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J. Metzger:
"Characterization of acoustic absorbers";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): M. Kaltenbacher, T. Bednar; Mechanik und Mechatronik, 2017.

In dieser Arbeit werden Absorber hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften charakterisiert. Akustische Absorber werden zur Reduktion von Lärm eingesetzt. Solche akustischen Absorber können durch eine Vielzahl von Konzepten realisiert werden. Einerseits existieren aktive Maßnahmen, um Lärm mit Hilfe von elektro¿akustischen Methoden zu reduzieren. Auf der anderen Seite stellen passive und damit energieautarke Absorber eine meist kostengünstigere und robustere Alternative zu aktiven Absorbern dar. Passive Absorber können durch resonante Strukturen, beispielsweise ausgeführt als Helmholtz¿Resonator, realisiert werden. Alternativ dazu können sie auch aus porösem Materialbestehen. Herkömmliche poröse Absorber werden hauptsächlich zur Vermeidung von Lärm im Bereich ab ungefähr 1 kHz verwendet. Hierbei wird die akustische Energie mittels Reibung in Wärme umgesetzt. Ein wichtiges Werkzeug zur akustischen Charakterisierung stellen Intensitätssonden dar. Durch Intensitätssonden kann mit Hilfe eines Schalldruckmikrofons und einem 3D-Schallschnellesensor der akustische Energiefluss bestimmt werden. In dieser Arbeit wird auf diese Weise das Einfügungsdämmmaß von akustischen Absorbern untersucht. Weiterhin wird eine neuartige, simulationsgestützte Kalibrierungsmethode entwickelt, um alle drei Komponenten des Schallschnellesensors simultan mit Hilfe eines Referenzschallfeldes zu kalibrieren. Dieses Referenzschallfeld wird von einem schwingendem Kolben erzeugt und mittels numerischer Methoden analysiert. Die entstandene Kalibrierungsmethode wird charakterisiert und eine Validierung der Methode präsentiert. Von äußerster Wichtigkeit ist die Bestimmung des Absorptionsverhaltens von passiven Absorbern als Funktion des Schalleinfallswinkels. Hierzu werden zwei bestehende Methoden implementiert und entsprechend weiterentwickelt. Das erste Verfahren ist eine Subtraktionsmethode im Zeitbereich. Hier werden die Materialeigenschaften durch die Trennung eines einfallenden und reflektierenden Impulses berechnet. Der zweiten Methode liegt die örtliche Fourier Transformation zu Grunde. Im Zuge dessen werden die akustischen Materialeigenschaften durch die Zerlegung des Schallfelds in ebene Wellenkomponenten auf verschiedenen Messebenen bestimmt. Beide Verfahren werden untersucht und Verbesserungen der Methoden vorgestellt. Passive akustische Absorber werden hinsichtlich ihrer akustischen Eigenschaften unter schrägem Schalleinfall charakterisiert und Aussagen über das Absorptionsverhalten abgeleitet. Diese Materialcharakterisierungen stellen einen wichtigen Baustein dar, um ein Verständnis dafür zu entwickeln, an welcher Stelle Absorber platziert werden müssen, um akustische Energie effizient absorbieren zu können. Darüber hinaus können die Materialdaten als Randbedingung für präzise Simulationen realistischer Schallfelder verwendet werden. Abschließend wird die Entwicklung und Charakterisierung eines akustischen Absorbers für niedrige Frequenzen präsentiert. Durch Anwendung einer massebeladenen Membran kann akustische Energie schmalbandig in mechanische Energie umgewandelt werden, wobei die jeweilige Schwingungsform des Systems einen akustischen Kurzschluss zur Folge hat. Daraus ergibt sich eine ineffiziente Schallabstrahlung dieser mechanischen Energie einhergehend mit einem hohen Durchgangsdämmmaß des Absorbers. Der passive mechanische Absorber wird charakterisiert und eine Anwendung als Absorberarray zur Absorption schmalbandigen Lärms im Frequenzbereich unter 300Hz besprochen.

Akustische Absorber / akustische Charakterisierung / Kalibrierung