Flächenbeiträge für akustische Energiegrößen in Innenräumen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde ein numerisches Verfahren für die Identifikation von schallerzeugenden Quellen auf schwingenden Oberflächen in akustischen Innenräumen entwickelt. Die Beiträge dieser Oberflächen zu einer definierten Zielgröße werden auch als Flächenbeiträge verstanden. In herkömmlichen Verfahren wird der Schalldruck als Zielgröße verwendet. Diese ist jedoch stark positionsabhängig, wodurch die Vorhersage insbesondere in Bereichen mit geringen Schalldrücken problematisch ist. Daher wurden in diesem Projekt Flächenbeiträge definiert, die auf akustische Energiegrößen zurückgreifen. Diese wurden anschließend dahingehend erweitert, dass das gesamte Innenvolumen als Zielgröße berücksichtigt werden kann. Schließlich wurde eine Methode für beschleunigte Simulationen von Frequenzganganalysen implementiert. Grundlage für die Flächenbeitragsanalyse bildet die Randelementemethode (BEM), die den großen Vorteil hat, dass lediglich nur der Rand des Berechnungsgebiets diskretisiert werden muss. Als Zielgröße setzt sich die akustische Energie aus der potenziellen (proportional zum Schalldruck) und der kinetischen (proportional zur Schallschnelle) Energie zusammen. Die energie-basierte Flächenbeitragsanalyse liefert damit zuverlässige Vorhersagen insbesondere in Regionen und Frequenzbereichen mit geringen Schalldrücken. Um die volumen-bezogenen Flächenbeiträge zu bestimmen, werden analog zur Gauss‘schen Integration die akustischen Energiedichten an vielen Punkten als Stützstellen interpretiert. Die Summe über die Stützstellen liefert damit eine effiziente Approximation der volumenbezogenen Flächenbeiträge. Schließlich wurde ein Verfahren für beschleunigte Simulationen von harmonischen Analysen implementiert. Hierfür wurde ein Multi-Fidelity-Modell entwickelt, welches hoch-exakte Vorhersagen von rechenintensiven Rechenmodellen mit weniger genauen, aber dafür kostengünstigen, Modellen kombiniert. Die Multi-Fidelity-Modelle basieren auf Gaussprozessen, deren Formulierung auf das Bayes'sche Wahrscheinlichkeitsprinzip zurückgehen. Somit können Unsicherheiten, die bspw. durch vereinfachende Modellannahmen oder unzureichende Informationen über Parameter entstehen, inherent quantifiziert werden. Alle entwickelten Verfahren wurden an einer realen, industriellen Problemstellung verifiziert: dem niederfrequenten Dröhngeräusch in Kraftfahrzeugen. Zusammengefasst wurde in diesem Forschungsprojekt ein robustes und effizientes Diagnosewerkzeug für die Identifikation von Flächenbeitragen entwickelt. Akustische Energiegrößen als kombinierte Schnelle-Druck Zielgröße ermöglichen tiefere Einblicke in das Verhalten von akustischen Systemen. Außerdem wurde ein probabilistisches Verfahren für beschleunigte Frequenzganganalysen implementiert. Dies ermöglicht robuste Vorhersagen vorallem wenn nur Teilinformationen verfügbar sind. Somit ist der Weg geebnet für eine schnelle Entscheidungsfindung, insbesondere in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Akustische Gütemaße in Innenräumen: Schallintensität und Schallenergien. Fortschritte der Akustik-DAGA: 45. Jahrestagung für Akustik, 18.- 21. März, DEGA, Rostock.
Gurbuz, C. & Marburg, S.
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Evaluating acoustic properties based on sound energy for interior problems. Proceedings of the 23rd International Congress on Acoustics, integrating 4th EAA Euroregio, Aachen.
Gurbuz, C. & Marburg, S.
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Energy density-based non-negative surface contributions in interior acoustics. Journal of Sound and Vibration, 527, 116824.
Gurbuz, Caglar; Schmid, Johannes D.; Luegmair, Marinus & Marburg, Steffen
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Energy-based non-negative surface contributions approximated for the volume of an inward radiating sphere. Proceedings of the 24th International Congress on Acoustics.
Gurbuz, C. & Marburg, S.
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Generatives Design von akustischen Metamaterialien. Fortschritte der Akustik – DAGA 48. Jahrestagung für Akustik, 21.-24. März 2022, Stuttgart.
Gurbuz, C., Kronowetter, F., Dietz, C., Eser, M., Schmid, J. & Marburg, S.
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Non-negative surface contributions for cavities based on sound energy density. The Journal of the Acoustical Society of America, 151(4_Supplement), A144-A144.
Gurbuz, Caglar & Marburg, Steffen
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A multi-fidelity Gaussian process for efficient frequency sweeps in the acoustic design of a vehicle cabin. The Journal of the Acoustical Society of America, 153(4), 2006.
Gurbuz, Caglar; Eser, Martin; Schaffner, Johannes & Marburg, Steffen
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Efficient Analysis of Energy-Based Surface Contributions for an Entire Acoustic Cavity. Journal of Theoretical and Computational Acoustics, 31(03).
Gurbuz, Caglar & Marburg, Steffen
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Multi‐fidelity Gaussian processes for an efficient approximation of frequency sweeps in acoustic problems. PAMM, 23(3).
Gurbuz, Caglar; Eser, Martin & Marburg, Steffen
