Adaptive Minimierung der abgestrahlten Schallleistung von Leichtbaustrukturen mit Gegenschall

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Delf Sachau
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Akustik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374502762

Eine bekannte Anwendung von Gegenschall für die Minderung von Lärm ist die Geräuschunterdrückung in aktiven Kopfhörern. Hierbei wird Immissionsschall, also der auf das Ohr des Nutzers einwirkende Lärm, durch Gegenschall reduziert. Bei Emissionsschall, also Schall der von einer Quelle abgestrahlt wird, werden meist passive Maßnahmen wie Dämmmatten verwendet. Gewicht und Bauraum beschränken die Anwendung bei Frequenzen unterhalb von 300 Hz. Diese Lücke kann durch Gegenschallmaßnahmen geschlossen werden. Das geplante Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit dieser Aufgabe.Die Minderung der Abstrahlung von Körperschall mit Hilfe von Gegenschalllautsprechern findet Anwendung im freien Schallfeld (z.B. Transformatorlärm) und in Innenräumen (z.B. Lärm innerhalb einer Flugzeugkabine). Eine adaptive Steuerung erzeugt dabei die Ansteuerung der Lautsprecher und minimiert dadurch Schalldrücke an Mikrofonen. Aufgrund der Ortsabhängigkeit des Schallfeldes, ist eine globale Lärmminderung in beiden Fällen nur durch die Verwendung vieler Mikrofone möglich.Die globale Lärmminderung mit einer lokalen Anordnung von elektromechanischen und -akustischen Wandlern wird seit langem in der Fachliteratur diskutiert. Erarbeitete Lösungen für globale Gegenschallmaßnahmen setzen die globale Beobachtbarkeit akustischer Größen, wie die gesamte potentielle Schallenergie in einem schwach gedämpften Volumen oder die gesamte abgestrahlte Schallleistung, voraus. Die Umsetzbarkeit eines lokalen Gegenschallsystems mit unbekannter Schallabstrahlungsimpedanz der schwingenden Struktur, bei gleichzeitiger Steuerbarkeit der abgestrahlten Gesamtschallleistung, wird bisher nur wenig berücksichtigt.Dieser Ansatz bietet die Möglichkeit, die Anzahl und den Aufwand zur Positionsoptimierung von Sensoren und Lautsprechern in einem Gegenschallsystem deutlich zu reduzieren. Vorarbeiten der Professur des Antragsstellers belegen, dass die Umsetzung einer adaptiven Steuerung zur Minderung der abgestrahlten Schallleistung möglich ist.Daraus leitet sich die Zielstellung des Forschungsvorhabens ab, welche die globale Minderung der abgestrahlten Schallleistung einer periodisch schwingenden Plattenstruktur im Frequenzbereich zwischen 80 Hz und 300 Hz durch eine adaptive Steuerung mit lokal angeordneten Lautsprechern und Sensoren ist.Die systematische Aufarbeitung mittels analytischer und numerischer Methoden sowie die experimentelle Untersuchung an einer Plattenstruktur ist der konsequente Folgeschritt zu den eigenen Vorarbeiten und bereits erlangten Erkenntnissen aus der Fachliteratur. Die geplanten Untersuchungen bilden die Basis für dieses Forschungsprojekt und für die Erweiterung des Prinzips auf eine reale Leichtbaustruktur. Auf diese Weise können grundlegende Erkenntnisse zur globalen Lärmminderung schallabstrahlender Strukturen durch ein berührungsloses Steuerungssystem mit elektroakustischen Aktuatoren generiert und für die Anwendbarkeit vorbereitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen