Signal Processing and Speech Communication Laboratory
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Dimensionierung und Simulation von Helmholtz-Resonatoren (Oktober 2011)

Status
Finished
Type
Master/Diploma Thesis
Seminar Type
- None -
Announcement date
12 Mar 2010
Student
Markus Meister
Mentors
Research Areas

Zusammenfassung

Bei der Schallausbreitung in Räumen mit parallelen Wänden kommt es auf Grund der Überlagerung von zur Wand hin- und rücklaufenden Schallwellen zu stehenden Schallwellen, auch Raummoden genannt. Diese sind vor allem im tiefen Frequenzbereich problematisch, da sie dort, im Gegensatz zum hohen Frequenzbereich, isoliert und daher besonders störend in Erscheinung treten. Die Bedämpfung der isolierten Raummoden geschieht häufig mit sogenannten Tiefenabsorbern, die auf die jeweiligen Modenfrequenzen abgestimmt sind.

Ziel dieser Arbeit ist es, Helmholtz-Resonatoren zur Bedämpfung der problematischen Raummoden im Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 500 Hz mit der Simulationssoftware WinFLAG zu dimensionieren. Es wird der Loch- mit dem Schlitzplatten-Resonator verglichen und wegen der einfacheren praktischen Ausführbarkeit für die weiteren Untersuchungen in dieser Arbeit der Schlitzplatten-Resonator gewählt. Durch Parametervariation des Schlitzabstandes, der Schlitzbreite, der Plattenstärke, des Wandabstandes und des porösen Absorbers im Inneren des Resonators wird der Einfluss auf die Resonanzfrequenz und die Breite der Absorptionsgradkennlinie untersucht.

Da Helmholtz-Resonatoren häufig mit porösen Materialien gefüllt sind, wird auf das Modell des porösen Absorbers von Mechel näher eingegangen. Des weiteren wird der Einfluss der Plattenresonanz der Schlitzplatte und der Volumssteifigkeit des dahinter liegenden Luftpolsters auf die Simulationsergebnisse durchleuchtet. Dazu werden die Simulationsergebnisse von WinFLAG, vom Matlab-Tool 1 [BRÄUER] und von einem in dieser Arbeit entwickelten Matlab-Tool 2, das die Resonanz der Schlitzplatte und die Volumssteifigkeit der allgemeinen Form berücksichtigt, verglichen.

Abstract

When it comes to sound propagation within rooms with parallel walls, standing acoustic waves, so called room modes arise, due to back and forth flowing acoustic waves towards the wall. Because of their isolation in lower frequency ranges, these room modes often appear disturbing and are therefore problematic. The damping of isolated room modes is often done by using absorbers for low frequencies, which become attuned to the respective mode frequencies.

The aim of this research is to dimension Helmholtz-resonators for damping problematic room modes in the frequency range between 100 Hz and 500 Hz by using the simulation software WinFLAG. Two different resonators are compared – the hole plate- and the slotted plate-resonator. For further investigation in this research, the slotted plate-resonator is chosen because of its easier and more functional practicability. The influence on the resonance frequency and the width of the absorption coefficient curve is investigated through variation of the parameters slot distance, slot width, plate thickness, distance between the plate and the hard wall, and the porous absorber inside the resonator.

As Helmholtz-resonators are often filled with porous materials, the “Model of the porous absorber of Mechel” is discussed in detail. Furthermore, the influence of the plate resonance frequency onto the simulation result is investigated. Therefore the simulation results of WinFLAG are compared with Matlab-Tool 1 [BRÄUER] and Matlab-Tool 2 which is developed in this thesis, taking into account the resonance of the slotted plate and the volume stiffness in its general form.


Full Text and additional Material

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