Abschlussarbeit

Bestimmung akustischer Wandimpoedanzen mittels eines kombinierten Mess- und wellenbasierten Simulationsverfahrens

Masterarbeit von Müller-Giebeler, Mark

Existierende und üblicherweise angewandte Methoden zur Messung der akustischen Reflektionseigenschaften von Flächen unterliegen gewissen Einschränkungen. Entweder liefern sie grundsätzlich nicht ausreichend Informationen (wie etwa Phaseninformationen für wellentheoretisch basierte Simulationsverfahren), oder lediglich unter bestimmten Bedingungen realistische Ergebnisse (zum Beispiel im idealen Diffusschallfeld, unter der Annahme des Einfalls ebener Wellen, oder nur für einen beschränkten Frequenzbereich). Differenziertere Methoden um die komplexen, winkelabhängigen Reflektionsparameter zu bestimmen, sind häufig kompliziert und zeitaufwändig. Diese Arbeit stellt eine inverse Methode vor, welche neben geometrischen Informationen lediglich eine einzige Schalldruckmessung eines endlichen porösen Absorbers als Eingangsdaten erfordert. Die Methode ermöglicht die Berechnung aller akustischen Oberflächenparameter für beliebige Einfallswinkel und Frequenzen, während realistische einfallende Schallfelder ebenso berücksichtigt werden, wie potentiell nichtlokal reagierende Materialien. Mithilfe eines nichtlinearen Optimierungsalgorithmus wird der simulierte komplexe Schalldruck an die Messung angepasst, indem die das absorbierende Material charakterisierenden Modellparameter iterativ verändert werden (Strömungswiderstand, Porösität usw.). Verschiedene Faktoren, welche die Messdaten bzw. den Optimierungsprozess beeinflussen, werden theoretisch untersucht. Darüber hinaus wird eine Erweiterung des vorgenannten Ansatzes vorgeschlagen, um die Korrektur von Beugungseffekten an den Kanten des endlichen Materialsamples zu erreichen. Die Integration iterativ angepasster FEM Simulationen der selben Absorbergeometrie in den Optimierungsalgorithmus, erlaubt die Kompensation des verursachten Fehlers und damit die Bestimmung der Oberflächenimpedanzen einer unendlich ausgedehnten Schicht des getesteten Materials. Die Methode wird mithilfe von Simulationen validiert und auf vorläufige Messungen angewandt.