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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43519
ORCID: | http://orcid.org/0009-0008-5676-6618 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | A equação da onda acústica com parâmetro fuzzy do tipo 1 e do tipo 2 intervalar |
Alternate title (s): | The acoustic wave equation with type-1 and interval type-2 fuzzy parameters |
Author: | Silva, Augusto Tannús |
First Advisor: | Jafelice, Rosana Sueli da Motta |
First member of the Committee: | Figueiredo, Rafael Alves |
Second member of the Committee: | Silveira, Graciele Paraguaia |
Summary: | O sistema auditivo humano é responsável por diversas funções corporais importantes, podendo-se destacar o equilíbrio, a geolocalização e a comunicação. A cóclea tem papel central na audição, sendo responsável por converter os sons em impulsos nervosos, através da dinâmica entre a movimentação dos fluidos presentes nas cavidades e membranas internas. Neste trabalho, a abordagem escolhida para a formulação do modelo é a equação da onda acústica, que possui como parâmetro a velocidade do som. De acordo com a literatura, dois fatores que alteram a velocidade do som no ar são a temperatura e a umidade absoluta. A incerteza gerada por estes fatores é tratada através de dois Sistemas Baseados em Regras Fuzzy (SBRF) do tipo 1 e do tipo 2 intervalar, sendo temperatura e umidade as variáveis de entrada, e tendo a velocidade do som como saída. Para construção do SBRF do tipo 1, é utilizada a rede neuro-fuzzy Adaptative Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), com dados da velocidade do som, a depender de temperatura e umidade do ar, obtidos através do toolbox livre de termodinâmica CANTERA. O método de inferência para este sistema é o de Takagi-Sugeno. O SBRF do tipo 2 intervalar é construído através da flexibilização dos parâmetros que compõem as funções de pertinência das variáveis de entrada e saída. O objetivo do trabalho é tratar matematicamente a incerteza que pode influenciar o comportamento da pressão acústica em função do tempo, considerando o ar como fluido. As aproximações da solução da equação da onda são realizadas através do Método das Diferenças Finitas, para o caso unidimensional, e o Método dos Elementos Finitos para os modelos bidimensionais com domínios regular e irregular. As medidas dos domínios de cada modelo são retiradas de trabalhos científicos anteriores, relacionados ao tema. Os resultados obtidos mostram o quanto considerar a velocidade do som como parâmetro fuzzy, dependendo da temperatura e da umidade, influencia na pressão acústica, gerando diferenças no comportamento mecânico do fluido em um determinado ponto do interior do domínio. |
Abstract: | The human hearing system is responsible for several important bodily functions, highlighting balance, geolocation and communication. The cochlea plays a central role in hearing, being responsible for converting sounds into nervous impulses, through dynamics between the movement of fluids present in its cavities and internal membranes. In this work, the approach chosen for formulating the model is the acoustic wave equation, which has the speed of sound as a parameter. According to the literature, two factors that change the speed of sound in the air are temperature and absolute humidity. The uncertainty generated by these factors is treated through two Fuzzy Rule-Based Systems (FRBS) type-1 and interval type-2, with temperature and humidity being the input variables, and having the speed of sound as the output. To build the type-1 FRBS, the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) neuro-fuzzy network is used, with data about the speed of sound, depending on the air temperature and humidity, obtained through the free thermodynamics toolbox CANTERA. The inference method for this system is Takagi-Sugeno. The interval type-2 FRBS is constructed through the flexibility of the parameters that make up the pertinence functions of the input and output variables. The aim of this work is to mathematically treat the uncertainty that can influence the behavior of acoustic pressure as a function of time, considering air as a fluid. The approximations of the solution of the wave equation are solved through the Finite Difference Method, for the one-dimensional case, and the Finite Element Method for bidimensional models with regular and irregular domains. The measures of the domains of each model are taken from previous scientific works related to the topic. The results obtained show how much considering the speed of sound as a fuzzy parameter, depending on temperature and humidity, influences the acoustic pressure, generating differences in the mechanical behavior of the fluid at a given point within the domain. |
Keywords: | Conjuntos Fuzzy Fuzzy Sets ANFIS Cóclea Cochlea Acústica Acoustics SBRF FRBS |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::ANALISE NUMERICA CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::MATEMATICA DISCRETA E COMBINATORIA |
Subject: | Matemática Conjuntos difusos Ondas acústicas superficiais Cóclea |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Matemática |
Quote: | SILVA, Augusto Tannús. A equação da onda acústica com parâmetro fuzzy do tipo 1 e do tipo 2 intervalar. 2024. 150 f. Dissertação (Mestrado em Matemática) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.493. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.493 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43519 |
Date of defense: | 13-Aug-2024 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Matemática |
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