Vibroakustik

Das menschliche Ohr steht in direkter Wechselwirkung mit akustischen Wellen in der Luft, dank derer wir hören können. Oftmals ergeben sich jedoch Wellen, die sich in der Luft ausbreiten (Töne), direkt aus dem Vorhandensein von Wellen, die sich in festen Körpern ausbreiten (Vibrationen). Wenn man zum Beispiel mit einem Hammer auf einen Amboss schlägt, beginnen sowohl der Hammer als auch der Amboss zu vibrieren. Die dabei entstehenden Strukturwellen sind direkt an das sie umgebende Medium (Luft) gekoppelt, weshalb ein Teil ihrer Energie abgestrahlt und in Form von Schall (oder störendem Lärm) gehört wird. Darüber hinaus können Schwingungen an sich schon belastend sein, z. B. wenn sie auf Objekte übertragen werden, die in direktem Kontakt mit dem menschlichen Körper stehen (z. B. ein Autositz) oder auf Objekte, die empfindlich auf Schwingungen reagieren (z. B. empfindliche Messgeräte). Darüber hinaus beeinträchtigen Strukturschwingungen die Schalldämmung von Trennwänden in Gebäuden und Schiffen, selbst wenn diese den Direktschall wirksam abschirmen. Daher ist die Begrenzung von Bauwerksschwingungen ein wichtiger Aspekt zur Verbesserung des Lebens- und Arbeitskomforts.

Aus der Sicht der Vibroakustik ist es wichtig, Fragen zu berücksichtigen wie:

• Anregung der Struktur durch die Quelle
• die Übertragung von Schwingungen von einem Bauwerk auf ein anderes
• Schallabstrahlung

Für jedes der oben genannten Probleme kann man sowohl den theoretischen als auch den messtechnischen Aspekt angehen. Diese sind eine meiner Hauptaufgaben bei KFB Acoustics.

Bei der theoretischen Herangehensweise werden zahlreiche Modelle verwendet, die die beobachteten Phänomene in einer strengen Form erfassen (oder annähern). Die numerische Methode, auf die ich mich spezialisiert habe, ist die Statistische Energieanalyse (SEA), die es ermöglicht, die dargestellten Probleme (Anregung, Übertragung und Abstrahlung) im mittleren und hohen Frequenzbereich für komplexe vibroakustische Strukturen zu lösen.

Im Rahmen des messtechnischen Ansatzes werden Geräte wie Beschleunigungsmesser (Bewertung vorhandener Schwingungen) und Schwingungserreger in Verbindung mit dem Impedanzkopf (Anregung von Strukturen mit gleichzeitiger Information über die auftretende Kraft und Beschleunigung) verwendet, um die Qualität der Modelle zu bewerten, Eingangsdaten für numerische Methoden zu generieren und die Wirksamkeit der schwingungsdämpfenden Lösungen zu überprüfen (z. B. durch Vergleich der Schwingungspegel an der Struktur vor und nach dem Aufbringen der Dämpfungsmatte). Neben der Bestimmung der Schwingungspegel führen wir auch weitergehende Messungen der mechanischen Admittanz und der strukturellen Nachhallzeit durch und verwenden die PIM-Methode (Power Injection Method), um die Eingangsdaten für das SEA-Modell zu ermitteln.

Außerdem führe ich in meinem Team Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durch, die sich auf die Verbesserung der Vorhersagefähigkeiten der verwendeten Modelle (z. B. durch Berücksichtigung komplexerer Verbindungen zwischen Strukturen) und auf die Abschätzung der Unsicherheit der erzielten Ergebnisse konzentrieren.