Aufbau und Charakterisierung eines Messsystems nach der Tamura-Methode zur Ermittlung akustischer Materialeigenschaften unter beliebigen Schalleinfallswinkeln

Abstract

Ein wichtiges Gebiet in der Akustik ist die Bekämpfung von Störgeräuschen mittels schallabsorbierenden Materialen. So existieren je nach Verwendungszweck eine Vielzahl verschiedener Verfahren zur Bestimmung akustischer Parameter dieser Materialien, die einen effektiven Einsatz ermöglichen. Die vorgestellte Tamura-Methode ermöglicht eine Ermittlung der Materialeigenschaften in Form des komplexen Reflexionsfaktors für einen großen Bereich von Schalleinfallswinkeln. Mithilfe einer Maximalfolge werden die Impulsantwortverläufe eines Prüfkörpers entlang zwei parallel darüber platzierten Messebenen aufgezeichnet. Mit einer örtlichen Fourier-Transformation lassen sich die Verläufe über den Ort, in den Bereich der Wellenvektorkomponenten darstellen. Die Transformation gestattet die Anwendung der ebenen Wellentheorie und eine analytische Trennung des direkten und reflektierten Schallanteils. Aus dem Quotienten der Schallanteile folgt unmittelbar der Reflexionsfaktor. Neben einer messtechnischen Charakterisierung verschiedener Schallquellen, sowie des Messsystems werden vorab numerische Berechnungen betrachtet. Diese dienen zum einen zur Bestimmung geeigneter geometrischer Abmessungen und der Verifizierung des Messsystems, zum anderen zur Identifizierung systematischer Fehler. Die Berechnungen basieren dabei auf einem empirischen Komatsu-Modell für quasi-homogene Absorber. Abseits einer einfachen Vermessung eines ideal absorbierenden Materials aus Luft findet eine Charakterisierung des Messsystems an Steinwollplatten statt. Hier dient das empirische Modell als Vergleichsgröße zur Beurteilung.

An important subject of the acoustics is to suppress noise by using sound-absorbing materials. Depending on use there are many different methods to determine acoustical parameters, which creates the opportunity of an efficient material usage. The presented Tamura-method allows a determination of the material characteristics in term of the complex reflection coefficient for a wide range of angles of incidence. With the help of a maximum length sequence it is possible to determine the impulse response along two measurement lines above the sample surface. This distribution can be spatial Fourier-transformed into a domain of the wave vector component. Thus, it is possible to use the pane wave equations to separate the incoming and reflecting sound components analytically. The quotient of these components can be used to calculate the reflection coefficient immediately. Beside the characterization of different sound sources and the measurement system, numerical calculations are considered in advance. On one hand, these calculations serve as possibility to find out practical geometrical dimensions and verify the measurement setup, on the other hand to identify systematic errors. The numerical results are based on an empirical Komatsu-model for porous absorbers. Finally, the measurement system is verified not just with a perfect absorbing material out of air, but also with rock wool. Here the same empirical model is used as a comparative value.