Numerische Simulation und Optimierung von Schallfeldern in Arbeitsräumen (SIMOSA)

Das Forschungsprojekt "Numerische Simulation und Optimierung von Schallfeldern in Arbeitsräumen" läuft vom Februar 2009 bis Ende Juli 2010. Der Europäische Sozialfonds und die Berliner Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Frauen fördert dieses Projekt, das im Rahmen des Forschungsassistenten-Programms der Beuth Hochschule durchgeführt wird. Kooperationspartner ist das Berliner Akustikbüro "Acouplan GmbH", welches aus seiner langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Immissionsprognose die für die Praxis erforderlichen Kenntnisse zur Verfügung stellt.

 

Zielsetzung

Es soll ein interaktives Programm zur Berechnung der Schallausbreitung in Innen- und vor allem Arbeitsräumen erstellt werden. Das Programm soll der Erarbeitung von Maßnahmen zur Lärmminderung, z.B. in Büroräumen, dienen. Hierunter fallen sowohl die architektonische Planung des betreffenden Raumes als auch die vorausschauende Planung der Gestaltung und Verteilung der Einrichtungsgegenstände und die Untersuchung des Effekts zusätzlicher lärmmindernder Maßnahmen wie des Aufstellens von Stellwänden oder des Anbringens von schalldämmenden Verkleidungen.

 

Stand des Projekts

Für die Programmierung wurde das mathematische Entwicklungstool MATLAB gewählt. Zunächst wurde ein Geometriemodul zur interaktiven Eingabe eines (Arbeits-)Raumes sowie darin befindlicher Einrichtungsgegenstände und Schallquellen implementiert. Die betreffenden Objektdaten können in einer Datei gespeichert und wieder eingelesen werden.

Während der Sichtung bisher vorliegender Ergebnisse im Hinblick auf raumakustische Berechnungen hatte sich herausgestellt, dass die gängigen Methoden des Ray-Tracings, welche bei einfacheren Geometrien wie etwa Hör- und Konzertsälen erfolgreich zum Einsatz kommen, zur Lösung der gestellten Aufgabe nicht geeignet sind. Dies liegt daran, dass die auf Grund der komplizierten Geometrie eines Arbeitsraums auftretenden Beugungseffekte durch diese Verfahren nicht adäquat berücksichtigt werden.

Daher wurde eine Berechnung unter Verwendung von Randelement-Methoden (BEM - Boundary Element Method) in Angriff genommen. Hierzu wurde ein Modul zur automatischen Generierung von Randelementen aus den Objektdefinitionen des zuvor programmierten Geometriemoduls erstellt. Anschließend wurde das bereits früher in der Projektgruppe "Computational Acoustics" entwickelte Programmpaket BEMLAB als Berechnungsmodul angebunden. Für analytisch behandelbare einfache Modellprobleme wurden die berechneten Ergebnisse durch Vergleich mit der exakten Lösung verifiziert.

Die BEM-Verfahren liefern beliebig genaue Approximationen des gesuchten Schallfelds, dafür sind sie allerdings für höhere Schallfrequenzen sehr rechen-intensiv, was zur Folge hatte, dass sich das gestellte Problem bis vor einigen Jahren nicht befriedigend lösen ließ. Im laufenden Projekt soll nun untersucht werden, ob die in den letzten Jahren erheblich gestiegene Leistung von PCs bzw. neuere Ergebnisse auf dem Gebiet der BEM-Verfahren zur praktisch nutzbaren Berechnung von Schallfeldern in Innenräumen genutzt werden können.

Zwei gekoppelte Räume mit dreieckigen Randelementen