Akustische Nahfeldholografie als Sensorkonzept für aktive Lärmminderungsmaßnahmen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Steffen Ungnad
• Fachliche Zuordnung: Akustik ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527249322

Die Forschungshypothese des Vorhabens umfasst den Entwicklungsprozess eines auf der akustischen Nahfeldholografie basierenden Sensorprinzips für aktive Lärmminderungssysteme mit Strukturaktuatoren. Das Hauptziel besteht darin, Sensorprinzipien aus dem Bereich der aktiven Lärm- und Schwingungskompensation durch inverse Verfahren zur Schallfeldrekonstruktion zu erweitern. Im Speziellen soll dabei der Einfluss der inversen Projektion von Schallfeldgrößen auf die Stabilität von adaptiven Signalverarbeitungsprozessen untersucht werden. Es wird im Vergleich zu bereits existierenden Ansätzen eine Erweiterung der wissenschaftlichen Erkenntnisse erwartet. Grund dafür ist, dass die Verwendung akustischer Sensoren im Zusammenspiel mit modernen Verfahren der inversen Akustik eine berührungslose Beobachtbarkeit der zur Schallleistung proportionalen Schallfeldgrößen im Nahfeld beliebig geformter Strukturen ermöglicht. Man umgeht folglich Probleme, die dadurch entstehen, dass Struktursensoren wie Beschleunigungsaufnehmer nicht wie erforderlich befestigt werden können. Mit der akustischen Nahfeldholografie wird dabei ein Verfahren gewählt, welches aufwendige Messungen von Übertragungsfunktionen zwischen Sensorgruppen vermeidet. Es werden dazu ausschließlich akustische Modelle verwendet, wodurch geringere Unsicherheiten bezogen auf die Modellgüte im Vergleich zu der Verwendung vibroakustischer Modelle entstehen. Experimente werden in einem Transmissionsprüfstand zunächst an analytisch beschreibbaren und anschließend an komplexen Strukturbauteilen im Frequenzbereich bis 1 kHz durchgeführt. Dieser Frequenzbereich ist typisch für aktive Lärmminderungsmethoden als Ergänzung zu passiven Maßnahmen, die bei höheren Frequenzen wirksamer sind. Unter Freifeldbedingungen dient die auf der Fourier-Transformation basierende akustische Nahfeldholografie im ersten Schritt als Sensorprinzip für die aktive Schallreduktion an einer allseitig momentenfrei gelagerten Platte. Mit dem Zusammenhang zwischen der Fourier-Transformierten der Schnelleverteilung auf der Plattenoberfläche und der Richtungsverteilung des abgestrahlten Schalls ins Fernfeld wird die Minimierung der abgestrahlten Schallleistung erreicht. Mit den dabei erzielten Erkenntnissen über die grundlegenden Einflüsse inverser Schallfeldrekonstruktionsverfahren als Sensorprinzip auf Methoden der aktiven Schallreduktion erfolgt die experimentelle Erweiterung des Verfahrens auf Bauteile mit komplizierteren Geometrien. Da ebenfalls Grundlagen zur Anwendung des untersuchten Konzepts auf Kavitäten wie Fahr- oder Flugzeugkabinen geschaffen werden sollen, erfolgt in der letzten Projektphase die konsequente Erweiterung des Holografie-basierten Sensorprinzips auf modal geprägte Raumschallfelder durch das Einbringen von Reflexionsflächen. Abschließend erfolgen Vergleiche mit herkömmlichen Sensorprinzipien der aktiven Schallreduktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen