Ääniaaltojen mallintamisessa Timo Lähivaara keskittyy aikatason simulointiin. Mitä pidempi mitattava aika, sitä enemmän laskenta-aikaa sen mallintamiseen tarvitaan.

”Aikaintegroinnin laskeminen on yksi simuloinnin suurista laskennallisista haasteista. Mallintaminen on huomattavasti tuloksekkaampaa, jos laskentaan käytettävää aikaa ja muistin tarvetta kyetään vähentämään
ilman, että ratkaisun tarkkuus kärsii. Meidän on saatava käyttöön tarkempia mallinnusmenetelmiä pienemmällä muistimäärällä”, Lähivaara tähdentää.

Mallinnuksessa on aluksi valittava sopiva numeerinen laskentamenetelmä ja tiedettävä tutkittavan kohteen geometria, jota käytetään.

”Kuvitellaan esimerkkitilanne, jossa haluamme simuloida kaiuttimen tuottamaa ääntä aikatasossa ja edelleen sen aiheuttamaa akustista painetta tutkittavissa kohteissa. Meillä on äänilähde ja tila, joiden geometriat tunnetaan. Geometria on aluksi jaettava pienempiin osa-alueisiin eli elementteihin. Seuraava askel on kiinnittää polynomikannan asteluku jokaiselle elementille. Tällä tavalla edeten voidaan säästää laskentaan tarvittavaa muistia merkittävästi, sillä käyttämällä jokaisessa elementissä vakioasteista kantafunktiota voi muistin tarve kasvaa ratkaisevasti”, Lähivaara selvittää.

Laskennassa seuraava askel on kiinnittää käytetty menetelmä aikaintegrointiin ja edelleen käytetty aika-askeleen pituus.

”Tämän jälkeen ongelmalle määrätyn yhtälön voi ratkaista. Se antaa vastauksen ratkaistavalle fysikaaliselle
suureelle, esimerkiksi akustiselle paineelle”, Lähivaara havainnollistaa.

Lähivaaran mallinnustutkimukset syövät ruhtinaallisesti laskentatehoa.

”Meillä on Kuopion yliopistossa käytössä kolme laskentaklusteria, mutta käytämme CSC:n superkoneympäristöä suurimpien laskentaongelmien ratkaisuun”, Lähivaara
kertoo.

Mika Remes