Verringerung der Transmission von breitbandigem Störschall durch aktive, doppelschalige Struktursysteme

Abstract

Breitbandige Störgeräusche im Innenraum eines fahrenden Automobils können aerodynamisch bedingt sein, oder aus dem Rad-Fahrbahnkontakt herrühren. Aufgrund der Breitbandigkeit der zugrunde liegenden Störquellen kann die Strukturdynamik des Fahrzeugs stark und in einem breiten Frequenzbereich angeregt werden. Dabei erzeugen die schwingenden Oberflächen der Strukturen – sofern eine Fluid-Strukturinteraktion besteht – eine Schallabstrahlung in den Innenraum, welche von den Fahrgästen als störend empfunden wird und insofern den Komfort beeinträchtigt. Die Wahrnehmung dieser breitbandigen Störgeräusche kann sich durch den Einsatz neuer, leiserer Antriebskonzepte und/oder aufgrund von leiseren Motoren und Aggregaten infolge des Wegfalls maskierender Geräuschkomponenten verstärken. Durch die Anwendung von Vorsatzschalen (bspw. der Dachhimmel) in Verbindung mit passiven Dämmstoffen können mittel- bis hochfrequente Störgeräusche wirksam reduziert werden. Physikalisch bedingt besteht jedoch eine relativ geringe Wirksamkeit passiver Maßnahmen im Bereich tiefer Frequenzen unterhalb von 1000 Hz. In diesem Frequenzbereich erreichen Maßnahmen der aktiven Struktur-Akustik-Regelung (ASAC) ihre maximale Effizienz. Aufgrund dieser Tatsache können ASAC Systeme eine sinnvolle Alternative bzw. eine Ergänzung zu passiven Schalldämmungsmaßnahmen darstellen. Wegen des breitbandigen Charakters der betrachteten Störquellen kommen bei ASAC Systemen bevorzugt Regelungsalgorithmen zum Einsatz. Diese setzen im Unterschied zu Steuerungsalgorithmen keinerlei Störquelleninformationen voraus und gehen damit (durch die Einsparung von Störquellensensoren) mit einem geringeren Hardwareaufwand einher. Die Wirksamkeit des aktiv geregelten Systems ist jedoch auf die Reduktion spektral „gefärbter“ Signalanteile beschränkt. Aktive Steuerungen erfordern eine möglichst frühzeitige Erfassung der Störquellen und erfordern folglich einen größeren Hardwareeinsatz. Bei geeigneter Systemauslegung können (adaptive) Steuerungen jedoch sowohl eine erhöhte Robustheit als auch eine verbesserte Störgrößenunterdrückung als Regelungen erzielen. Ziel dieses Beitrags ist es, die Anwendung aktiver Steuerungen zur Reduktion der Transmission breitbandiger Störquellen durch doppelwandige Leichtbaustrukturen (bspw. den Dachhimmel eines Automobils) zu motivieren. Es werden die relevanten Einflussgrößen Kohärenz und Kausalität einer aktiven Steuerung diskutiert und Methoden zur Analyse der Kohärenz und Kausalität vorgestellt. Abschließend werden die Vorteile eines aktiv gesteuerten Doppelschalensystems (verglichen mit einer aktiven Einzelschale) anhand von Simulationsergebnissen aufgezeigt.