Active control of sound absorption

Aktive Kontrolle der Schallabsorption

  • The work presented here introduces a novel mathematical model for a multichannel active absorption system based on the wave separation method of Nishimura. The theoretical background of the active absorption system is presented in combination with a large set of simulations. Experiments confirm the behavior described by the simulations. The wave separation method is combined with the modal model of a three-dimensional room in order to obtain the controlling parameters of the active system. SeverThe work presented here introduces a novel mathematical model for a multichannel active absorption system based on the wave separation method of Nishimura. The theoretical background of the active absorption system is presented in combination with a large set of simulations. Experiments confirm the behavior described by the simulations. The wave separation method is combined with the modal model of a three-dimensional room in order to obtain the controlling parameters of the active system. Several parameters are simulated to study their influence over the performance of the active absorption, e.g. the density of secondary sources, the distance between sources and sensors, the distribution of sources, etc. It is found that the equivalent absorption coefficient generated by active system reaches an optimal point when the density of sources approaches to three sources per wavelength (of the primary excitation). Under optimal conditions it is possible to generate an equivalent absorption coefficient of α = 1. Moreover, it is shown that it is also possible to generate arbitrary values of the absorption coefficient between 0 and 1. The active absorption system is not only able to modify the sound pressure field generated by a primary source inside an enclosure but, more importantly, it is able to efficiently damp the normal modes. Measurements and simulations show the damping of the normal modes as an homogenization of the pressure field which means that the differences between maxima and minima tend to vanish. The effect of modes damping is also reflected in the reduction of the acoustic potential energy. In the extreme case where the active system covers all surfaces of the rigid enclosure, it was proven that is possible to generate a free field radiation condition. The active absorption method introduced in this work it is compared with the widely known Active Noise Control (ANC) method in order to establish their differences.show moreshow less
  • Die hier vorgestellte Arbeit gibt einen kurzen Einblick in ein neues mathematisches Modell eines Systems zur aktiven Mehrkanalabsorption, welches auf der Wellen-Trennung von Nishimura basiert. Der theoretische Hintergrund des aktiven Absorptionsystems wird in Kombination mit einer Vielfalt von Simulationen präsentiert. Versuche belegen das in den Simulationen beschriebene Verhalten. Die Methode der Wellenseparation wird mit einem modalen Modell eines dreidimensionalen Raumes kombiniert, um die dDie hier vorgestellte Arbeit gibt einen kurzen Einblick in ein neues mathematisches Modell eines Systems zur aktiven Mehrkanalabsorption, welches auf der Wellen-Trennung von Nishimura basiert. Der theoretische Hintergrund des aktiven Absorptionsystems wird in Kombination mit einer Vielfalt von Simulationen präsentiert. Versuche belegen das in den Simulationen beschriebene Verhalten. Die Methode der Wellenseparation wird mit einem modalen Modell eines dreidimensionalen Raumes kombiniert, um die das aktive System kontrollierenden Parameter zu erhalten. Einige Parameter werden simuliert, um ihre Auswirkungen auf die Leistung der aktiven Absorption zu untersuchen, z.B. die Dichte der sekundären Quellen, der Abstand zwischen Quelle und Sensor, Quellenverteilung etc. Es wird gezeigt, dass der vom aktiven System generierte äquivalente Absorptionsgrad, einen optimalen Punkt erreicht, wenn die Dichte der Quellen gegen 3 Quellen pro Wellenlänge (aus der ersten Erregung) läuft. Unter Idealbedingungen ist es möglich, einen äquivalenten Absorptionsgrad von α = 1 zu erzeugen. Darüber hinaus wird gezeigt, dass es ebenfalls möglich ist, für den Absorptionsgrad beliebige Werte zwischen 0 und 1 zu generieren. Das aktive Absorptionssystem ist nicht nur in der Lage, das von der primären Quelle in einem geschlossenem Raum erzeugte Schalldruckfeld zu modifizieren, sondern vielmehr die entsprechende Moden effizient zu dämpfen. Messungen und Simulationen zeigen die Dämpfung der Moden als Homogenisierung des Druckfeldes, was soviel heisst, dass die Unterschiede zwischen Minima und Maxima dazu neigen zu verschwinden. Der Effekt der Modendämpfung spiegelt sich zudem in der Reduktion der Akustischen potentiellen Energie wieder. Im Extremfall, wo das aktive System alle Oberflächen des festen Begrenzung bedeckt, wurde nachgewiesen, dass es möglich ist, eine Freifeldbedingung zu erzeugen. Die in dieser Arbeit vorgestellte aktive Absorptionsmethode wird mit der bereits bekannten ANC (Active Noise Control) verglichen, um ihre Unterschiede hervorzuheben.show moreshow less

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Metadaten
Author: Marco Norambuena
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-36137
Advisor:Dr.-Ing. Michael Möser
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2012/07/23
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Date of final exam:2012/06/21
Release Date:2012/07/23
Tag:Absorption; Aktive Lärmminderung; Akustik; Nachhallzeit; aktive Absorption
absorption; acoustics; active absorption; active noise control; reverberation
Institutes:Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)