Messung und Simulation von Lautsprecher-Systemen

Lautsprecher-Systeme, wie zum Beispiel in Fahrzeugen oder Wohnbereichen, sind im heutigen Alltag von großer Wichtigkeit. Meist werden mehrere Lautsprecher in Kombination verwendet, um einen möglichst raumfüllenden Klang zu erhalten. Soll sogar ein 3D-Klang erzeugt werden, so können Systeme von mehr als 20 Lautsprechern zum Einsatz kommen. Zur Auslegung und Analyse solcher Systeme werden üblicherweise Messungen in den jeweiligen Umgebungen benötigt. Eine Simulation der Szenarien im Rechner erlaubt einen zusätzlichen Erkenntnisgewinn und ist eine kostengünstige Möglichkeit, verschiedene Änderungen/Varianten zu untersuchen. Um hierbei gesicherte Aussagen treffen zu können, sind Validierungen der Simulationen notwendig. Neben der hohen Anzahl von Lautsprechern stellt die jeweilige Umgebung eine große Herausforderung dar.

Zur Validierung einer akustischen Simulation steht am Institut für Modellierung und Berechnung ein Akustiklabor mit Halbraumbedingungen zur Verfügung. Dieses erlaubt die Untersuchung von Lautsprecher-Chassis mit verschiedenen Lautsprecher-Gehäusen. Das Messsystem bietet dann die Möglichkeit den Schalldruck aufzunehmen und den bi-direktionalen Einfluss zur Struktur mit Hilfe von Beschleunigungsaufnehmern zu detektieren. Eine große Rolle spielt dabei die Kopplung zwischen der Struktur (Fahrzeug-Karosserie, Lautsprecher-Gehäuse) und der Luft-Kavität (Hörposition).

Für die numerische Abbildung von Lautsprecher-Systemen muss eine multiphysikalische Simulation durchgeführt werden. Es müssen die Bereiche Elektromagnetismus, Strukturdynamik und Akustik miteinander verbunden werden. Die einzelnen Gebiete können dabei jeweils mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad abgebildet werden, wobei die Möglichkeiten von analytischen 1D-Ansätzen bis zu sehr detailreichen 3D-Modellen reichen. Dementsprechend müssen unterschiedliche Verfahren, wie zum Beispiel die Finite-Elemente-Methode, die Boundary Element Method oder energiebasierte Verfahren miteinander gekoppelt werden.

Auf dem genannten, sehr interdisziplinären Aufgabengebiet forscht das Institut für Modellierung und Berechnung der TUHH zusammen mit der Novicos GmbH. Es sind unterschiedliche Themen für Bachelor-, Master- oder Projektarbeiten möglich.