Inhaltsverzeichnis. 1 Einführung... 1
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- Damian Goldschmidt
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1 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Schall in Gasen und Flüssigkeiten GrundgrößenundPegelmaße Theoretische Grundlagen der Hydrodynamik Akustische Grundgleichungen und Lösungen Akustische Grundgleichungen Wellengleichung Integralgleichung SchallinunbegrenztenMedien LösungenderWellengleichung EbeneWellen Kugelwelle Schallabsorption Schalldämpfung durch innere Reibung Schalldämpfung durch Wärmeleitung MolekulareAbsorption Schallausbreitung im porösenmedium Reflexion, Brechung, Beugung von Schall ReflexionbeisenkrechtemSchalleinfall Schalldurchgang durch ein geschichtetes Medium bei senkrechtemschalleinfall Reflexion, Transmission und Schallbrechung bei schrägem Schalleinfall SchallbrechungbeiSchallausbreitungimFreien Temperatureinfluss Windeinfluss Schallbeugung... 70
2 VIII Inhaltsverzeichnis 4 Nichtlineare Wellenausbreitung in Gasen und Flüssigkeiten Grundgleichungen fürdennichtlinearenfall Aufsteilung von Wellen bei hohen Intensitäten Unterschiedliche nichtlineare Wellengleichungen KuznetsovscheWellengleichung Westervelt-Gleichung Burgers-Gleichung KZK-Gleichung Übersicht Nichtlinearer Wellengleichungen Akustische Strömung(AcousticStreaming) Kavitation Akustische Wellen in festen Körpern Grundbegriffe und Definitionen Mechanische Verschiebungen und Verzerrungen Mechanische Spannungen in festen Körpern Stoffgesetz HerleitungderWellengleichung D-Wellengleichung D-Wellengleichung Wellen in allseitig unbegrenzten Festkörpern: Longitudinal-undTransversal-Wellen Longitudinal-Welle (Dichte-Welle bzw. Dilatations- Welle) Transversal-Wellen (Schub- bzw. Scherwellen) Wellen in einseitig begrenzten festen Körpern: Oberflächen-Wellen(Rayleigh-Wellen) WelleninbegrenztenfestenKörpern Oberflächen-Wellen WelleninbegrenztenfestenKörpern: Dehn-WellenundBiege-WelleninPlatten KirchhoffschePlattentheorie Plattenschwingungen - Biegewellen in dünnen Platten Biegewellen in Platten und ihre Schallabstrahlung DehnwelleninPlatten Schallquellen, Schallabstrahlung KolbenstrahlerimRohr Trichterstrahler Kugelstrahler Punktstrahler Dipolstrahler LineareStrahlergruppe KolbenstrahlerinebenerWand Strahlungsimpedanz...149
3 Inhaltsverzeichnis IX DasSchallfeldaufderMittelsenkrechten Fernfeld Nahfeldlänge (NatürlicherFokus) Saiten und Membranen, Luftschwingungen in Rohren TransversaleSchwingungenderSaite Transversale freie Schwingungen von Membranen Axiale Luftschwingungen in offenen zylindrischen Rohren DispersionbeiakustischenWellen Physiologische und psychologische Akustik Das Gehör Schallempfindung, Lautstärke Frequenzgruppen Auflösungsvermögen des Gehörs PsychoakustischeErscheinungen Residuum Verdeckung Zweiohriges Hören DasStimmorgan Raumakustik Einführung WellentheoretischeRaumakustik EigenfrequenzendesQuaderraumes EigenresonanzendesZylinderraums StatistischeRaumakustik Raumfrequenzkurve Nachhall StationäreEnergiedichte Schallabsorption der Wände Einflussgrößen der akustischen Qualität von Auditorien Bauakustik Definitionen zur Luftschalldämmung Einschalige Wände, Massegesetz und Biegewellenanregung Zweischalige Wände Körperschalldämmung Ausbreitung von Körperschall in Gebäuden Lärm Lärmquellen Lärmentstehung durch Strömung und Stoßwellen Verkehrslärmquellen...262
4 X Inhaltsverzeichnis LärmamArbeitsplatz GeräuscheimWohnbereich Lärmbekämpfungsmaßnahmen Lärmschutzverordnungen und -empfehlungen Primäre Lärmbekämpfungsmaßnahmen Sekundäre Lärmbekämpfungsmaßnahmen Aktive Lärmbekämpfung Subjektive Lärmreaktionen Lärmschwerhörigkeit Andere organische Lärmschäden Störungen der Sprachkommunikation und Leistungsstörungen Schlafstörungen Belästigung Elektromechanische Analogien Passive elektrische und mechanische Bauelemente ElektromechanischeAnalogie1.und2.Art MechanischeResonanzkreise MechanischerParallelresonanzkreis Mechanischer Serienresonanzkreis (Reihenschwingkreis) Die akustischen Grundelemente AkustischesMasseelement AkustischesFederelement Akustisches Dämpfungselement (Reibungselement) Akustische Grundschaltungen Tonraum Helmholtz-Resonator Praktische Anwendungsbeispiele von akustischen Grundschaltungen Helmholtz-Resonatoren im Künstlichen Ohr Akustische Siebketten (Akustische Tiefpass-Filter) Elektrodynamischer Lautsprecher in einer Lautsprecherbox Mason-Modell zur Beschreibung von Ultraschallwandlern Die Simulation der Ultraschall-Wandlerkette Berechnungsverfahren Sendewandler Empfangswandler Ergebnisse...319
5 Inhaltsverzeichnis XI 12 Grundlagen der elektroakustischen Wandler Einführung Empfindlichkeit Reziprozitätsbeziehungen, Schottky sches Tiefenempfangsgesetz ElektrostatischeWandler PiezoelektrischeWandler Piezoelektrische Zustands- und Wandlergleichungen PiezoelektrischeMaterialien ElektrodynamischeWandler ElektromagnetischeWandler MagnetostriktiveWandler Mikrofone Kondensatormikrofone Empfindlichkeit der Kondensatormikrofone in Niederfrequenzschaltung Konventionelle Kondensatormikrofone Elektretmikrofone Kondensatormikrofone in Hochfrequenzschaltung PiezoelektrischeMikrofone DynamischeMikrofone OptischeMikrofone Siliziummikrofone Verfahren der Siliziumtechnologie für die akustische Sensorik Silizium-Kondensatormikrofone Piezoelektrische und andere Siliziummikrofone Richtmikrofone Bündelungsgrad, Bündelungsmaß Gradientenmikrofone Interferenzmikrofone Mikrofonkalibrierung Mikrofon-Übertragungsfaktoren MethodenmitbekanntenSchallfeldern Reziprozitätsverfahren Elektrostatische Ersatzkraft oder Eichgitter Schallsender Die Abstrahlung von Schall durch eine Kolbenmembran Kolbenmembran in unendlich großer Schallwand Richtwirkung ElektrodynamischerLautsprecher Aufbau Abstrahlung...409
6 XII Inhaltsverzeichnis 14.3 ElektrostatischerLautsprecher Aufbau und Analyse des elektrostatischen Gegentaktsystems AbstrahlungdesGegentaktsystems Flachlautsprecher Frequenzweichen Lautsprechergehäuse Geschlossenes Gehäuse Bassreflexgehäuse AkustischerTrichter Kopfhörer Aussenohr-Übertragungsfunktion Geschlossene und offene Hörer Hörertypen Schallaufzeichnung Schallplattenverfahren Digitalplattenverfahren CompactDisc(CD) Super-AudioCD(SACD) Digital Versatile Disc für Audio (DVD-Audio) MiniDisc(MD) Audiodaten auf optischen Videomedien DigitaleelektronischeVerfahren Magnettonverfahren Audio-AufzeichnungbeimTonfilm AnalogerLichtton DigitalerLichtton DigitalerFilm Akustische Messtechnik Akustische Messräume Reflexionsarmer (reflexionsfreier) Raum Hallraum AeroakustischerWindkanal ReflexionsarmerRaum Windkanal SchallfeldmessungenimWassertank Hydrophone Laseroptische Messung des Schallfeldes Luftschall-Messungen in Hörschallbereich MessungendesSchalldrucks MessungdesSchalldruckpegels Messung des Lautstärkepegels MessungderSchallschnelle...486
7 Inhaltsverzeichnis XIII Messung der akustischen und mechanischen Impedanz Messung der Schallintensität Messung der abgestrahlten Schallleistung Messung des akustischen Transmissionsgrades τ Messung des Schallabsorptionsgrades von flächenhaftenstrukturen Messung der Richtcharakteristik von Mikrofonen Messung der Richtcharakteristik von Lautsprechern Bestimmung von Hörer-Übertragungsfaktoren mit Hilfe eines künstlichenohres Klirrfaktormessungen Intermodulationsverzerrungen Messung von Körperschall Beschleunigungsaufnehmer Elektrodynamische Schnelleempfänger Laserinterferometer und Laser-Doppler-Vibrometer Akusto-optischeVerfahren Schlierenmesstechnik (Debye-Sears-Effekt) Interferometrische Schallfeldmessung mit tomographischer Rekonstruktion Einführung zur refraktrometrischen Tomographie Rekonstruktion des Schallfeldes mittels Tomographie Messaufbau bei der refraktometrischen Tomographie Vergleichmit Hydrophonmessungen Messung in anderen transparenten Medien BewertungderErgebnisse Lärmmessungen Äquivalenter Dauerschallpegel (Mittelungspegel) Unterwasserschall (Hydroakustik) SchallausbreitunginWasser Schalldruckpegel und Schallintensitätspegel Schallgeschwindigkeit SOFAR-Kanal DämpfungvonWasserschall DispersionvonWasserschall Besonderheiten bei der Ausbreitung von Wasserschall Wasserschallwandler Unterwasserortung(EcholoteundSonare) Echolotverfahren Sonarverfahren Sonargleichung Abbildungseigenschaften von Sonaren LeistungsmerkmalevonSonaren AkustischeUnterwasser-Navigation...562
8 XIV Inhaltsverzeichnis Geschwindigkeitsmessung mittels Doppler-Verfahren Unterwasser-Nachrichtenübertragung Grundlegende Aufgabe Dämpfung Rauschen(AmbientNoise) Nachhall(Reverberation) Dopplerverschiebung SeismischeExploration Bathymetrie Kontinuierliche seismische Profilbestimmung Akustische Meerestomographie (Ocean Acoustic TomographyOAT) Ultraschall - Erzeugung, Detektion und Anwendung Luftultraschall PiezoelektrischeBiegewandler Breitband-Ultraschallwandler auf Polymerbasis KapazitiveUltraschallwandler Positions- und Geschwindigkeitsmessung mit Ultraschall ParametrischerLautsprecher Ultraschall in flüssigen Medien MedizinischeDiagnostik Stand der heutigen B-Bild-Sonographie Ultraschall-Kontrastmittel HarmonicImaging Ultraschall-Tomographie Compound-Verfahren (Bildüberlagerungsverfahren) AkustischeMikroskopie Ultraschall-Holographie Ultraschall-Durchflussmessung UltraschallinfestenMedien Ultraschall-Verzögerungsleitungen Akustische Oberflächenwellen-Bauelemente (SAW-Komponenten) Bulk Acoustic Wave (BAW) Komponenten (Bauelemente auf der Basis akustischer Volumenwellen) Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung Technische Anwendungen von Leistungsultraschall ParametrischerLautsprecher Ultraschallreinigung Ultraschalllöten Ultraschall-Zerstäuber Stehwellenlevitation für berührungslosen Greifer (Stehwellengreifer)...681
9 Inhaltsverzeichnis XV Medizinische Therapieverfahren auf der Basis von Hochleistungsultraschall Aeroakustik: Schallerzeugung durch Strömung Hiebtonerzeuger Hoch-turbulente Strömung (Freistrahllärm) Ventilatoren DurchströmteGitter MathematischeMethodeninderAeroakustik MathematischeModelle NumerischeSimulation ExperimentelleAnalyse Mikrofonarrays zur Lokalisierung von aeroakustischen Quellen Korrelationsmesstechnik Grundlegende Experimente zur Schallreduzierung an einem Hiebtonerzeuger(Vierkantzylinderstumpf) Vierkantzylinderstumpf - Modellvariationen zur Schallreduzierung Geometrievariationen des umströmten Vierkantzylinders Schallfelder der Geometrievariationen Untersuchung der leisesten und lautesten Geometrie Zeitlich gemitteltes Strömungsfeld Dynamisches Strömungsfeld Interaktion Strömungsfeld Schallfeld Richtcharakteristik Normierung der induzierten Schallpegel (Mach-Zahl- Exponent) Beeinflussung des Schallfeldes durch Endscheiben (Dreidimensionalität der Strömung) Zusammenfassung der Ergebnisse (Hiebtonerzeuger) Numerische Verfahren der Akustik - Computational Acoustics AkustischefiniteElemente Abstrahlung der akustischen Welle in den freien Raum - Absorbierende Randbedingungen für FEM Infinite Elemente AbsorbierendeRandbedingungen Perfectly Matched Layer (PML) Technik Nicht-KonformeGitter Prinzip Übergangsbedingungen Mathematische Kopplung der Teilgebiete
10 XVI Inhaltsverzeichnis Ortsdiskretisierung Akustische Pulse in nicht-konformen Gittern Akustische Randelemente (Acoustic Boundary Element Method(BEM)) Vergleich zwischen FEM und BEM in der Akustik Fast-MultipolBEM(FMBEM) Gekoppelte Finite-Elemente-Randelemente-Verfahren (FEM-BEM-KopplunginderAkustik) Finite-Elemente-Methode für akustische Felder in strömendenmedien Finite-Elemente-Methode für nichtlineare akustische Felder Fluid-Struktur-Kopplung SchwacheFluid-Struktur-Kopplung StarkeFluid-Struktur-Kopplung Geometrische Akustik (Ray-Tracing-Verfahren) für die hybridenumerischesimulation Mathematische Beschreibung der Geometrischen Akustik (Ray-Tracing-Gleichungen) in ruhenden und fließendenmedien Die Helmholtz-Integral-Ray-Tracing-Methode (HIRM) HelmholtzIntegral Neues Randintegral für strömende Medien (ModifiziertesHelmholtz-Integral) Ermittlung der Ray Tracing Parameter Finite-Elemente-Methode für elektroakustische Wandler Praktische Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Numerischen Akustik Computerunterstützte Entwicklung von elektrodynamischen Lautsprechern Schallschutzzaun Ultraschall-Durchflussmesser Numerische Berechnung eines Ultraschall-Durchflussmessers mitfem-hirm FEM-HIRMModell Praktische Anwendung von FEM-HIRM Ultraschallantennen für die medizinische Bildgebung LinearephasengesteuerteArray-Antenne Berechnung von Ultraschall-Ringantennen Leistungsultraschallwandler Schallabstrahlung von Maschinen-Automobilakustik Ölwanne PKW-Motor AbgasrückführsystemeinesDieselmotors GeräuschemissionvonTransformatoren...867
11 Inhaltsverzeichnis XVII 22 Numerische Verfahren der Aeroakustik Grundlagen Hybride Verfahren auf der Basis akustischer Analogien Lighthillsche Analogie Volumenintegral-Formulierungen Oberflächenintegralformulierungen Variationsformulierung der Lighthillschen Analogie Auf Störgrößen basierende Ansätze Methoden auf der Basis der linearisierten Euler-Gleichungen(LEE) Akustische Störungsrechnung Störungsgleichungen für den kompressiblen Fall Heterogene Gebietszerlegung in der Aeroakustik Numerisches Beispiel: UmströmterZylinder Strömungsinduzierter Lärm eines auf festem UntergrundmontiertenZylinders A In der Akustik benötigte Vektoroperationen B Verzeichnis der wichtigsten Formelzeichen Literaturverzeichnis Index...931
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