Matematisk model giver mulighed for at designe fremtidige højttalere med en form og i et materiale, der forbedrer lydkvaliteten markant, og som designingeniører næppe selv var kommet på.
Et netop afsluttet forskningsprojekt på DTU har udviklet en ny matematisk model, der kan pege på ændringer i design af højttalere, som medfører markante forbedringer i lydgengivelsen. Ud fra algoritmer, der beskriver, hvordan kvaliteten af den gengivne lyd skal være, beregner computeren de former og materialer, der vil være mest optimale at vælge. Udgangspunktet har været, at lyden skal gengives, så den ligger så tæt som muligt på den lyd, der oprindeligt er indspillet af kunstneren. Derudover skal lyden spredes godt i rummet, ligesom alle frekvenser skal gengives ens, så der hverken er for meget bas eller diskant.
”Vi har blandt andet brugt modellen til at beregne, hvordan en akustisk linse, der sikrer spredning af lyden i en kompakt smarthøjttaler, skal udformes for at give det bedste resultat. Her viste computerens udregning, at den optimale linsegeometri er mere kurvet end traditionelt, den er nærmest s-formet. Det giver et jævnt frekvensrespons og en god spredning af lyden,” siger Daniel Gert Nielsen, der står bag den nye model.
Modellen er udviklet i samarbejde med forskere på DTU Elektro og DTU Mekanik, der er verdensførende inden for kombinationen af akustik og vibrationers påvirkning af mekaniske komponenter.
Materialevalg og nye produktionsmetoder
Modellen har også været brugt til at kigge på materialevalg til et par af højttalerens komponenter. Her fik den en base på hundrede materialer til sin rådighed, og efterfølgende foreslog den nogle, der adskiller sig fra de gængse.
”Materialevalget i eksisterende højttaleres membraner tager eksempelvis udgangspunkt i forholdet mellem materialets tyngde og stivhed, samt dets dæmpende egenskaber. Modellen foreslog, at membranens materialeegenskaber ikke skulle være ens fra ende til anden. Nogle steder skal det være tungt og blødt og andre steder let og stift. Den variation giver mulighed for den bedste gengivelse af lyden,” siger Daniel.
Forskerne bag projektet er ikke i tvivl om, at den nye optimeringsmodel vil give mulighed for store forandringer inden for design af højttalere i fremtiden. Det er et område, hvor man i høj grad er nået til grænserne for, hvad der kan opnås med de mere traditionelle designmetoder, og hvor bl.a. computersimuleringer og nye produktionsteknologier kan åbne for endnu bedre lydoplevelser i en kommende generation af højttalere.
”Udviklingen af 3D-printteknologien og anvendelsen af avancerede komposit-materialer betyder, at det fremover vil være muligt at fremstille en højttalerkomponent, f.eks. en membran, hvor materialet varierer, som vores computermodel har foreslået,” siger Daniel.
Studerende indbydes til at fortsætte arbejdet
Daniel er glad for, at han efter sit ingeniørstudium valgte at bruge et par år på at forske. Nu håber han, at det grundlag, han har skabt med udvikling af computermodellen, vil blive samlet op af nye studerende, som har mod på f.eks. at bygge den kompakte smarthøjttaler på baggrund af modellens beregninger.
”Vi er ikke i tvivl om, at modellen virker, for alle de elementer, der indgår i dens beregningsgrundlag stammer fra viden, der tidligere er afprøvet i praksis. Men det kunne være interessant at udføre de praktiske eksperimenter, hvis nogle af vores studerende har lyst til at prøve kræfter med opgaven. Daniel har heldigvis lovet, at han gerne vil deltage som vejleder fra sin nye position i erhvervslivet,” siger lektor Finn T. Agerkvist, DTU Elektro, der har været vejleder for Daniel.
Daniel henvendte sig efter afslutningen af forskningsprojektet til hovedtelefonvirksomheden Jabra for at høre, om de havde brug for en udvikler med hans kompetencer. I dag er Daniel en del af virksomhedens udviklingsteam, men han vil fortsat gerne samarbejde med DTU om projekter, der har relation til den højttalermodel, han har udviklet, og til Jabras arbejde i øvrigt.