Sound field prediction in fitted enclosures using probabilistic approaches by modelling the installations and the free fluid space
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Forschungsprojekt werden die Möglichkeit der Beschreibung der Schallfelder von kleinen Gehäusen mit Hilfe von zufallsverteilten Füllungen untersucht. Dabei werden unterschiedliche Gerade der Füllung des Gehäuses herangezogen. Die ermittelten Simulationsdaten werden verglichen mit Ergebnissen aus Versuchsreihen und Finite Elemente Berechnungen. Der interessierende Bereich dieser Untersuchungen liegt im Modalenbereich. Dies ist der Frequenzabschnitt in dem sich die ersten gut separierbaren Moden ausbilden und geht bis zu einer oberen Frequenz ab der das System mit Hilfe von SEA abgebildet werden kann. Für Frequenzen unterhalb der ersten ausgebildeten Mode kann das System über Masse-Feder-Systeme dargestellt werden. Durch die Untersuchung von kleinen Gehäusen, welche mit Objekten in der Größenordnung des untersuchten Frequenzbereiches gefüllt werden, ergebe sich weitreichende Erkenntnisse bezüglich der Optimiuerungsmöglichkeiten in einem frühen Stadium des Konstruktionsprozesses. Zudem werden nicht einzelne spezifische Füllungen untersucht, sondern es wird mit Hilfe einer Mittlung eine Aussage über eine noch nicht fertiggestellte Konstruktion getroffen. Für die Ermittlung der Aussage das Schallfeldes wird die Größe der Übertragungsfunktion herangezogen. Dabei handelt es sich um die Größe Z definiert über den Schalldruck am Empfängerpunkt PE bezogen auf die Schallschnelle am Sendepunkt vS . Damit ergibt sich Z = PE/vS. Für die Simulation werden zwei bekannte Ansätze herangezogen. Dabei wird im ersten Fall das Volumen durch die Aneinanderreihung von ”Wave Guides” erzeugt und im zweiten Fall wird das leere Volumen mit Volumen und Streukörpern erweitert. Dabei wird das Modalsynthese Modell um Volumen- und Streukörber erweitert, welche in unterschiedlichen Verteilungessimulationen eingebracht werden können. Die Untersuchungen vertiefen das Verständnis bezüglich der Schalleigenschaften des Gehäuses und dessen Besonderheiten. Dazu werden eine Vielzahl von Messreihen und unterschiedliche Parametersimulationen durchgeführt. In der Arbeit werden Abhängigkeiten der Füllgrade der gemittelten Übertragungsfunktion untersucht und die Einflüsse erörtert. Mit diesen Ergebnissen vereinfacht sich der Simulationsaufwand für das Modell basierend auf der modifizierten Modalsynthese deutlich. Dem oberen Frequenzbereich des Modalnbereiches ergeben sich neue Erkenntnisse bezüglich der notwendigen Abbildung von Spiegelschallquellen und Spiegelempfängern für Simulationen bei denen das Nahfeld zu Wänden und eingesetzen Objekten nicht vernachlässigt werden darf. Das Model der ”Wave Guides” ermöglicht eine schnelle Berechnung der gemittelten Übertragungsfunktion für vorgegebene Abmessungen und Füllgrade. Der höhere Zeitaufwand zur Ermittlung der Simulation mit Hilfe von Volumen- und Streukörpern steht die Möglichkeit der gezielten Parameterstudien, durch Filterung der verteilten Objekte, entgegen. Die Klarstellung der Einflüsse der Parameter trägt bedeutend zum Verständnis des Schallfeldes in kleinen gefüllten Gehäusen bei und ebnet auf konstruktive Art und Weise den Weg für einen in der Praxis zufriedenstellenden Ansatz der frühzeitigen Aussagemöglichkeit über auftretende Schallfeldverhalten. Nachdem die Anwendbarkeit der Beschreibung der gefüllten Gehäuse mittels des ”Wave Guide” und modifizierten Modalsynthesesystems bestätigt wurde, stellt sich nun die Frage der Praktikabilität dieses Ansatzes. In einem Zeitpunkt der Konstruktion in der es relativ wenig Bestandsdaten gibt (Grobkonstuktion) ist die konventionelle Beschreibung der Schallfelder im Modalenberich nicht möglich. Mit Hilfe der entwickelten Systeme lassen sich nun aber aussagen bezüglich der wahrscheinlich auftretender Übertragungswege und Schallfeldeigenschaften treffen. Für genauere Vorhersagen ist die geziehlte Untersuchung der Streueigenschaften der eingebrachten Versuchskörper im kleinen Gehäuse ist ein weiterer signifikanter Untersuchungspunkt zur Klärung der Schallfeldbeeinflussung und der somit verbundenen Optimierung der Schallfeldeigenschaften für weitere Arbeiten. Ein industrielles Verwertungspotenzial der erarbeiteten Ergebnisse ist vor allem die Optimierung der Einbaupositionen von Aggregaten innerhalb des Gehäuses zu einem frühen Konstruktionszeitpunkt. Durch die frühzeitige Vorhersagemöglichkeit sind die Änderungskosten gering und das gesamte Produkt kann schalltechnisch optimiert werden. Mit dem Analysetool wird der fehlende Frequenzbereich zwischen dem niedrigen Frequenzen (hier kann das System durch Masse Feder Modelle beschrieben werden) und den hohen Frequenzen (hier kann das System durch SEA beschrieben werden) geschlossen. Vorherige Systeme sind (wie FEM) erst zu einem späten Konstruktionszeitraum sinnvoll einsetzbar und Änderungen in der Konstruktion sind damit, wenn noch möglich, mit hohen Folgekosten verbunden. Die erarbeiteten Parameterabhängigkeiten könnten für den Industrielleneinsatz Bauraumoptimiert in einem Softwaretool eingebunden werden und damit ein Lösungswerkzeug für die KFZ und Haushaltsgeräteindustrie bilden. In diesem Feld ist der Bedarf sehr hoch Schalloptimierte und -verbesserte Produkte zu etablieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Evaluation of the sound field in small fitted enclosures in the modal range. NAG-DAGA 2009, Rotterdam, Niederlande, 2009
F.B. Konkel & B.A.T. Petersson
- Beschreibung der Übertragungsfunktion innerhalb von geschlossenen, kleinen Gehäusen mittels Volumen- und Streukörper. Fortschritte der Akustik - DAGA 2010, Berlin, Deutschland, 2010
F.B. Konkel & B.A.T. Petersson
- Distributions of obstacles inside small fitted enclosures and the influence on the transfer impedance. 17th International Congress on Sound and Vibration (ICSV17), Kairo, Ägypten, 2010
F.B. Konkel & B.A.T. Petersson
- Modelle zur Beschreibung der Übertragungsfunktion innerhalb von geschlossenen, kleinen Gehäusen mittels Wave Guides bzw. mittels Volumen- und Streukörpern. Fortschritte der Akustik - DAGA 2011, Düsseldorf, Deutschland, 2011
F.B. Konkel
