Zum Inhalt springen
Technische Universität München

Außenraumprobleme

Abb. 1: Absoluter Schalldruck der Luft im Außenraum eines generischen Cabriolet-Modells im Fall einer vibrierenden Windschutzscheibe.
Abb. 2: Resonanzform einer Anordnung von Sonic-Crystals mit C-förmigen Metaatomen im unendlich modellierten Außenraum.

Die Analyse der Schallausbreitung in geschlossenen Gebieten unterliegt klar definierten Randbedingungen, wie beispielsweise den Wänden im Fall der Raumakustik. Wie modelliert man jedoch den Einfluss eines offenen Fensters oder die Schallabstrahlung eines vibrierenden Körpers im Freifeld, wie beispielsweise bei dem Cabriolet-Modell von Abb. 1. Solche Problemstellungen werden als akustische Außenraumprobleme bezeichnet. Die Lösung von Außenraumproblemen muss eine zusätzliche Randbedingung erfüllen – die Sommerfeldsche Abstrahlbedingung. Sie beschreibt das Abklingen des Schalldrucks mit zunehmendem Abstand von der Schallquelle. Bekannte Verfahren zur Behandlung von Außenraumproblemen sind die Randelementemethode oder die Finite Elemente Methode unter Verwendung von absorbierenden Elementschichten, Perfectly Matched Layern oder Infiniten Elementen.

Am Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme wird intensiv Forschung zur Randelementemethode sowie zur Anwendung von infiniten Elementen für vibroakustische Problemstellungen betrieben. Die besondere Formulierung der verwendeten infiniten Elemente ermöglicht die Berechnung von akustischen Außenraummoden. Diese Moden ermöglichen die Lösung von Außenraumproblemen mit Hilfe der Methode der modalen Superposition oder die Reduktion von Systemen auf Basis des modalen Unterraums. Durch die Identifikation signifikanter Moden und deren zugehörigen Eigenfrequenzen können zudem die Lärmminderungseigenschaften neuartiger Schalldämmungssysteme, wie beispielsweise von akustischen Metamaterialien, zuverlässig vorhergesagt werden.

Aktuelle Forschungsansätze beschäftigen sich unter anderem mit der Berechnung von Außenraummoden von stark gekoppelten Systemen mit Fluid-Struktur-Interaktion, die beispielsweise bei dünnwandigen Strukturen auftritt. Des Weiteren wird das Übertragungsverhalten modal zerlegter Systeme erforscht. Kenntnisse über das Übertragungsverhalten ermöglichen Rückschlüsse für eine effiziente Auswahl der Moden zur Schallfeldrekonstruktion sowie zur Modellreduktion.

To top