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Akustische Maskierung mittels aktiver Strukturen

Thyes, Christian :
Akustische Maskierung mittels aktiver Strukturen.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Akustische Maskierung mittels aktiver Strukturen
Language: German
Abstract:

Die Arbeit verknüpft das Wirken aktiver Struktursysteme mit der menschlichen Wahrnehmung von Schall. Dafür werden psychoakustisch motivierte Methoden entwickelt, um Wandlerwerkstoffe in aktiven, vibroakustischen Systemen anzusteuern. Ein aktives, akustisches System wird von der Anregung über die Abstrahlung bis zur Immission vollständig abgebildet und um psychoakustisch motivierte aktive Maßnahmen ergänzt. Ein Demonstrator wird mit verschiedenen Methoden und Werkzeugen modelliert und ein Gesamtsystemmodell aufgebaut. Der Demonstrator wird als analytisches und numerisches Modell gebildet und mit dem Experiment verglichen. Das analytische Modell berücksichtigt dabei die Fluid-Struktur-Kopplung zwischen eingeschlossenem Luftvolumen und schwingender Platte. Bei der numerischen Modellierung erfolgt eine Simulation der Luftschallgrößen und Übertragungspfade mit kommerziellen Werkzeugen. Luftschallgrößen können mit einer im Rahmen dieser Arbeit aufgebauten Toolbox (psycho-)akustisch bewertet und um Algorithmen zur Geräuschreduktion und -veränderung ergänzt werden. Die Algorithmen für die Geräuschreduktion berücksichtigen die Kenntnis über das menschliche Hören, um die Lautheitsempfindung in die Zielfunktion einer adaptiven Regelung zu integrieren. Algorithmen zur Geräuschveränderung erzeugen zusätzliche Signale, die an die bestehenden Umgebungsgeräusche angepasst werden und damit einen neuen Zielklang entstehen lassen. Damit erzeugen sie bedarfsgerecht eine Veränderung der akustischen Umgebung. Ein Algorithmus überlagert ein Rauschen, um ein gleichmäßigeres Geräusch zu erzeugen. Ein anderer Algorithmus ermöglicht, akustisch raue Signale in ihrer Rauigkeit wirksam zu reduzieren. Beide Verfahren werden abschließend miteinander kombiniert. Dadurch können Geräusche gleichzeitig reduziert und verändert werden. Die Bewertung der Algorithmen erfolgt simulativ. Die Neuerung stellt im Wesentlichen die Verknüpfung von verschiedenen Disziplinen zu einem psychoakustisch wirksamen aktiven System dar. Um die Technologiereife aufzuzeigen, werden einzelne Algorithmen auf eine kostengünstige Microcontroller-Plattform portiert. Damit wird ein mögliches Produkt mit Low-Cost-Elektronik aufgebaut und dessen Praxistauglichkeit mit Probandenversuchen nachgewiesen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This thesis connects smart structures with the human perception of sound. In order to control smart structures, methods inspired by psychoacoustical knowledge are developed. A smart structure system is modeled entirely comprising excitation, sound radiation, and imission of sound and is extended with psychoacoustically motivated active measures. Analytic and numeric models are derived from a physical demonstrator. The analytic model takes fluid-structure interaction into account. Furthermore, numeric modeling is done by industrial tools to calculate sound pressure and transfer functions. Airborne sound can be (psycho-)acoustically analyzed with a newly designed toolbox. Algorithms to noise reduction as well as noise modification are presented and integrated in the toolbox. Noise reduction is achieved by algorithms that use knowlege of human sound perception to integrate loudness excitation into the target function of the adaptive control. Noise modification is realized by generating additional sound that is adapted to the actual noise environment. By designing a new target sound, an adaptive soundscape is created. One algorithm uses additional noise to achieve a steady sound. By adding additional adaptive signals, another algorithm reduces the roughness of sounds significantly. Noise reduction and noise modification are finally combined in numeric simulations. Hence, noise can be reduced and shaped at the same time. As a consequence, this thesis creates a new connection between psychoacoustics and smart structures. To demonstrate technology readiness level some of the algorithms are ported to a microcontroller prototyping board. A low-cost adaptive noise modification platform is built to show the feasibility and the technology readiness level, which is experimentally proven with human subjects.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: aktive Systeme, Maskierung, Adaptronik
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Research Group of System Reliability and Machine Acoustics (SzM)
Date Deposited: 25 Sep 2015 09:50
Last Modified: 25 Sep 2015 09:50
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-49739
Referees: Melz, Prof. Dr. Tobias and Beidl, Prof. Dr. Christian
Refereed: 14 July 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4973
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