Framtagning av ljudabsorbenter
f ¨
or hemmet
Development of sound absorbers
for homes
Examensarbete, 15 hp, Produktutveckling och Design HT 2020
Jacob Lundgren Emil Persson
F¨
orord
Vi vill rikta ett stort tack till v˚ar uppdragsgivare Marcus Engqvist fr˚an Odigo som har bidragit med ett bra samarbete och st¨od under arbetets g˚ang. Vi vill ¨aven rikta ett tack till v˚ar handledare Andreas Krause fr˚an Malm¨o Universitet.
Sammanfattning
Akustik ¨ar l¨aran om ljud och d˚alig akustik kan ha negativ inverkan p˚a m¨anniskors h¨alsa. F¨or att f¨orb¨attra akustiken kan ljudabsorbenter anv¨andas. D¨aremot ¨ar ljudabsorbenter endast vanliga i offentliga milj¨oer och arbets-milj¨oer. Syftet med arbetet ¨ar att utveckla ljudabsorbenter som ska d¨ampa ljudet och d¨armed f¨orb¨attra ljudkvaliteten i hemmet. M˚alet med arbetet ¨
ar att skapa ett tillverkningsunderlag f¨or tv˚a nya prototyper och skapa en l¨osning p˚a hur ljudabsorbenterna ska h¨angas upp f¨or att minimera antalet borrade h˚al i v¨aggen. Konceptutvecklingen b¨orjar med att definiera proble-met utifr˚an framtagna behov och produktspecifikationer. D¨arefter p˚ab¨orjas konceptgenereringen som sker internt och externt. Konceptvalet grundar sig sedan p˚a de framtagna produktspecifikationerna. Sedan sker en utveckling av koncepten d¨ar prototyper, CAD-modellering, tillverkningsanpassad kon-struktion, FEM-analys och ljudm¨atningar genomf¨ors. Arbetet resulterar i tv˚a nya former p˚a ljudabsorbenter, ett f¨aste och renderingar p˚a de nya och befintliga ljudabsorbenterna. Projektet innefattar ¨aven CAD-modeller, rit-ningar, ber¨akningar som styrker h˚allfastigheten och ljudm¨atningar p˚a den befintliga produkten.
Abstract
Acoustics is the learning of sound and bad acoustics may have a bad influ-ence on humans health. To improve the sound acoustics, can sound absor-bers be used. But it is mostly common for sound absorabsor-bers to be used in office environments and not in home environments. The purpose is to de-velop new models for sound absorbers that will improve the sound quality. The goal is to create manufacturing basis to two new models and a mount for these. The concept development starts by defining the problem from the produced requirements and to product specifications afterwards con-cepts are generated by searching external and internal. The final concept is chosen based on the produced requirements and product specifications. Af-terwards a development of the chosen concept is begun where prototypes, CAD modeling, design for manufacturing, FEM analysis and sound measu-rements are made. The work results in two new shapes of sound absorbers, a mount and renders of both new and old sound absorbers. The result also includes sound measurements, CAD models, drawings and calculations of the strength.
Inneh˚
all
1 Inledning 1
2 Ljud och ljudabsorbering 3
3 Framtagning av produkt 5 3.1 Produktspecifikationer . . . 5 3.2 Konceptutveckling . . . 5 3.3 Konceptval . . . 6 3.4 Vidareutveckling av koncept . . . 6 3.4.1 Prototyper . . . 6 3.4.2 CAD modelering . . . 7 3.4.3 Rendering . . . 7 3.4.4 Tillverkningsanpassad konstruktion . . . 7
3.4.5 Analys med finita elementmetoden . . . 7
3.4.6 Ljudm¨atning . . . 8 4 Resultat 10 4.1 Produktspecifikationer . . . 10 4.2 Konceptutveckling . . . 11 4.2.1 Definiera problemet . . . 11 4.2.2 Extern s¨okning . . . 12 4.2.3 Intern s¨okning . . . 15 4.3 Val av koncept . . . 17 4.4 Vidareutveckling av koncept . . . 20 4.4.1 Prototypframtagning . . . 20 4.4.2 Tillverkningsanpassad konstruktion . . . 21
4.4.3 Analys av prototyp med finita elementmetoden . . . 22
4.4.4 Ljudm¨atning . . . 24 4.4.5 Slutgiltigt koncept . . . 27 5 Diskussion 29 6 Slutsats 32 A Ritningar A1 B Renderingar B1
1
Inledning
D˚alig akustik med st¨orande ljud kan ge upphov till stress, koncentrations-sv˚arigheter och tr¨otthet [1]. St¨orande bakrudsljud kan bero p˚a b˚ade d˚alig byggnadsakustik och d˚alig rumsakustik. Byggnadsakustik ¨ar ljud vilket kommer utifr˚an och in i rummet. F¨or att f¨orb¨attra byggnadsakustiken kan faktorer som bullereduktion och ljudisolering till¨ampas. En god rumsaku-stik inneb¨ar l˚agt bakgrundsljud, l¨amplig ljudniv˚a, en j¨amn ljudf¨ordelning och l˚ag efterklangstid i ljudet ¨aven kallat eko. Efterklanget i ljudet har st¨orst p˚averkan p˚a hur bra rumsakustik ¨ar och ¨ar l¨attast att f¨orb¨attra ge-nom att anv¨anda ljudabsorbenter.
Ljudabsorbenter har som funktion att absorbera ljudv˚agor f¨or att hindra de fr˚an att studsa och spridas vidare i rummet [2]. Faktorer som materi-al, tjocklek och positionering avg¨or hur effektiva ljudabsorbenterna ¨ar [3]. Ljudabsorbenter ¨ar vanliga i verksamhetsmilj¨oer som kontor och konfe-ranslokaler medan i hem anv¨ands naturliga ljudabsorbenter som m¨obler och gardiner. Trots detta ¨ar det vanligt att det finns o¨onskade ljud och ett stort efterklang i ljudet. De o¨onskade ljuden och efterklanget g˚ar att d¨ampa med ljudabsorbenter d¨aremot ¨ar problemet att ljudabsorbenterna som finns p˚a marknaden riktar sig endast mot f¨oretag. Ljudabsorbenterna som finns ¨ar d¨armed inte tillr¨ackligt priseffektiva eller tilltalande f¨or pri-vatpersoner.
Syftet med arbetet ¨ar att utveckla ljudabsorbenter som ska d¨ampa ljudet och d¨armed f¨orb¨attra ljudkvaliteten i hemmet. M˚alet med arbetet ¨ar att skapa ett tillverkningsunderlag f¨or tv˚a nya prototyper och skapa en l¨osning p˚a hur ljudabsorbenterna ska h¨angas upp f¨or att minimera antalet borrade h˚al i v¨aggen. Detta ska g¨oras med hj¨alp av en konceptutvecklingsprocces f¨or att s˚alla fram de b¨asta l¨osningarna. Dessa ska modelleras upp i CAD f¨or att sedan renderas. Ber¨akningar ska s¨akerst¨alla att ljudabsorbenterna kan sitta fast utan att h¨angaren g˚ar s¨onder. Designen beh¨over ¨aven anpassas f¨or att kunna tillverkas av kartong.
Arbetet kommer att ske i samarbete med Odigo vilket ¨ar ett svenskt konsult- och rekryteringsf¨oretag grundat 2012 som riktar sig mot teknik och implementering av robotar f¨or att automatisera produktionen hos f¨oretag [4]. Odigo har m˚anga olika projekt. Eftersom Odigo utifr˚an en marknads-unders¨okning s˚ag att det fanns ett behov av ljudabsorbenter riktat till privatpersoners hem, starta de projektet att ta fram ljudabsorbenter f¨or hemmamilj¨oer kallat Poasana. De har i dagsl¨aget tagit fram en ljudabsor-bent som best˚ar av en l˚ada med m˚atten 60x60x5 cm i kartong denna ¨ar kl¨add i textil och i l˚adan ¨ar det ett skum som absorberar ljudet, se figur 1. Produkten n¨armar sig lansering och inf¨or lanseringen vill Odigo ha hj¨alp
med att utveckla tv˚a nya produkter. De vill ocks˚a f˚a hj¨alp med att ska-pa presentationsundelag till en webbsida och en artplacer app i form av renderingar p˚a produkterna i r¨att milj¨o.
Figur 1: Ljudabsorbenten framtagen av Odigo.
Arbetet kommer inte att ber¨ora materialvalet f¨or ljudabsorbenten. D˚a de tidigare materialet ska anv¨andas f¨or att de ¨ar anpassat efter leverant¨orens tillg˚angar och ¨ar ett kostnadseffektivt alternativ. Arbetet kommer inte heller ber¨ora utveckling av ljudabsorbentens artplacer app eller hemsida. D¨aremot ska digitala modeller tas fram vilket ska kunna anv¨andas i appli-kationen och p˚a hemsidan fr˚an Odigo.
2
Ljud och ljudabsorbering
Rumsakustik ¨ar kopplat till ljudmlilj¨o och ber¨or allt ljud som uppst˚ar inom rum. Rumsakustik avg¨or hur bra vi m˚ar, hur vi kan koncentrera oss och hur vi presterar. En bra rumsakustik inneb¨ar l˚agt bakgrundsljud, normal ljudniv˚a och en kort efterklangstid i ljudet. P˚a detalj niv˚a ¨ar ljud vibra-tioner vilket sprids i luften och n¨ar n¨ar de tr¨affar trumhinnorna uppfattar vi ljudet. V˚agorna m¨ats i pascal eller N/m2. N¨ar det g¨aller att uttrycka
ljudniv˚aer i samband med m¨ansklig h¨orsel betyder det att tr¨oskeln ¨ar mel-lan 20 till 1GP a. Detta ¨ar en stor r¨ackvidd att hantera och d¨arf¨or anv¨ands decibel ist¨allet, decibel anv¨ands f¨or att m¨ata en ljudniv˚a i milj¨oer. Decibel anv¨ander sig av en logramitisk skala f¨or att minska antal siffror. Exempel-vis blir 20 µP a = 0 dB vilket ¨ar den l¨agsta decibel niv˚an m¨anniskan kan h¨ora och det vi kallar f¨or referens niv˚an [5].
Det g˚ar att m¨ata ljudet och definiera hur bra rumsakustiken ¨ar genom att anv¨anda digital utrustning. F¨or att m¨ata och definiera ljudv˚agor kan ana-loga och digitala m¨atmetoder anv¨andas. Med m¨atutrustningen omvandlas ljudv˚agorna till data genom en serie m¨atningar d¨ar amplituden m¨ats. Den-na m¨atning g¨or tusentals m¨atningar per sekund f¨or att rekonstruera och bilda en analog v˚ag. Hur snabbt m¨atningarna g¨ors m¨ats i kilohertz och kal-las f¨or samplingshastigheten. Ljud g˚ar i v˚agor d¨ar trycket ¨okar och s¨anks inom en full cykel. En ljudv˚ag kan beskrivas med hj¨alp av en sinuskurva, d¨ar en period ¨ar samma som en cykel. Hastigheten det tar f¨or en cykel avg¨or vilken frekvens ljudet befinner sig i. Ett ljud med en h¨ogre frekvens har fler cyklar p˚a en tid ¨an vad en l¨agre frekvens har. Detta inneb¨ar att det kr¨avs minst tv˚a m¨atningar i en cykel f¨or att avg¨ora frekvensen. Analogt ljud ¨ar en kontinuerlig v˚ag med stor bredd av varierande amplitud v¨arden. Inspelade ljud skiljer sig i digitala v¨arlden fr˚an vad vi refererar till inom m¨ansklig h¨orsel. Det ¨ar vanligt att digitala system inte anv¨ander 0 decibel som referensniv˚a och det beror p˚a att det finns ett tak p˚a amplituden i ljudv˚agorna. N¨ar ljudet n˚ar upp till detta tak skapas ett f¨orvr¨angningljud ist¨allet. Taket i digitala system ¨ar d¨arf¨or 0 dB och ¨ar det maximala ljudet. Till exempel om systemet l¨aser -25 dB betyder det att ljudniv˚an har blivit f¨orsvagad 25 dB. Referensniv˚an d˚a inget ljud kan h¨oras i digitala system kan variera, d¨aremot ¨ar -60 dB vanligast [6].
Det finns o¨onskade ljud som skapar problem vissa ¨ar st¨orre ¨an andra. Tv˚a av de vanligaste problemen ¨ar att ljudniv˚an ¨ar f¨or h¨og och buller. F¨or h¨og ljudniv˚a kan vara direkt skadlig p˚a h¨orselorganet och kan ge permanenta skador som h¨orselneds¨attning och tinnitus. Buller ¨ar en bredare term och innefattar olika typer av o¨onskat ljud, dessa ljuden ¨ar bakgrundsljud och efterklangstiden p˚a ljudet. Efterklangstiden eller ekot ¨ar en faktor f¨or
rum-sakustiken d˚a en l˚ang efterklangstid g¨or att ljudet tar l¨angre tid p˚a sig att f¨orsvinna och det blir sv˚arare att uppfatta efterkommande ljud. Detta har stor p˚averkan p˚a hur l¨att det ¨ar att uppfatta tal och att det kr¨avs st¨orre koncentration f¨or att f¨olja med i det som s¨ags. I l¨angden kan det leda till tr¨otthet och koncentrationssv˚arigheter [7].
F¨or att d¨ampa o¨onskade ljud och f¨orb¨attra rumsakustiken anv¨ands ljudab-sorbenter. Dessa kan best˚a av olika material och former som ger speciella egenskaper f¨or ljudabsorbering. Detta arbetet kommer endast att ber¨ora ljudabsorbering med ett por¨ost material. De har tv˚a huvudsakliga meka-nismer f¨or att absorbera akustisk energi den ena ¨ar n¨ar en ljudv˚ag tr¨affar materialet ¨ar det s˚a mjukt att det bildas sm˚a deformationer i materia-let som absorberar energin. Den andra mekanismen som p˚averkar ¨ar att den luften som finns inne i porerna b¨orjar vibrera vilket g¨or att det blir energif¨orluster av friktionen i materialet [8]. Detta medf¨or att om ljudab-sorbenterna skulle vara o¨andligt stora skulle allt ljud f¨orsvinna och inte studsa tillbaka. D¨aremot fungerar det inte s˚a i verkligheten utan storleken p˚a ljudabsorbenterna ¨ar begr¨ansade. Den optimala tjockleken p˚a ljudab-sorbenten ¨ar en fj¨ardedel av ljudv˚agens l¨angd.
Det finns ett flertal faktorer som p˚averkar ljudabsorberingsf¨orm˚agan dessa ber¨or fr¨amst materialet, storleken och placeringen [3]. F¨or materialet har densiteten en stor roll, ifall densiteten ¨ar f¨or h¨og riskerar ljudv˚agorna att studsa tillbaka direkt vid kontakt med ljudabsorbenten och d¨armed g¨or den ingen skillnad. Om materialet har f¨or l˚ag densitet g˚ar ljudv˚agorna rakt igenom materialet och v¨aldigt lite absorberas. F¨or storleken ¨ar det fr¨amst tjockleken som har st¨orst betydelse d¨ar en st¨orre tjocklek direkt ger en b¨attre absorberingsf¨orm˚aga. Detta g¨aller fr¨amst f¨or l˚ag frekventa toner d¨ar det g˚ar att se en tydlig skillnad med tjockleken d¨aremot f¨or h¨og frekventa toner g¨or tjockleken inte lika stor skillnad. Som riktlinje beh¨over tjockleken vara minst en tiondel av l¨angden p˚a tonens ljudv˚ag och det mest optimala ¨
ar en fj¨ardedel. F¨orutom tjockleken spelar arean ¨aven en stor roll d¨ar en st¨orre area har mer material som kan absorbera ljudet.
Anv¨ands m˚anga ljudabsorbenter f˚as b¨ast effekt genom att placera dessa p˚a b˚ada sidorna av rummet s˚a att tv˚a v¨aggar utan ljudabsorbenter inte ¨
ar riktade mot varandra, att ¨aven ha ljudabsorbenter i taket och place-ra ljudabsorbenterna i h¨ornen i rummet. N¨ar man placerar ljudabsorben-terna p˚a v¨aggen ¨ar det bra att f˚a ett litet utrymme mellan v¨aggen och ljudabsorbenten. Ett avst˚and p˚a 5 mm ¨ar det optimala f¨or att f¨orb¨attra ljudabsorberingen [3]. Ett annat begrepp f¨or att minska o¨onskat ljud ¨ar diffusion, det inneb¨ar att de inkommande ljudet faller mot en oj¨amn yta. Det reflekterande ljudet delas upp och sprids i olika riktningar.
3
Framtagning av produkt
Marknaden f¨or ljudabsorbenter ¨ar v¨aldigt stor trots detta finns det inte n˚agra ljudabsorbenter som ¨ar anpassade f¨or hemma milj¨oer. Detta kapitlet beskriver metoden f¨or att ta fram ljudabsorbetner f¨or hemmet.
3.1
Produktspecifikationer
F¨or att ta fram vilka specifikationer som produkten ska ha b¨orjar en iden-tifikation ¨over vilka behov som produkten beh¨over uppfylla. Behoven rang-ordnas beroende p˚a om det ¨ar ett prim¨art eller sekund¨art behov samt hur stor relevans dessa behoven har. Relevansen anges med en po¨angskala fr˚an 1-5, d¨ar 5 inneb¨ar ett behov som ¨ar prioriterat och ¨ar mycket viktigt f¨or produktens slutresultat [9].
Sedan g¨ors dessa behov om till minst en teknisk egenskap per behov som g˚ar att m¨ata f¨or att f˚a en objektiv syn p˚a koncepten. Detta g¨ors f¨or att kunna st¨alla tv˚a koncept mot varandra och se vilket av de som uppfyller egenskapen b¨ast. Egenskaperna som tas fram blir de produktspecifikationer som ska uppfyllas f¨or produkten.
3.2
Konceptutveckling
F¨or att bilda sig en f¨orst˚aelse bryts de olika m˚alen ner till delproblem. Struktur inom konceptutvecklingen f˚as genom att klarg¨ora problemet, s¨oka internt och s¨oka externt f¨or sedan g¨ora ett konceptval.
Klarg¨ora problemet:
F¨or att f¨ordjupa sig i projektet m˚aste problemet vara f¨orst˚att. Genom att f¨orst˚a vilka best¨amda krav som finns f¨or att uppn˚a projektets m˚al g˚ar det att bryta ner projektets huvudproblemet och sedan fokusera p˚a delproble-men som uppst˚ar [9].
S¨oka internt och externt:
Intern s¨okning sker genom att ta fram egna id´eer och m¨ojliga l¨osningar p˚a delproblemen. Detta g¨ors med olika id´eegenereringsmetoder och i arbe-tet anv¨ands fr¨amst brainstorming f¨or detta. Brainstormingen utf¨ors genom att under en tidsperiod p˚a 20 minuter skissa fram olika l¨osningar. Dessa l¨osningarna kan vara hur orealistiska som helst f¨or att kreativiteten ska fl¨oda. Under den interna s¨okningen sker ett flertal olika brainstorming ses-sioner [10]. F¨or att utvidga s¨okningen fr˚an sina egna id´eer till experter med mer information, g¨ors en extern s¨okning. Den externa s¨okningen in-nefattade att g¨ora benchmarking vilket inneb¨ar en s¨okning p˚a befintliga ljudabsorbenter och f¨asten. Detta g¨ors f¨or att bygga sig en f¨orst˚aelse ¨over
hur andra har l¨ost problemenen samt vilka funktioner och egenskaper deras produkter har. Benchmarkingen g¨ors genom att unders¨oka funktioner p˚a befintliga produkter som liknar produkten som ska utvecklas. Med denna information g˚ar det att se se vilka funktioner som kan f¨orb¨attras f¨or att skapa en konkurrerande produkt.
3.3
Konceptval
Valet av koncept kan ske p˚a olika s¨att, valet kan ligga externt hos en kund, valet kan g¨oras av ens egen intuition eller med urvalsmatriser. F¨or det h¨ar arbetet anv¨ands en metod med urvalsmatriser d¨ar de framtagna koncepten listas i en matris och st¨alls mot de framtagna produktspecifikationerna. Betygss¨attningen sker invidiuelt mot varje egenskap och betygs¨atts som s¨amre ¨an (-), lika bra (0) eller b¨attre ¨an (+) i j¨amf¨orelse till ett referenskon-cepts egenskaper. Referensen kan vara ett av ens egna framtagna koncept som varken ¨ar bra eller d˚aligt, referensen kan ¨aven vara en ledande produkt p˚a marknaden som de framtagna koncepten ska konkurrera med. Efter att koncepten ¨ar betygsatta sammanst¨alls antal plus, minus och nollor f¨or att g¨oras om till po¨ang. D˚a g¨ors plussen om till 1 po¨ang per plus och minusen blir d˚a -1 po¨ang och nollorna till 0 po¨ang. Referensens po¨ang s¨atts till noll och det koncept som har h¨ogst positiva resultat anses d¨armed vara den b¨asta l¨osningen p˚a problemen. Detta konceptet blir d˚a det valda och ska d¨armed g˚a vidare f¨or att utvecklas. [9]
3.4
Vidareutveckling av koncept
N¨ar konceptet ¨ar valt beh¨over konceptet utvecklas vidare f¨or att bli en bra produkt. F¨or detta s˚a skapas prototyper, CAD-modeller och renderingar. Designen optimeras ¨aven f¨or att tillverkningen ska ske s˚a effektivt och billig som m¨ojligt.
3.4.1 Prototyper
Prototyper kan skapas och definieras p˚a tv˚a huvudsakliga s¨att den ena ¨ar analytiska och den andra ¨ar fysiska i det h¨ar arbetet kommer b˚ade ana-lytiska och fysiska prototyper skapas. De anaana-lytiska prototyperna ¨ar icke materialistiska och kan vara CAD-modeller, skisser eller matematiska mo-deller. En fysisk prototyp ¨ar en materiell produkt f¨or att likna den t¨ankta produkten. Dessa kan anv¨andas f¨or att l¨attare skapa en k¨ansla ¨over stor-leken eller f¨or att f˚a en bekr¨aftelse ¨over att produkten fungerar i n˚agon aspekt. Den fysiska prototypen beh¨over d¨armed inte vara den slutgiltiga produkten utan kan endast best˚a av delar eller material av den [9].
3.4.2 CAD modelering
CAD st˚ar f¨or computer- aided design och anv¨ands fr¨amst f¨or att skapa tek-niska ritningar och digital design. Det g˚ar snabbt att visualisera modeller och det g˚ar snabbt att g¨ora korrigeringar om det beh¨ovs. CAD ritningarna ¨
ar vanligt inom konstruktion f¨or att g¨ora ett produktionsunderlag. CAD modelering kommer att anv¨andas i detta arbete som verktyg f¨or att visu-alisera produktl¨osningens 3D dimensionella form och f¨or att sedan utf¨ora FEM-analyser p˚a modellen. Programvaran Solidworks 3D CAD kommer till att anv¨andas [11].
3.4.3 Rendering
Rendering inneb¨ar att omvandla en beskrivning till en bild och ¨ar ett s¨att att skapa en visualisering p˚a. Det kan g¨oras genom att en 3D-modell i da-torn tilldelas ett material och sedan g¨ors en rendering p˚a denna modell som ger ett resultat i en bild som kan efterlikna ett verkligt materialsutseende. Renderingar kan innefatta komplicerade ber¨akningar som ray-tracing tek-nologi vilket anv¨ands f¨or att ljuss¨atta en digital milj¨o p˚a ett mer precist s¨att [12]. Renderingar kommer att skapas i detta arbete f¨or f˚a en visuell uppfattning av hur ljudabsorbenterna kommer till att uppfattas i milj¨oer och f¨or att skapa marknadf¨oringsmaterial.
3.4.4 Tillverkningsanpassad konstruktion
Tillverkningsanpassad konstruktion, mer k¨ant p˚a engelska som design for manufacturing (DFM), inneb¨ar att designen p˚a produkten ska f¨orenkla till-verkningen genom att minimera sv˚ara och dyra tillverkningsprocesser. Det ing˚ar ¨aven att minimera komponentkostnader, monteringskostnader och kostnader f¨or produktsupport. Allt detta tas i h¨ansyn f¨or att leverera en produkt som kan tillverkas p˚a ett effektivt s¨att till ett l˚agt pris utan att minska kvaliteten p˚a produkten [9]. I det h¨ar arbetet ¨ar det fr¨amst tillverk-ningsproccessen som kommer vara mest relevant. Tillverktillverk-ningsproccessen beh¨over anpassas efter de materialen som ska anv¨andas f¨or tillverkning-en. D˚a formen ska vara i kartong beh¨over sv˚ara geometrier f¨orenklas och f¨or f¨astet som ska 3d-skrivas beh¨over formen vara m¨ojlig att g¨ora utan ett flertal processer.
3.4.5 Analys med finita elementmetoden
Finita elementmedtoden anv¨ands f¨or att utf¨ora analyser f¨or ett givet fysiskt fenomen. Denna matematik anv¨ands f¨or att f¨orst˚a och kvantifiera fysiska fe-nomen som strukturellt eller flytande beteende, v˚agutbredning och termisk transport. Dessa processer beskrivs av differentialekvationer. F¨or att en
dator ska l¨osa dessa anv¨ands FEM, finita elementmetoden, vilket ¨ar en nu-merisk teknik f¨or att l¨osa partiella differentialekvationer. Principen bygger p˚a att en indelning av ett m¨onster sker. Oftast av trianglar n¨ar det ¨ar 2D-dimensionella problem och tetraeder vid 3D-2D-dimensionella problem [13]. Ett t¨atare m¨onster leder till att ber¨akningarna blir mer korrekta i f¨orh˚allande till verkligheten. I arbetet kommer Solidworks att anv¨andas vilket ¨ar ett datorprogram som kan utf¨ora FEM-analyser. FEM ber¨akningarna kan ge svar p˚a vilka sp¨anningar och f¨orskjutningar som uppst˚ar i en modell i lik-nelse till verkligheten. Kravet ¨ar att ange materialet, lasten eller trycket och insp¨anningarna. Verktyget anv¨ands f¨or att s¨akerst¨alla att modellen ska klara av de krafter vilket modellen f¨orv¨antas att bli utsatt f¨or.
3.4.6 Ljudm¨atning
M¨atningen av ljudabsortionen i ett rum ¨ar en del av proceduren av ruma-kustiska m¨atningar. Det kan anv¨andas till att best¨amma hur effektivt n˚agot f˚angar upp ljud. Det kan ocks˚a ge upphov till att det g˚ar att f¨oruts¨aga ljud-niv˚an i rummet f¨or en k¨and ljudk¨alla med ber¨akningar. Effekten p˚a ljudab-sortion p˚a material kan skilja. Betong har ingen ljudabsorbtion j¨amf¨ort med textilier som absorberar en del av ljudet. Denna egenskap uttrycks i lju-dabsorbtionskoefficient (α). Ljulju-dabsorbtionskoefficient visar f¨orh˚allandet mellan den ljudenergi som ett material absorberar. Koefficienten varierar mellan 0 och 1, d¨ar 0 inneb¨ar att materialet inte absorberar n˚agot ljud alls och 1 betyder att allt ljud absorberas [14].
Standarden
ASTM C423 ¨ar en standard testmetod f¨or f˚a ett v¨arde p˚a ljudabsorbtions-koefficienten. Testmetoden omfattar den ljudabsorberande egenskapen hos en produkt i ett rum med eko. Egenskapen p˚a produkten best¨ams genom att sl˚a p˚a ett ljud i en viss frekvens och m¨ata hur l˚ang tid det tar f¨or ljudniv˚an att g˚a tillbaka till sitt ursprungliga v¨arde fr˚an det att ljudet st¨angs av. Denna standard kan till¨ampas p˚a v¨aggpaneler, takpaneler, kontorsk¨armar, m¨obler och m˚anga andra produkter [15].
Utf¨orande
Utf¨orandet av testet best˚ar av tv˚a delar. Ett d¨ar produkterna inte ¨ar in-stallerade och ett med. 5 mikrofoner ska vara utplacerade i rummet. H¨oga ljud ska spelas upp med varierarande frekvenser, fr˚an 80 till 500 hertz. Fr˚an att ljudet st¨angs av m¨ats tiden det tar f¨or ljudet att sjunka 25 deci-bel. Ljudf¨orfallshastigheten m¨ats 10 g˚anger p˚a de fem mikrofonerna f¨or att best¨amma ett genomsnitt p˚a hastigheten det tar f¨or ljudet att falla i det tomma rummet. Testet utf¨ors sedan med proverna installerade och ytter-ligare 50 ljudf¨orfallshastigheter m¨ats f¨or att ta ett genomsnitt d˚a rummet
¨
ar fullt [15].
Ljudabsorptionskoefficenten tas fram genom att subtrahera testerna d˚a rummet var tomt fr˚an testerna d˚a rummet var fullt och dividera med antal ljudabsorbents enheter som anv¨andes.
En brist till korrekta resurser finns f¨or att genomf¨ora ljudm¨atningar enligt standarden. Resurser som fem mikrofoner och en standard p˚a uppst¨allning ¨
ar inte tillg¨angligt vid ljudm¨atningen. D¨arf¨or kan inte ASTM C423 me-toden f¨oljas till fullo. Ist¨allet kommer ljudm¨atningarna i detta arbete ef-terlikna ASTM C423 testmetoden s˚a bra som m¨ojligt. Ist¨allet anv¨ands ett 30 m2 stort rum d¨ar ljudet gav ett stort efterklang som var problematisk f¨or arbetsmilj¨on. Mikrofonen ska placeras mitt i rummet och 11 ljudabsor-benter med m˚atten 60x60 cm ska vara upph¨angda under m¨atningarna med ljudabsorbenter.
4
Resultat
I det h¨ar kapitlet redog¨ors resultatet f¨or framtagningen och vidarutveckling-en av ljudabsorbvidarutveckling-enterna och f¨astet. Framtagningen b¨orjar med att identifi-era produktspecifikationer f¨or att sedan ta fram koncept och v¨alja koncept. N¨asta del best˚ar av vidareutvecklingen av konceptet.
4.1
Produktspecifikationer
En identifikation ¨over vilka kundbehov som produkten skulle l¨osa arbetades fram genom intervjuer med personer i m˚algruppen. De ˚atta olika behoven som togs fram ¨ar anpassade till m˚algruppens ¨onskem˚al och krav.
De olika behov som st¨alls ¨ar f¨oljande:
• D˚a produkten framf¨orallt ska anv¨andas i hemmet finns behovet av att produkten ska vara estetiskt tilltalande. Vilket kan ge resultatet att ljudabsorbenter blir mer accepterat och vanligt i privata hem. • Att h¨anga upp ljudabsorbenterna ska inte vara on¨odigt sv˚art och
d¨arf¨or ska det inte beh¨ovas n˚agon extra kunskap f¨or att h¨anga upp de. Ska inte beh¨ova vara sv˚arare ¨an att h¨anga upp ¨an en tavla. • Behovet av att g¨ora s˚a f˚a h˚al som m¨ojligt i v¨aggen i samband med
upph¨angningen av produkten. Eftersom i vissa v¨aggar ¨ar det sv˚art att borra i och sv˚art att ˚aterst¨alla om ljudabsorbenten ska flyttas. • Hur l¨att det ¨ar att kombinera produkterna genom att placera fler ¨an
en ljudabsorbent brevid varandra.
• Produkten ska vara s˚al¨att som m¨ojligt f¨or att underl¨atta upph¨angningen och s˚a att den inte trillar ner n¨ar den har blivit upph¨angd.
• Ska absorbera efterklanget i ljudet f¨or att f˚a en b¨attre rumsakustik. • Behovet av att produkten ska vara tillverkad i ett billigt material f¨or
att inte produkten ska kosta f¨or mycket.
• Kunden ska kunna h¨anga upp den b˚ade i taket och p˚a v¨aggen. Behoven kortas ner och listas med en relevans i tabell 1. Relevansen varierar mellan 1 till 5 och avg¨or hur prioriterat behovet ¨ar. B˚ade behovs nummer ett och sex f˚ar h¨ogst relevans. Detta visar p˚a att produkten ska b˚ade se bra ut till att inreda med, samtidigt som att fylla sin funktion ¨ar viktigt.
Tabell 1: Behovstabell ¨over de framtagna kundbehoven.
Nr Behov Relevans
1 Estetisk tilltalande 5 2 L¨att att h¨anga upp 4 3 Inte g¨ora f¨or m˚anga h˚al i v¨aggen 3
4 Kombinerbar 3
5 Ska inte v¨aga f¨or mycket 2 6 D¨ampa ljudet hemma 5 7 Inte kosta f¨or mycket 4 8 Kan h¨anga i taket och p˚a v¨aggen 4
Behoven g¨ors sedan om till en egenskapstabbell, se tabell 2, som g˚ar att m¨ata f¨or att l¨attare j¨amf¨ora de olika konceptens egenskaper mot varandra. Egenskaperna f˚ar d˚a ¨aven en l¨amplig enhet och de egenskaperna som sak-nar enhet s˚a som n˚agot estetisk f˚ar vara subjektivt. Egenskaperna ges en relevans mellan ett och fem, d¨ar fem ¨ar den viktigaste egenskapen.
Tabell 2: Egenskapstabbell som delar in de olika behoven till respektive egenskap och f˚att ett relevans betyg utifr˚an detta. Nummer 1 och 6 g˚ar inte m¨ata i en m¨atbar storhet, d¨arf¨or ¨ar dessa subjektiva.
Nr Behovs Nr Egenskap Relevans Enhet 1 1 Estetiskt tilltalande 5 Subj.
2 6 Ljudabsorbering 5 dB 3 2 , 3 , 5 , 8 Vikt 4 kg 4 7 Tillverkningskostnad 4 kr 5 2 , 3, 8 Monteringstid 3 s 6 4 Kombinerbar 3 Subj.
4.2
Konceptutveckling
Konceptutvecklingen delas in i tre delar. I den f¨orsta delen ska problemen definieras och brytas ner till delproblem. I den andra delen ska en s¨okningen ske externt f¨or att hitta l¨osningar p˚a de olika delproblemen och i den tredje delen sker internerna s¨okningar f¨or att l¨osa problemen.
4.2.1 Definiera problemet
Med hj¨alp av de framtagna behoven delas problemet in i tv˚a delproblem, ljudabosrbentens design och hur de ska h¨angas upp. Delproblemet om lju-dabsorbentens design bets˚ar av hur ljudabsorbenten ska se ut f¨or att den ska g˚a att tillverkas med det befintliga konstruktionss¨attet. Vilket ¨ar att kartong sk¨ars ut och sedan viks ihop f¨or att skapa formen. Sedan fylls den med skummgummi och t¨acks av en textil. Textilen kommer att sys fast p˚a
baksidan f¨or att h˚alla upp ljudabsorbentens form. Det ber¨or ¨aven hur de-signen ska vara f¨or att den ska g˚a att monteras i taket och p˚a v¨aggen utan att det ser konstigt ut. Det andra delproblemet ber¨or upph¨angningen d¨ar ljudabsorbenten ska vara l¨att att h¨anga upp och minimera antal borrade h˚al i v¨aggen f¨or att h¨anga upp ljudabsorbenterna. F¨astet ska inte heller skada kartongen vilket ¨ar ett problem med Odigos befintliga f¨aste. D˚a be-lastningen p˚a den delen av kartongen som ¨ar i kontakt med f¨astet blir f¨or stor bildas det deformationer i kartongen. Det kan leda till att kartongen efter en viss tid inte klarar av belastningen och g˚ar s¨onder vid den punkten som f¨astet sitter p˚a.
4.2.2 Extern s¨okning
Den externa s¨okningen visar att produkterna som finns tillg¨angliga p˚a marknaden riktar sig fr¨amst till f¨oretag i kontorsmilj¨oer. I dessa milj¨oer ¨
ar det oftast stora ¨oppna ytor med mer m¨anniskor i r¨orelse. Eftersom det inte heller finns lika mycket m¨obler som naturligt d¨ampar ljudet blir milj¨on l¨att bullrig. F¨or att d¨ampa ljudet ¨ar det d˚a vanligt med ljudabsorbenter. Eftersom det kan vara ett stort problem med ljudet p˚a kontor riktas pro-dukterna d¨armed mot f¨oretag, ¨aven fast att samma problem kan uppst˚a i hemma milj¨oer.
Den vanligaste ljudarbsorbenten ¨ar v¨aggmonterad och kommer i m˚anga olika f¨arger och former samt att de brukar vara kl¨adda i en textil, se figur 2a. Det ¨ar vanligt att ljudabsorbenten ¨ar en enklare form som kan sitta ihop med andra ljudabsorbenter f¨or att skapa ett m¨onster. Den st¨orsta skillnaden p˚a ljudabsorbenterna ¨ar var de monteras d¨ar vissa ljudabsor-benter monteras b¨ast i taket till exempel n¨ar v¨aggarna ¨ar ¨omt˚aliga eller n¨ar det ¨ar glasv¨aggar, se figur 2b.
(a) V¨aggmonterade ljudabsorbenter som tillsammans formar ett m¨onster. [16]
(b) Ljudabsorbenter som ¨ar placerade i taket n¨ar montering p˚a v¨aggar inte ¨ar ett alternativ. [17]
Figur 2: Ljudabsorbenter fr˚an extern s¨okning
Till upph¨angningen av ljudabsorbenterna anv¨ands olika l¨osningar och en av dessa ¨ar karborreband som limmas fast p˚a v¨aggen och baksidan av absorbenten, se figur 3a. Det ¨ar ¨aven vanligt att anv¨anda n˚agon form av krok eller f¨aste som skruvas eller spikas fast p˚a v¨aggen, se figur 3b. F¨or att slippa borra h˚al i v¨aggen finns ¨aven en l¨osning med en krok som sitter fast p˚a v¨aggen med hj¨alp av gummiplatta med lim p˚a b˚ada sidorna, se figur 3c. Odigo har ¨aven tagit fram ett f¨aste som 3D-skrivs och h¨angs upp med en skruv, se figur 3d
(a) Karborreband som limmas fast p˚a v¨aggen och baksidan av ljudabsorbenten f¨or att f¨asta den p˚a v¨aggen.
(b) Krok som skruvas upp p˚a v¨aggen och f¨or att f¨asta ljudasorbenten s˚a spetsas den fast.
(c) Gummistripes med lim som f¨asts p˚a v¨aggen och sedan f¨asts ett f¨aste p˚a limmet f¨or att h˚alla upp ljudabsorbenten utan att skruva i v¨aggen.
(d) 3D-skrivet f¨aste av Odigo som f¨asts p˚a v¨aggen med en skruv. F¨astet f¨or sedan in i ett h˚al p˚a baksi-dan av ljudabsorbenten.
4.2.3 Intern s¨okning
Den interna s¨okningningen utf¨ordes i tv˚a steg. I det f¨orsta steget l˚ag fokusen p˚a att generera nya id´eer p˚a ljudabsorbenters form och utseende. Detta resulterade till 10 st koncept, dessa visas i figur 4 d¨ar kvadraten ¨ar anv¨and som referens eftersom det ¨ar Odigos redan existerande produkt.
I det andra steget p˚a den interna id´egenereringen l˚ag fokuset p˚a delpro-blemet med hur ljudabsorbenterna ska h¨angas upp. Id´eer genereras genom brainstorming f¨or att ta fram m˚anga olika l¨osningar p˚a problemet.
Koncept A, skenorna best˚ar av tv˚a skenor som f¨asts p˚a v¨aggen med ett f¨aste p˚a absorbenten f¨or att l˚asa fast den mellan skenorna och f¨asta den p˚a v¨aggen eller i taket, se figur 5.
Figur 5: Koncept A, skenorna. Den undre delen av bilden ¨ar ljudabsorbenten som har ett f¨aste p˚a sig som f¨ors in i skenorna som ¨ar monterade i taket eller p˚a v¨aggen.
Koncept B, knappen best˚ar av tv˚a cylindrar efter varandra d¨ar den ena cylinder ¨ar l¨angre och har en mindre diameter medan den andra har en st¨orre ytterdiameter och ¨ar kortare. Den fungerar genom att den smala cylinder f¨asts in mot v¨aggen f¨or att p˚a ljudabsorbenten har man ett h˚al med en st¨orre diameter ¨an den stora cylindern f¨or att den sen ska f¨oras in i en skena motsvarande diametern p˚a den lilla cylindern, se figur 6.
Figur 6: Koncept B, knappen sitter fast p˚a v¨aggen med den smala ¨anden in˚at och ljudabsorbenten f¨ors in genom det stora h˚alet och tr¨as sedan ner i skenan.
Koncept C, pilarna f¨asts p˚a v¨aggen och p˚a ljudabsorbenten finns det tv˚a h˚al p˚a baksidan som ¨ar lite mindre ¨an pilarnas st¨orsta diameter s˚a att n¨ar absorbenten trycks p˚a s˚a l˚ases den fast.
Figur 7: Koncept C, Plattpil d¨ar pilarna sticks in i mindre h˚al i kartongen f¨or att h˚alla fast den.
4.3
Val av koncept
Koncepten listas mot varandra och betygss¨atts efter de framtagna kundbe-hoven och tekniska specifikationerna. Koncepten betygs¨ats efter en referens vilket ¨ar en kvadratisk ljudabsorbent med m˚atten 60x60x5 cm. Resultatet av betygss¨attning f¨or ljudabsorbenten visas i tabell 3. Po¨angs¨attningen g¨ors utifr˚an de valda kriterierna:
• Ljudabsorberande: Hur bra ljudabsorbenten bidrar till en b¨attre ljuda-kustik genom hur stor area ljudabsorbenterna har utan att beh¨ova t¨acka hela v¨aggen. Samt om de kan skapa en diffusion i ljudet. • Vikt: Hur mycket ljudabsorbenten v¨ager. F¨astet m˚aste anpassas efter
hur mycket den v¨ager.
• Tillverkningskostnad: Ljudabsorbenten ska vara priseffektiv. L¨agre tillverkningskostnad ¨ar b¨attre
• Monteringstid: Hur enkelt och snabbt det ¨ar f¨or anv¨andaren att h¨anga upp.
• Kombinerbar: Om ljudabsobsorbenten kan kombineras och placeras j¨amt intill varandra.
• Monteras i taket och p˚a v¨aggen: Om ljudabsorbenten kan h¨angas b˚ade i tak och p˚a v¨aggen.
Tabell 3: Urvalsmatris p˚a konceptvalet f¨or ljudabsorbentens form.
Urvalskriterier Kvadraten(REF) Triangeln Blobben Huset Bollarna Hexagonen Blomman Pusselbitarna V˚agen M˚anen Rampen
Ljudabsorberande 0 - + + + + - 0 + - +
Vikt 0 + 0 - 0 + 0 0 0 + 0
Tillverkningskostnad 0 0 - - - 0 - - - - 0
Monteringtid 0 0 0 - 0 0 - 0 0 - 0
Kombinerbar 0 + - - - + - 0 0 - 0
Monteras i taket och p˚a v¨aggen 0 0 + - + 0 0 0 - + 0
Antal - 0 1 2 5 2 0 4 1 2 4 0
Antal 0 6 3 2 0 2 3 2 5 3 0 5
Antal + 0 2 2 1 2 3 0 0 1 2 1
Slutpo¨ang 0 1 0 -4 0 3 -4 -1 -1 -2 1
Po¨angen ger att hexagonen ¨ar det koncept som ¨ar mest l¨ampliga att utveck-la vidare. Ytterligare ett koncept ska v¨aljas och de koncept som kommer efter i antal po¨ang ¨ar triangeln och rampen. Eftersom rampen inte ¨ar platt skapas diffusion i ljudet vilket ¨ar positivt f¨or rumsakustiken. Rampen ska-par ¨aven ett annat estetiskt uttryck med tanke p˚a formen. Eftersom det ¨
anda som skiljer triangeln och hexagonen ¨ar formen skiljer sig dessa inte s˚a mycket ˚at. D¨armed v¨aljs rampen som det andra konceptet f¨or att bidra till en bredd i utformningen. De tv˚a koncepten som ska utvecklas vidare ¨ar d¨armed hexagonen och rampen.
F¨or att v¨alja vilket f¨aste som ska utvecklas vidare anv¨ands f¨astet fram-taget av Odigo som referens och ges d¨armed betyg noll. De andra koncep-ten betygs¨atts som b¨attre, lika bra eller s¨amre i j¨amf¨orelse till referensen. Resultatet av betygss¨attningen f¨or f¨astet visas i tabell 4.
Tabell 4: Urvalsmatris p˚a konceptvalet f¨or ljudabsorbentens form.
Urvalskriterier (F¨aste) Odigo (ref ) Kardborreband H¨angare Skenor Krok Knappen Plattpil
Ljudabsorberande 0 - + 0 0 + +
Vikt 0 + 0 - - 0 0
Tillverkningskostnad 0 + - - 0 - 0
Monteringtid 0 - 0 - 0 0 0
H˚allbar/h˚allfast 0 - 0 + + 0
-Tak och v¨agg montering 0 - - + 0 + 0
Antal - 0 4 2 3 1 1 1
Antal 0 6 0 3 1 4 3 4
Antal + 0 2 1 2 1 2 1
Slutpo¨ang 0 -2 -1 -1 0 1 0
Urvalsmatrisen ger att knappen ¨ar det koncept som l¨ampar sig b¨ast f¨or att utvecklas vidare. Knappen v¨aljes d¨armed som konceptet f¨or att l¨osa problemet med upph¨angningen av ljudabsorbenten.
4.4
Vidareutveckling av koncept
I det h¨ar kapitlet visas resultatet av vidareutvecklingen av koncepten. Kon-cepten beh¨over utvecklas vidare f¨or att bli slutgiltiga produkter. Det g¨ors genom en prototypframtagning, CAD-modellering, och ber¨akningar. 4.4.1 Prototypframtagning
F¨or ljudabsorbenterna skapas prototyper i 3 mm tjock kartong f¨or att f˚a en k¨ansla ¨over passande dimensioner f¨or ljudabsorbenterna. F¨or hexagonen ¨
ar det fr¨amst l¨angden och bredden som har st¨orst betydelse. Tanken med hexagonen ¨ar att den ska g˚a att kombinera med andra hexagoner f¨or att skapa olika m¨onster. Hexagonen dimensioneras s˚a att alla sidor ¨ar 20 cm l˚anga och med tre olika djup; 4, 5 och 6 cm f¨or att vid kombination av lju-dabsorbenterna skapa ytterligare en dimension att kombinerar med. Figur 8 visar en prototyp p˚a hexagonen med sidorna 20 cm och ett djup p˚a 6 cm. F¨or rampen ¨ar det vinklen p˚a sj¨alva rampen som har stor p˚averkan f¨or det estetiska. Vinklen ska inte vara f¨or stor f¨or att det ska se konstigt ut och ta upp f¨or stor plats p˚a v¨aggen. Samtidigt ska vinklen vara tillr¨ackligt stor f¨or att det ska synas att den inte ¨ar platt. Det ger att sidorna p˚a basen ¨ar 50 cm l˚anga och djupet p˚a ena sidan ¨ar 8 cm och andra sidan ¨ar 4 cm.
Figur 8: Kartongmodell f¨or att unders¨oka passande dimensioner till hexagonen. Hexagonens dimensio-ner ¨ar att varje sida ¨ar 20 cm och ett djup p˚a 6 cm.
Vidarutveckling p˚a f¨astet g¨ors genom att modellera det valda konceptet knappen i CAD. Modifieringar g¨ors s˚a som att l¨agga till en basplatta f¨or att f˚a f¨astet stabilt mot v¨aggen och att l¨agga till en M3 skruvprofil f¨or upph¨angning, se figur 9.
Figur 9: En modell p˚a den f¨orstverisionen av f¨astet snittad p˚a mitten.
Det finns utrymme f¨or ytterligare f¨orb¨attringar hos f¨astet. D˚a f¨orsta versio-nen p˚a f¨astet med den runda formen bidrar till att ljudabsorbenten m˚aste vara i j¨amvikt f¨or att inte vrida sig till ett j¨amviktsl¨age skapar det vissa begr¨ansingar i hur ljudabsorbenterna kan h¨anga p˚a v¨aggen. Med tanke p˚a detta ¨andras de runda formerna till kvadrater. Bottenplattan utformas s˚a att anv¨andaren har m¨ojligt att anv¨anda limstripes f¨or att undvika g¨ora h˚al i v¨aggen vid upph¨angning. Limstripsen kommer vara ungef¨ar 65 mm l˚anga och 40 mm breda tillsammans. Basplattan dimensioner och ¨ar anpassat till remsorna. H˚alet ¨andras och blir bredare upptill. P˚a s˚a s¨att g¨angas inte skruven fast upptill och en kortare skruv kan anv¨andas, se figur 10.
Figur 10: Modell p˚a den andra versionen av f¨astet snittad p˚a mitten.
4.4.2 Tillverkningsanpassad konstruktion
Ljudabsorbentens stomme kommer att tillverkas av kartong som sk¨ars ut med laser, se figur 11a. Den utskurna kartongbiten kommer sedan vikas f¨or att skapa en l˚ada med den t¨ankta formen, se figur 11b. Det g¨or att runda
former blir sv˚arare och tar l¨angre tid att tillverka och av den anledningen anv¨ands raka sidor och h¨orn. Ljudabsorbenten fylls sedan med skumgummi vilket ¨ar den delen av ljudabsorbenten som d¨ampar ljudet. F¨or att den ska h˚allas p˚a plats och g¨ora ljudabsorbenterna mer tilltalande s˚a anv¨ands en textil som omsluter ljudabsorbenterna. Textilen kommer att sys fast runt baksidan p˚a ljudabsorbenterna. Den ¨oppna sidan ¨ar framsidan som kommer sitta ut mot rummet.
(a) Utskuren kartongbit.
(b) Ihopvikt kartong som skapar den ¨onskade for-men.
Figur 11: Ljudabsorbentformerna i kartong
Eftersom produktionen inte kommer vara storskalig utan endast ett par hundra enheter kommer att tillverkas finns det ingen m¨ojlighet att ta fram l¨osningar som kr¨aver f¨or komplicerade tillverkningsprocceser. D¨arf¨or kom-mer f¨astena att tillverkas genom att 3D skrivas i materialet akrylnitril-butadien-styren (ABS). Med tanke p˚a f¨astets ¨overh¨angande geometri beh¨over f¨astet korrigeras s˚a att f¨astet l¨attare kan skrivas ut.
4.4.3 Analys av prototyp med finita elementmetoden
En analys genomf¨ordes med Solidworks p˚a ljudabsorbentens f¨aste och p˚a kartongen d¨ar den sitter upph¨angd. F¨astet g˚ar att f¨asta p˚a v¨aggen b˚ade med limstripes mellan kontaktytorna eller med en skruv. De tv˚a alternativen avg¨or f¨astets fixerade punkt. P˚a ytan d¨ar ljudabsorbenten och f¨astet ligger i kontakt med varandra placerades 90 N vilket motsvarar en betydligt h¨ogre vikt ¨an vad den tyngsta ljudabsorbent v¨ager (1.35 kg). F¨or f¨astet blev den st¨orsta sp¨anningen 0,96 M pa, se figur12. Detta inneb¨ar att f¨astet inte plasticeras med den valda lasten d˚a str¨ackgr¨ansen f¨or materialet ABS ¨ar mellan 18.5 M pa och 51 M pa.
Figur 12: F¨astet upph¨angd med limstripes med en kraft p˚a 90N vilket resulterar till en 0,96 Mpa sp¨anning.
D˚a Solidworks inte har valet att v¨alja kartong som material l¨aggs ett eget material till, med 359 MPa som E-modul, 0,34 Possions tal och 565 MPa som skjuvmodul. Eftersom dessa v¨arden varierar beroende p˚a vilken rikt-ning materialet ¨ar orienterat p˚a har riktningen d˚a v¨ardena ¨ar som l¨agst valts [18]. Vid lasten 90N p˚a en 75 mm2 deformeras kartongen 0,2 mm i
den biten som ljudabsorbenten sitter fast i, se figur 13.
Figur 13: En placerad 90N last p˚a kartongens kontaktyta med f¨astet resulterar till en 2 mm deforma-tion.
4.4.4 Ljudm¨atning
Ljudm¨atningarna g¨ors f¨or att validera att ljudabsorbenterna fungerar f¨or m¨atningarna s˚a efterliknas standarden ASTM C423. M¨atningarna g¨ors i ett 30 m2 stort rum och 11 av de befintliga ljudabsorbenterna anv¨ands.
Ljudfrekvenserna som anv¨andes vid uppspelning av ljud var 250Hz vilket ¨
ar en frekvens inom basregistert, 900Hz frekvensen vilket r¨aknas in bland mellanregistert och 1500Hz ¨ar en h¨ogre frekvens. Frekvenser ¨over 1000Hz tr¨ottar ut ¨oronh¨orseln oftast och ¨ar en frekvens som ¨overstiger m¨ansklig r¨ostl¨age. Testet utf¨ordes i tv˚a delar p˚a respektive frekvens. Ett d˚a rummet inte inneh¨oll n˚agra ljudabsorbenter och ett med ljudabsorbenter. Efter att 6 st ljudm¨atningar hade gjorts plottades ljudfilerna f¨or att se hur l˚ang tid det tog f¨or ljudet att sjunka till samma niv˚a innan ljudet spelades upp. Grafernas x-axel visar sekunder och y-axeln visar decibel. Referensniv˚an ligger p˚a -60 dB.
Figur 14 och figur 15 i j¨amf¨orelse tillvarandra visar att ljudabsorbenter-na absorberar ljud runt 250 Hz d˚a decibellf¨orfallet blir 53 dB/s snabbare med ¨an utan.
Figur 14: Ljudtest taget i testrummet utan ljudabsorbenter med 250 Hz ljudupspelning d¨ar tiden f¨or sjunka 25 dB tog 0.29 s efter ljudet st¨angdes av. Ger en decibellfallshastighet p˚a 86 dB/s.
Figur 15: Ljudtest taget i testrummet med ljudabsorbenter med 250 Hz ljudupspelning med ett efterklang p˚a 0.18 s f¨or att sjunka 25 dB. Ger en decibellfallshastighet p˚a 139 dB/s.
Figur 16 och figur 17 visar samma Decibellfallshastighet. Figur 17 visar ca 3 dB l¨agre amplitud i j¨amf¨orelse till figur 16 d˚a ljudet spelas.
Figur 16: Ljudtest taget i testrummet utan ljudabsorbenter med 900 Hz ljudupspelning. Detta gav ett efterklang p˚a 0.14 s f¨or att sjunka 25 dB. Decibellfallshastighet blev 178 dB/s.
Figur 17: Ljudtest taget i testrummet med ljudabsorbenter med 900 Hz ljudupspelning vilket gav ett efterklang p˚a 0.14 s f¨or att sjunka 25 dB. Ger en decibellfallshastighet p˚a 178 dB/s.
Figur 18 och figur 19 visar samma Decibellfallshastighet. Figur 17 visar ca 3 dB l¨agre amplitud i j¨amf¨orelse till figur 16 d˚a ljudet spelas.
Figur 18: Ljudtest taget i testrummet utan ljudabsorbenter med 1500 Hz ljudupspelning vilket gav ett efterklang p˚a 0.1 s f¨or att sjunka 25 dB. Ger en decibellfallshastighet p˚a 250 dB/s.
Figur 19: Ljudtest taget i testrummet med ljudabsorbenter med 1500 Hz ljudupspelning vilket gav ett efterklang p˚a 0.1 s f¨or att sjunka 25 dB. Ger en decibellfallshastighet p˚a 250 dB/s.
4.4.5 Slutgiltigt koncept
Tv˚a nya former till ljudabsorbenter har tagits fram och ett f¨aste. F¨or att h¨anga upp dessa p˚a v¨aggen kan en skruv eller limstripes anv¨andas. Lju-dabsorbents olika former ¨ar en hexagon, se figur 20a och en ramp, se figur 20b. Fullst¨andiga ritningar visas i Bilaga A
(a) Hexagonen n¨ar den ¨ar vikt och med utskuret h˚al f¨or f¨astet.
(b) Rampen n¨ar den ¨ar vikt och med utskuret h˚al f¨or f¨astet.
Ljudabsorbenterna kommer att h˚allas upp av ett f¨aste som ¨ar dimensionerat efter kartongens h˚allfasthet, se figur 21.
Figur 21: F¨astet som kommer att anv¨andas f¨or att h˚alla upp ljudabsorbenten. Kan f¨astas med en skruv i h˚alet eller med gummistripes med lim som f¨asts p˚a baksidan av f¨astet.
Renderingar g¨ors p˚a de slutgiltiga koncepten f¨or att visualisera hur ljudab-sorbenterna kommer att se ut n¨ar de ¨ar kl¨adda i textil och sitter uppe p˚a v¨aggen. Hexagonen visas i figur 22 och rampen visas i figur 23. Bilaga B in-neh˚aller fler renderingar p˚a produkterna samt renderingar p˚a den befintliga produkten.
Figur 22: Rendering p˚a hexagonen n¨ar de sitter fast p˚a v¨aggen och skapar ett individuellt m¨onster.
Figur 23: Rampen upph¨angd p˚a v¨aggen som tillsammans med de andra ljudabsorbenterna skaper mer r¨orelse p˚a v¨aggen.
5
Diskussion
Ljudabsorbenter anv¨ands f¨or att d¨ampa o¨onskat ljud och efterklang i lju-det lju-det ¨ar d¨aremot vanligast att anv¨anda ljudabsorbenter i kontorsmilj¨oer. Syftet med arbetet var att utveckla ljudabsorbenter som ska d¨ampa ljudet och d¨armed f¨orb¨attra ljudkvaliteten i hemmet. M˚alen med arbetet var att skapa ett tillverkningsunderlag f¨or tv˚a nya ljudabsorbenter och hur dessa ska f¨astas p˚a v¨aggen f¨or att minimera antal borrade h˚al i v¨aggen. Model-lerna som tas fram ¨ar en hexagon och en ramp som kommer att tillverkas av kartong och fyllas med skumgummi f¨or att sedan kl¨as i en textil. Lju-dabsorbenterna kommer att h˚allas uppe av ett f¨aste som f¨asts p˚a v¨aggen med hj¨alp av lim eller en skruv.
Konceptvalet gjordes genom att de framtagna konceptens egenskaper j¨amf¨ors mot en referens f¨or att f˚a fram det koncept som har b¨ast egenskaper. Refe-renserna som anv¨ands ¨ar formen och f¨astet som Odigo redan har tagit fram. Referenserna anses vara bra d˚a referensformen f¨or ljudabsorbenten var en platt kvadrat vilket gjorde att det fanns utrymme f¨or f¨orb¨attringar, b˚ade estetiskt och funktionsm¨assigt. Referensf¨astet var ett bra fungerande f¨aste som klarade av belastningarna d¨aremot hade framtagningen av det f¨astet inte tagit h¨ansyn till upph¨angning i taket eller kartongens deformation vid upph¨angning. Dessa punkter blev viktiga vid valet och vidareutvecklingen av konceptet f¨or f¨astet. Egenskaperna bed¨omdes utifr˚an egna ˚asikter fr˚an den inh¨amtade faktan om hur ljudabsorbering fungerar och hur koncepten fungerar. Med mer tid till konceptframtagning och resurser till testning av de olika koncepten ¨ar det m¨ojligt att andra koncept hade valts. Utifr˚an de resurser som fanns att tillg˚a ¨ar de koncepten som blev valda mest lovande f¨or vidarutveckling.
Behoven var att produkten ska vara estetiskt tilltalande samt att de ska fungera bra som ljudabsorbenter. Samtidigt ska det ¨aven g˚a att kombine-ra ljudabsorbenterna med vakombine-randkombine-ra genom att placekombine-ra ljudabsorbenterna brevid varandra. Detta uppfyller b˚ade hexagonen och rampen.
F¨astet som tillkommer med ljudabsorbenten ¨ar utformad s˚a att montering-en och upph¨angningen ska ske l¨att. Med den valda geometrin p˚a f¨aste g˚ar det l¨att att h¨anga upp och plocka av ljudabsorbenterna fr˚an f¨astet. Behovet av att undvika att borra h˚al i v¨aggen har tagits till h¨ansyn vid koncept-valet och anv¨andaren har alternativet att s¨atta upp f¨astet med skruv eller limstripes. Det nya f¨astet g¨or att ljudabsorbenterna monteras med ett 2 mm avst˚and utifr˚an v¨aggen. Detta ger en st¨orre effekt p˚a ljudabsorbering enligt teorin. Att anv¨anda ett 5 mm avst˚and vilket var det optimala, anv¨andes inte d˚a h¨avst˚angen skulle blivit st¨orre och d¨arf¨or bidragit till en st¨orre mo-mentkraft p˚a f¨astet, samtidigt som de hade tagit upp mer plats i rummet.
Eftersom ljudabsorbenten ska tillverkas av kartong och i mindre volymer beh¨ovde koncepten anpassas efter detta s˚a att tillverknigstiden och kostna-derna minimeras. Det medf¨orde att i konceptframtagningen s˚allades orim-liga koncept bort annars anv¨andes tillverkningskostnaden som en kriteri-um vid valet av koncept. F¨astet beh¨ovde ¨andras f¨or att vara m¨ojlig att 3D-skriva i en friformsframst¨allning. Detta eftersom en yta h¨anger fritt i luften n¨ar den skrivs ut. Det l¨ostes genom att st¨odpinnar tillverkades under 3D-utskriften som sedan kunde brytas loss efter att den var f¨ardig utskri-ven. Vid en testutskrift fungerade det att skriva ut f¨astena, d¨aremot ¨ar det beroende p˚a vilken 3D-skrivare som finns att tillg˚a. F¨or vissa 3D-skrivare kr¨avs det att st¨oden skapas manuellt i ritningen. I andra fall klarar 3D-skrivaren att g¨ora det automatiskt. Av den anledningen att f¨astet beh¨over st¨oden kan det framtagna f¨astet vara dyrare samt ta l¨angre tid att tillver-ka och d¨arf¨or finns det ¨aven m¨ojligheter f¨or framtida f¨orb¨attringar av f¨astet. Utifr˚an de framtagna ljudm¨atningarna g˚ar det att se att ljudabsorbenterna d¨ampar ljudet och ¨aven ger ett minskat efterklang i de l¨agre frekvensen-serna, vilket ses i figur 19. Frekvensm¨assigt kan de j¨amf¨oras med omf˚anget i r¨ostl¨aget. Ett manlig r¨ostl¨age ligger vanligtvis i 120 Hz, och en kvinnlig ligger i 190 Hz frekvensen. Den upplevda ljudkvaliteten i rummet blev ¨aven b¨attre med ljudabsorbenterna d˚a det var sv˚art att h˚alla en konversation p˚agrund av efterklanget som fanns. Men med ljudabsorbenterna upplevdes det l¨attare att prata i rummet och de st¨orningarna av efterklanget minska-des. Ljudm¨atningarna f¨ors¨oktes efterlikna den standardiserade testmetoden ASTM C423. Men p˚agrund av brist till korrekt m¨atutrustning och testrum uppfylls resultatet inte standard testmetoden. Decibellf¨orfallshastigheten gick att avl¨asa ist¨allet f¨or att r¨akna fram ljudreduceringskoefficienten. Det finns m¨ojliga felk¨allor i framtagning av indatan i ljudm¨atningarna, d˚a rum-met inneh¨oll varierande bakgrundsljud. Mikrofonen ¨ar en m¨ojlig felk¨alla d˚a inga tester p˚a hur bra mikrofonen st¨amde ¨overens till verklighetens decibel-niv˚a utf¨ordes. V¨ardena p˚a avl¨asningarna i ljudm¨atningarna ¨ar ungef¨arliga v¨arden vilket ger en l¨agre reliabilitet ¨an vad som kunde ha uppn˚atts med korrekt uppm¨atning enligt standard. Om inte ljudm¨atningarna hade visat ett positivt resultat s˚a hade det inte varit l¨ampligt att avgr¨ansa sig fr˚an ett materialval. F¨or att f¨orb¨attra resultatet ytterligare utan att byta ut mate-rialen som anv¨ands i ljudabsorbenten hade fler och st¨orre ljudabsorbenter kunnat anv¨andas f¨or att t¨acka en st¨orre yta i rummet. F¨or att f¨orb¨attra ljudet i ett st¨orre omf˚ang av frekvenser skulle ljudabsorbenterna beh¨ovt vara tjockare f¨or att n¨arma sig en fj¨ardedel av ljudv˚agornas l¨angd som ¨ar den mest optimala tjockleken f¨or att absorbera ljudet.
Ber¨akningarna i FEM-analysen som utf¨ordes i Solidworks visade att f¨astet har en h¨og s¨akerhetsfaktor. D˚a den p˚alagda lasten var 90 N blev den
max-imala sp¨anningen 0,96 MPa, str¨ackgr¨ansen f¨or materialet ABS ¨ar mellan 18.5 Mpa - 51 Mpa.
Ber¨akningarna p˚a hur mycket kartongen deformerades med lasten 90 N utf¨ordes p˚a ytan d¨ar f¨astet ¨ar i kontakt med kartongen vid upph¨angningen i Solidworks detta ger en deformation p˚a 0.2 mm. V¨ardet anses inte vara kritiskt. En m¨ojlig felk¨alla kan vara de anv¨anda materialparametrarna p˚a kartong, d˚a de ¨ar baserade p˚a tidigare tester som ber¨or kartongens mate-rialparametrar s˚a som till exempel str¨ackgr¨ansen.
6
Slutsats
M˚alet med det h¨ar arbetet var att ta fram ta fram underlag till ett utveck-lings arbete genom att g¨ora renderingar p˚a den befintliga produkten. Samt att ta fram tv˚a nya prototyper p˚a ljudabsorbenter och ett f¨aste till des-sa med hj¨alp av en konceptutvecklingsprocess, CAD modeller, ber¨akningar och renderingar. Resultatet blev tv˚a ljudabsorbenter som kan monteras upp med ett f¨aste vilket kan placeras p˚a b˚ade v¨aggen och i taket. Monteringen kan g¨oras med en skruv eller limremsor.
• Ljudabsorbenten kan moteras b˚ade p˚a v¨aggen och i taket.
• F¨astet g˚ar att s¨atta upp med limremsor f¨or att minimera antal bor-rade h˚al.
• Designen p˚a ljudabsorbenten ¨ar m¨ojlig att tillverka av kartong. • Ljudabsorbentens form ¨ar anpassad s˚a att den ¨ar kombinerbar med
likadana ljudabsorbenter.
• Ljudabsorbenten reducerar efterklanget av ljudet och f¨orb¨attrar rum-sakustiken.
Fortsatt arbete ¨ar att tillverka prototyperna och n¨armare analysera dess di-mensioner ifall n˚agot ¨ar allt f¨or ¨overdimensionerat. Samt g¨ora nya ljudm¨atningar med de nya modellerna och f¨astet.
Referenser
[1] Nicchi ER. Noise Pollution: Sources, Effects on Workplace Productivity and Health Implications [Internet]. New York: Nova Science Publishers, Inc; 2014 [H¨amtad 2020 okt 16]. (Pollution Science, Technology and Abatement).
[2] Vitalii Didkovskyi, Vitaly Zaets, Svetlana Kotenko. Improvement of the efficiency of noise protective screens due to sound absorption. Techno-logy Audit and Production Reserves [Internet]. 2020 Jun 1 [H¨amtad 2020 Oct 20]
[3] Hoda s. Seddeq Factors Influencing Acoustic Performance of Sound absorptive Materials [Internet]. Australian Journal of Basic and Appli-ed Sciences; 2009 [H¨amtad 2020 okt 16] (Housing Building Research Center, Acoustic Department, Egypt)
[4] Odigo, [H¨amtad: 22 september 2020] Tillg¨anglig: https://odigo.teamtailor.com/
[5] Ashish, Sciense ABC What Is A Decibel And How Can Negative Decibels Exist? ; 2019, [H¨amtad: 19 december 2020], Tillg¨anglig: https://www.scienceabc.com/pure-sciences/why-negative-decibels-are-a-thing.html
[6] Griffin Brown, iZotope Content Team Digital Audio Basics: Sample Rate and Bit Depth; 2019, [H¨amtad: 19 december 2020], Tillg¨anglig: https://www.izotope.com/en/learn/digital-audio-basics-sample-rate-and-bit-depth.html
[7] Folkh¨alsomyndigheten H¨alsoeffekter av buller och h¨oga ljudniv˚aer [Pub-licerad: 13 maj 2019] https://www.folkhalsomyndigheten.se/publicerat-
material/publikationsarkiv/h/halsoeffekter-av-buller-och-hoga-ljudnivaer/?pub=60532
[8] Alice Elizabeth Gonz´alez . How Do Acoustic Materials Work?, Acoustics of Materials, Zine El Abiddine Fellah and Erick Ogam, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.82380. (February 18th 2019). Tillg¨anglig: https://www.intechopen.com/books/acoustics-of-
materials/how-do-acoustic-materials-work-[9] Ulrich K. T. , Eppinger S. D. Product Design and Development Sj¨atte upplagan. New York: McGraw Hill Education; 2016
[10] Alex Osborn. Your Creative Power. London: Charles Scribner’s Sons Ltd. 2007.
[11] Solidworks. Dassault Syst´emesm, 2020.
[12] Rendering [H¨amtad: 25 september 2020] Tillg¨anglig: https://it-ord.idg.se/ord/rendering/
[13] Dahlbrom O. Olsson K-G Strukturmekanik-moddelering av analys av ramar och fackverk. Andra upplagan. Lund: Studentlitteratur AB:2015 [14] Troldtekt AB Efterklang och absorption, [H¨amtad: 15 december 2020], Tillg¨anglig: https://www.troldtekt.se/produktegenskaper/bra-akustik/akustik-avancerad/efterklang-och-absorption/
[15] ASTM C423-17, Standard Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017, www.astm.org [16] Silentswede Honey EcoSund v¨aggabsorbent, [H¨amtad: 23 september
2020], Tillg¨anglig: https://www.silentswede.se/ljudabsorbent-till-vagg-honey-ecosund-vaggabsorbent-okladd-yta
[17] DPJ.se Sound Off Takabsorbent cirkel Offwhite, [H¨amtad 09 september 2020], Tillg¨anglig: https://www.dpj.se/takabsorbenter/2806-sound-off-takabsorbent-cirkel.html
[18] Tobi Fadiji, Tarl Berry, Corne Coetzee, Umezuruike Linus Opara In-vestigating the Mechanical Properties of Paperboard Packaging Material for Handling Fresh Produce Under Different Environmental Conditions: Experimental Analysis and Finite Element Modelling, Journal of appli-ed packaging research [H¨amtad: 25 september 2020]
Bilaga A
Ritningar
Bilaga B
Renderingar
Figur B.1: Rendering p˚a Odigos f¨orsta ljudabsorbtion upph¨angda.
Figur B.3: Rampen med en annan f¨arg upph¨angd.
