Simulieren von akustischen Absorptionsparametern
AcoustoDict
Wie gut absorbiert Ihr Material Schall? Wie verhält es sich bei unterschiedlichen Frequenzen? Fragen wie diese sind entscheidend, wenn es um die Entwicklung leistungsfähiger akustischer Materialien geht – sei es in Fahrzeugen, Gebäuden oder Flugzeugen. Die Antwort darauf liefert das Simulationsmodul AcoustoDict in GeoDict.
AcoustoDict simuliert die akustischen Eigenschaften poröser Materialien auf Basis einer modellierten Materialgeometrie oder eines CT-Scans. So lassen sich wichtige akustische Parameter berechnen, die das Verhalten des Materials exakt beschreiben, wie beispielsweise Schallabsorptionsgrad, Permeabilität, Tortuosity, Porosität sowie thermische und viskose charakteristische Länge.
Diese Parameter dienen als Eingangsdaten für bewährte analytische Modelle – das Delany-Bazley-Modell für hochporöse Materialien oder das Johnson-Champoux-Allard-Modell für komplexe Porengeometrien. Auf dieser Grundlage berechnet AcoustoDict die frequenzabhängige akustische Absorptionskurve des Materials – schnell, reproduzierbar und ohne physikalischen Testaufbau.
Typische Anwendungsfelder
- Automobilindustrie: Optimierung von Dachverkleidungen oder Innenraumkomponenten zur Geräuschreduktion
- Bauwesen: Entwicklung schallabsorbierender Materialien für besseren Raumkomfort
- Luft- und Raumfahrt: Minimierung von Lärm bei gleichzeitigem Leichtbau
Simulations-Komponente in AcoustoDict
Die Simulations-Komponente berechnet in
3D-Geometrien poröser Materialien effektive
Parameter, um den Schallabsorptionskoeffizienten
über einen benutzerdefinierten Frequenzbereich
vorherzusagen.
(a) 3D-Geometrie eines Luftfilters
(b) Schallabsorptionskurve über einen benutzerdefinierten
Frequenzbereich
Materialdatenbank in AcoustoDict
Die Materialdatenbank speichert Absorptionskurven, die aus Simulationen oder direkten Messungen für jedes Material bei verschiedenen Kompressionsgraden berechnet wurden, und ermöglicht so eine interaktive Vorhersage und einen Vergleich der akustischen Eigenschaften.
Match-Funktion in AcoustoDict
Die Match-Funktion der Datenbank identifiziert automatisch das Material, dessen gespeicherte Absorptionskurve am besten zu einem vom Benutzer angegebene Zielkurve passt, wobei Kompressionseffekte berücksichtigt werden.
Stack-Funktion in AcoustoDict
Die Stack-Funktion ahmt die Konfiguration eines Impedanzrohrs nach und prognostiziert die gesamte Schallabsorption einer anpassbaren mehrschichtigen (Sandwich-)Konfiguration, indem sie die Anordnung und Dicke von bis zu vier Schichten interaktiv anpasst.
AcoustoDict Features
Simulations-Komponente
GeoDict arbeitet mit der aufgelösten 3D-Geometrie poröser Materialien. Basierend auf dieser Darstellung mit Porenauflösung berechnet die Simulationskomponente von AcoustoDict effektive Parameter, um den Schallabsorptionskoeffizienten über einen benutzerdefinierten Frequenzbereich vorherzusagen. Ein solcher effektiver Parameter ist beispielsweise der statische Luftströmungswiderstand, der durch Lösen der Stokes-Gleichungen im Porenraum des Materials ermittelt wird, um das Strömungsfeld zu bestimmen.
Je nach Geometrie des porösen Materials kann der Anwender ein geeignetes Akustikmodell wählen – entweder das Delany-Bazley-Modell (DB) für hochporöse Materialien oder das Johnson-Champoux-Allard-Modell (JCA) für Materialien mit komplexen Porengeometrien –, um den frequenzabhängigen Schallabsorptionskoeffizienten genau vorherzusagen. Für das JCA-Modell ermittelt AcoustoDict zusätzlich die viskose charakteristische Länge, wofür eine Diffusionsgleichung im Porenraum des Materials gelöst werden muss .
Materialdatenbank
In der Datenbank werden die aus diesen Simulationen oder direkten Messungen gewonnenen Absorptionskurven für die spätere Verwendung gespeichert. Für jedes Material können mehrere Absorptionskurven bei unterschiedlichen Kompressionsgraden gespeichert und verglichen werden, beispielsweise für Vliesstoffe, die im Rahmen der Herstellung von Akustikmaterialien häufig auf eine bestimmte Dicke komprimiert werden. Die Absorptionskurven für andere Kompressionsgrade können dann interaktiv aus den vorliegenden Daten vorhergesagt werden.
Match-Funktion
Die Match-Funktion der Datenbank findet automatisch das Material, das einer gewünschten Absorptionskurve unter den Materialien in der Datenbank am ehesten entspricht. Dabei berücksichtigt sie automatisch auch die Kompression vorhandener Materialien auf neue Dicken.
Stack-Funktion
Die Datenbankfunktion „Stack“ ahmt den Messvorgang eines herkömmlichen Impedanzrohrs (Kundt-Rohr) nach, bei dem eine ebene Schallwelle auf eine Probe gerichtet wird und der Schallabsorptionskoeffizient aus dem gemessenen einfallenden und reflektierten Schall bestimmt wird. In ähnlicher Weise prognostiziert die Stack-Funktion die Schallabsorption einer Sandwichkonfiguration, die aus bis zu vier Schichten unterschiedlicher Materialien, einschließlich Luftspalten, besteht. Die Anordnung und Dicke jeder Schicht kann individuell angepasst werden, wobei die Gesamtabsorptionskurve interaktiv aktualisiert wird.
Diese Module werden oft mit AcoustoDict kombiniert:
| Bildverarbeitung & Bildanalyse | ImportGeo-Vol | |
| Charakterisierung & Analyse | ||
| Modellierung & Design | FiberGeo | |
| Simulation & Vorhersage | ||
| Schnittstellen |
Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.