-shading, simulation, waveguide

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta. Otázky: 1) Vysvětlete princip metod LEM a BEM.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (BPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDB-ZVUK)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Schimmel, Ph.D. (předseda)
Ing. MgA. Jana Jelínková (místopředseda)
Ing. Pavel Paluřík (člen)
Ing. Šimon Skvaril (člen)
Ing. Jaromír Mačák, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Šimon Skvaril

Student během řešení práce prokázal schopnost samostatně nastudovat poměrně rozsáhlou a odborně náročnou problematiku z oblasti elektroakustiky a návrhu reproduktorových systémů. V teoretické části práce přehledně shrnul základní fyzikální principy související se směrovým vyzařováním line-array systémů, problematiku prostorového vzorkování, vznik postranních laloků a principy metod využívaných pro řízení směrovosti, zejména použití speciálních vlnovodů, kmitočtového stínování a beamsteeringu. Teoretické poznatky vhodně doplnil o příklady komerčních řešení.

Významnou část práce tvoří návrh a realizace simulačních scénářů v programu AKABAK. Student samostatně připravil potřebné modely, navrhl simulační postupy a získané výsledky následně analyzoval a kriticky porovnal s teoretickými předpoklady i dostupnými údaji výrobců. Oceňuji zejména schopnost interpretovat dosažené výsledky, identifikovat omezení použitých modelů a diskutovat vliv jednotlivých parametrů na výslednou směrovou charakteristiku systémů.
Přínosem práce je rovněž rozsáhlá příloha obsahující studijní návod pro práci se softwarem AKABAK, který může být využit při budoucí výuce a laboratorních cvičeních.

Po odborné stránce je práce na velmi dobré úrovni. Student prokázal dobrou orientaci v řešené problematice, schopnost práce se specializovaným simulačním softwarem i schopnost samostatného technického úsudku. V textu se sice vyskytují formální a stylistické nedostatky, ty však nijak nesnižují odbornou hodnotu práce. Práci hodnotím za A a ddoporučuji ji k obhajobě Points proposed by supervisor: 94

Grade proposed by supervisor: A

Cílem bakalářské práce bylo popsat fyzikální podstatu metod tvarování směrové charakteristiky soustavy zdrojů tzv. line array systémů, provést simulace v softwaru AKABAK a vypracovat podrobný studijní návod pro práci se softwarem AKABAK. Všechny tyto cíle byly splněny, ale teoretická část práce by měla mít větší rozsah a měla by být doplněna grafickými znázorněními. Student zmiňuje metodu hraničních prvků a metody se soustředěnými parametry, které využívá software AKABAK, ale schází jejich popis, alespoň elementární. Případová studie, která je přílohou bakalářské práce je poměrně rozsáhlá a detailní a lze ji využít pro realizaci laboratorní úlohy.
Z formálního hlediska lze práci vytknout převzaté bitmapové obrázky v angličtině, terminologii, scházející odkazy u rovnic, neslabičné předložky na konci řádků, scházející interpunkce nebo otazníky v odkazech na literaturu nebo přílohu. Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete princip metod LEM a BEM.
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová