Dr.-Ing. Lennart Moheit

Modale Größen und deren Nutzung zur Ermittlung der abgestrahlten Schallleistung

Schwingende Strukturen emittieren Schall. Ein Maß für diesen Schall ist die abgestrahlte Schallleistung. Die abgestrahlte Schallleistung ist eine globale Größe. Dadurch ist ihre Berechnung relativ aufwendig, insbesondere dann, wenn sie über einen großen Frequenzbereich hinweg benötigt wird. Das resultiert vor allem daraus, dass die Systemmatrizen für akustische Außenraumprobleme in vielen Fällen implizit frequenzabhängig sind, so dass sich modale Verfahren in Analogie zum Innenraumproblem bislang nicht durchsetzen konnten. Mit den frequenzabhängigen Moden der Schallabstrahlung (radiation modes) und den frequenzunabhängigen Eigenformen (normal modes) existieren zwei Formen von Moden, die als Basisfunktionen für die Berechnung der abgestrahlten Schallleistung verwendet werden können. Beide weisen Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf, die bislang kaum analysiert wurden. Beide Modentypen eignen sich für den Einsatz bei der Berechnung über größere Frequenzbereiche und vor allem für Anwendungen in der Optimierung, wenn Strukturparameter angepasst werden und die Fluidgeometrie unverändert bleibt. Innerhalb des beantragten Projektes werden zunächst die Werkzeuge zur Berechnung frequenzabhängiger und frequenzunabhängiger Moden bereitgestellt. Im Anschluss daran werden die frequenzunabhängigen Moden detaillierter untersucht, um ein tieferes physikalisches Verständnis zu diesen zu erlangen. Diese Erkenntnisse lassen sich dann nutzen, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den beiden Modenformen herauszuarbeiten. Kernstück des Projekts ist ein Arbeitspaket, in dem Kriterien erarbeitet werden, nach denen man die frequenzunabhängigen Moden als mehr oder minder relevant für die abgestrahlte Schallleistung einordnet. Über die abgestrahlte Schallleistung relevanter Moden lässt sich eine modale Superposition sowohl für die Analyse über einen Frequenzbereich als auch in der Optimierung sehr gewinnbringend einsetzen.

Interaktive Akustik-Apps

Für einen lebhaften und anschaulichen Unterricht, ob in Vorlesung, Übung, Schule oder Nachbereitung zu Hause, entwickelt der Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme Akustik-Apps, die im Webbrowser auf dem PC, Tablet oder Smartphone ausgeführt und gesteuert werden können. Mit diesen Apps können physikalische Phänomene aus den Bereichen Akustik, Schwingungslehre und Mechanik simuliert und visualisiert werden. Der Aufwand für den Auf- und Abbau von Experimenten entfällt und durch den Einsatz moderner Medien sollen die Themen didaktisch anders aufbereitet und für Interessierte zugänglich und verständlich gemacht werden.

Die physikalischen Probleme werden im Hintergrund mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) auf einem Server gelöst (mittels der Software COMSOL Multiphysics). Zu den Apps geht es hier oder in der Navigationsleiste links. Weitere Links: die Projektbeschreibung als Förderprojekt des TUM Lehrfonds, ein Bericht im Onlinemagazin ExploreTUM, ein Beitrag im COMSOL-Blog und ein Blog-Artikel der TU München unter lehren.tum.de.

Bei Fragen oder Feedback wenden Sie sich bitte an Lennart Moheit oder an apps(at)vib.mw.tum.de.