Projekte

Problemstellung
Akustische Metamaterialien sind in ihrer Struktur so designt, dass sie gegenüber herkömmlichen Materialien untypische, aber sehr dienliche Wirkungen auf akustische Wellenfelder ermöglichen. So können bspw. Absorber trotz gleicher Absorptionsleistung wesentlich kleiner als mit klassischen Materialien aufgebaut werden.
Prinzipbedingt bilden herkömmliche akustische Metamaterialien schmalbandige Stoppbänder aus. Dadurch wird der Einsatzbereich des Metamaterials stark eingeschränkt. Zudem verlangt manche Anwendung ein dynamisches Anpassen der Stoppbänder. Dementsprechend muss der Arbeitsbereich des Metamaterials nachführbar sein.
Ein Lösungsansatz können aktive Metamaterialien bieten. Durch eine zusätzliche Sensorik kann die Zustandsveränderung detektiert und mittels integrierter elektromechanischer Aktorik der Arbeitsbereich des Metamaterials elektronisch adaptiert werden.

Lösungsweg
Das Fraunhofer IDMT entwickelt mit weiteren Fraunhofer-Partnern Konzepte für ein aktives akustisches Metamaterial. Verwendung finden hierbei u. a. die Kombination aus passiven und aktiven Resonatoren zu einer Einheitszelle. Letztere beruhen auf der Nutzung von elektrodynamischen Lautsprechern, die durch eine dezidierte Ansteuerung den Arbeitsbereich des Metamaterials veränderbar machen sollen.
Hierfür wird die akustisch wirksame Impedanz des einzelnen Lautsprechers mit Hilfe eines Mikrofons überwacht und aktiv geregelt. Aus einer geschickten Anordnung mehrerer dieser aktiven Einheitszellen zu einem Verbund entsteht ein hochwirksames Metamaterial.
Zur Auslegung des Metamaterials aus passiven und aktiven Komponenten werden geeignete Simulationsroutinen entwickelt, die die Wirkung des Metamaterials vorhersagen können.  

Ergebnisse
Ziel des Projekts ist:
a) die Entwicklung von Routinen zur systematischen simulatorischen Auslegung aktiver akustischer Metamaterialien (auf Basis analytischer und numerischer Verfahren)
b) die Entwicklung und Hardware-Umsetzung aktiver akustischen Metamaterial-Einheitszellen auf Basis elektrodynamischer Lautsprecher
c) die Entwicklung eines Kulissenschalldämpfers mit verbesserter Absorption tiefer Frequenzen auf Basis eines aktiven Metamaterials
Die Algorithmen sowie die elektronische Peripherie sollen für den Funktionsmusteraufbau auf einer eingebetteten Zielhardware implementiert werden.