Adaptives akustisches Membran-Metamaterial mit selbstständiger Anpassung an einfallende Schallfelder

• Antragsteller: Dr.-Ing. Felix Langfeldt
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455631459

Akustische Membran-Metamaterialien (MAM) bestehen aus einer dünnen vorgespannten Membran mit darauf angebrachten Massen. Obwohl diese Metamaterialien sehr leicht und dünn sind, können MAM im tiefen Frequenzbereich schmale Frequenzbänder (so genannte Anti-Resonanzen) mit sehr hohen Schalldämmungswerten aufweisen, die sogar die Schalldämmung einer gleich schweren homogenen Wand deutlich übersteigen können. Aufgrund dieser Eigenschaft sind MAM eine vielversprechende Technologie für Schallschutzanwendungen mit hohen Anforderungen an das Gewicht und Volumen von Schallschutzmaßnahmen. Die Schmalbandigkeit der Anti-Resonanzen ist jedoch ein stark limitierender Faktor, der die Anwendung von MAM bei tonalen Schallquellen mit sich ändernden Frequenzen (z.B. bei rotierenden Maschinen) bisher verhindert hat. Das Ziel dieses Projekts ist es erstmals ein adaptives MAM vorzuweisen, welches in der Lage ist sich eigenständig an das Spektrum eines einfallenden Schallfelds mit breitbandigen und tonalen Komponenten anzupassen. Hierfür wird in dem Projekt ein adaptiver Regelungsalgorithmus entwickelt um - zusammen mit Aktuatoren und Sensoren, die auf dem MAM integriert werden - eine im Vergleich zum rein passiven MAM deutlich erhöhte Reduktion von breitbandigem und tonalen Schall zu erreichen. Insbesondere wird das adaptive MAM in der Lage sein, Abweichungen zwischen einem Ton im einfallenden Schallspektrum und der Anti-Resonanz des MAM zu erkennen und diese Anti-Resonanz innerhalb von Millisekunden an diesen Ton anzupassen. Die Sensitivität des adaptiven MAM bezüglich Nichtlinearitäten sowie Veränderungen der dynamischen Eigenschaften des MAM (z.B. aufgrund von Temperaturänderungen) wird untersucht. Der adaptive Regelungsalgorithmus wird so eingestellt, dass das adaptive MAM robust gegenüber diesen Störungen ist, um die Anwendbarkeit des adaptiven MAM auf Schallschutzprobleme in der Praxis zu verbessern. Als Endergebnis dieses Projekts wird ein experimenteller Demonstrator eines adaptiven MAM aufgebaut und für verschiedene Schallfeldanregungen getestet.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Jordan Cheer