Metavib – Metamaterialien zur Beeinflussung der Vibroakustik mittels Resonatoreffekt

Ziel des Projekts »Metavib« ist die industrielle Nutzbarmachung vibroakustischer Metamaterialien (VAMM). Durch das Fraunhofer-Konsortium aus Spezialisten der Fachbereiche Strukturdynamik (Fraunhofer LBF, Fraunhofer IWU), Akustik (Fraunhofer IBP, Fraunhofer IDMT), Elektroakustik (Fraunhofer IDMT) und Fertigungstechnik (Fraunhofer IFAM, Fraunhofer IWU) wird erstmals die Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette VAMMs ermöglicht.

Metamaterialien sind leistungsfähiger als natürliche Materialien und können bestehende Probleme, wie z. B. Schwingungsanfälligkeit in der Leichtbauindustrie oder fehlende Kompaktheit von Lärmbekämpfungsmaßnahmen im Tieftonbereich, lösen. 

Insbesondere aktive Metamaterialien sind von großem Interesse. Während bei den passiven VAMM allein durch die Verwendung eines bestimmten Materials eine Schwingungsdämpfung erreicht wird, werden bei den aktiven VAMM zusätzlich kleine Aktoren verbaut, mit denen man die akustischen Eigenschaften des Materials ständig anpassen kann. Auf diese Weise kann ein Basismodul an eine Vielfalt von Anwendungsfällen adaptiert werden. Ebenso sind Alterungsprozesse und äußere Störungen im Betrieb kompensierbar. 

Aufgabenbereich Fraunhofer IDMT

Aktives akustisches Metamaterial
Aktives akustisches Metamaterial für Kanalschalldämpfer
Lüftungskanal
Schematische Darstellung eines Lüftungskanals mit wandbündig koppelnden Lautsprechern zur Störgeräuschunterdrückung nach dem Metamaterial-Ansatz.

Die erforderlichen Aktor- und Ansteuerungskonzepte werden maßgeblich vom Fraunhofer IDMT entwickelt. Verwendung findet 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. 

Förderer

Fraunhofer-internes Förderprogramm

Laufzeit

2020 – 2022