Designar akustiska komponenter innehållande tunna material

Datorsimuleringar och numeriska optimeringsalgoritmer blir alltmer användbara när man konstruerar akustiska enheter såsom ljuddämpare, högtalare och hörapparater. Simulering och optimering förkortar tiden för produktutveckling och minskar antalet fysiska prototyper. Esubalewe Lakie Yedeg har i sin avhandling utvecklat en datorsimuleringsprocess för utformning av olika akustiska enheter.

– Datorsimuleringar gör det möjligt att börja från scratch och att analysera och förutsäga resultatet av den slutliga utformningen. En simuleringsbaserad optimeringsalgoritm kan fastställa korrekta värden på tiotusentals designvariabler, något som är omöjligt att åstadkomma med traditionella manuella konstruktionsmetoder, säger Esubalewe Lakie Yedeg.

En särskild fråga som Esubalewe Lakie Yedeg har studerat i detalj är hur man kan modellera och optimera fördelningen av mycket tunna och långsträckta strukturer. Esubalewe Lakie Yedeg har utvecklat beräkningstekniker för att utforma insidan av så kallade reaktiva ljuddämpare, en standardkomponent för dämpning av avgasljudet hos förbränningsmotorer. Interiören i sådana ljuddämpare innehåller ofta ett komplicerat arrangemang av tunna och långsträckta strukturer. Esubalewe Lakie Yedeg har utvecklat en metod som möjliggör bättre storlekskontroll av konstruktionsdelarna inuti ljuddämparen.

– Den resulterande konstruktionen består av ett perforerat rör tillsammans med olika kombinationer av expansionskammare och så kallade Helmholtz-resonatorer, utan att det i förväg specificerades att sådana komponenter skulle användas, säger Esubalewe Lakie Yedeg.

En annan tillämpning som Esubalewe Lakie Yedeg har arbetat med är utformningen av akustiska horn, som är en typ av högtalare som ofta används för att möjliggöra höga ljudnivåer, i synnerhet för användning utomhus och i stora hallar. Målet var att optimera utformningen av tunna materialskikt placerade inuti ett befintligt horn för att förbättra hur ljudet sprids till lyssnarna.

– Det är viktigt att optimeringsmetoden verkligen kan arbeta med extremt tunna material, eftersom ljudet annars kommer att blockeras och förstöra funktionen hos hornhögtalaren. Detta är den första demonstrationen av en teknik som gör det möjligt att optimera så extremt tunna strukturer, säger Esubalewe Lakie Yedeg.

Den nya optimeringsmetoden baseras på ny beräkningsmetod som utvecklats av Esubalewe Lakie Yedeg och medarbetare där de akustiska egenskaperna hos en tunn yta representeras av en så kallad ytimpedans. Tidigare utvecklade beräkningsmetoder har inte kunnat hantera det avgörande momentet där impedansen motsvarar en yta som tillåts försvinna, vilket dock är en fråga som är viktig att kunna hantera i samband med optimering. Som en extra bonus är den nya metoden även utvecklad för att korrekt kunna fånga en exotisk typ av ljudvågor, så kallade ytvågor.

Läs en digital publicering av avhandlingen

För mer information, kontakta gärna:

Esubalewe Lakie Yedeg, Institutionen för datavetenskap, Umeå universitet
Telefon: 070-754 69 98
E-post: yedegl@cs.umu.se

Pressbild för nedladdning. Foto: Ingrid Söderbergh

Om disputationen:

På måndagen den 30 maj försvarar Esubalewe Lakie Yedeg, Institutionen för datavetenskap, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Analysis, Control, and Design Optimization of Engineering Mechanics Systems. Svensk titel:Analys, styrning och optimal utformning av mekaniksystem.
Disputationen äger rum klockan 10:15 i rum MA121 i MIT-huset, Umeå universitet. Fakultetsopponent är professor Anton Evgrafov, Department of Mathematical Sciences, Norwegian University of Science and Technology, Norway.