Vibroakustische Metamaterialien. Metamaterialien zur Beeinflussung der Vibroakustik mittels Resonatoreffekt

Vibroakustische Metamaterialien (VAMM) stellen einen neuartigen Lösungsansatz zur Minderung akustischer und struktureller Schwingungen dar. Sie bilden Stoppbänder - Frequenzbereiche, in denen keine freie Wellenübertragung stattfindet. Dies ermöglicht die Umsetzung neuer Konzepte für die Lärm- und Schwingungsminderung, die mit konventionellen Lösungen aufgrund z. B. Leichtbauanforderungen nicht realisierbar wären. Ziel des Fraunhofer-Projekts "MetaVib" war die Umsetzung der wissenschaftlich notwendigen Arbeiten für die industrielle Nutzbarmachung von vibroakustischen Metamaterialien. Das Potential von VAMM wurde an mehreren anwendungsnahen Demonstratoren aufgezeigt. Bei einem VAMM-Schalldämpfer konnte eine Reduktion von mehr als 20 dB in breiten Frequenzbereichen erreicht und bei einer Fahrzeugtür mit VAMM konnte der abgestrahlte Schall um 10-15 dB bei vergleichbaren Masseneinsatz gemindert werden. Dafür war die Erarbeitung eines ganzheitlichen Prozesses zur effizienten Auslegung von VAMM unter Berücksichtigung wirtschaftlicher, fertigungstechnischer und anwendungsbezogener Randbedingungen notwendig. Die Bewertung und Weiterentwicklung von Herstellungsverfahren zur seriennahen Fertigung von VAMM war eine weitere Herausforderung, die im Rahmen des Projektes bearbeitet wurde.

Vibroacoustic metamaterials (VAMM) represent a novel approach to reduce acoustic and structural vibrations. They create so called stop bands - frequency ranges where no free wave propagation can occur. This enables the implementation of new concepts for noise and vibration reduction that are unachievable with conventional solutions due to, e. g., lightweight construction requirements. The goal of the Fraunhofer project "MetaVib" was to implement the scientifically necessary work for the industrial utilization of VAMM. This required the development of a holistic process for the efficient design of VAMM, considering economic, manufacturing, and application-related boundary conditions. The evaluation and further development of manufacturing processes for the near-series production of VAMM was a further challenge addressed within the project‘s scope. The potential of VAMM and the design process were validated on several application-oriented prototypes. In the case of the VAMM muffler, a reduction of more than 20 dB was achieved in broad frequency ranges, and in the case of a vehicle door with VAMM, the emitted sound could be reduced by 10-15 dB for a comparable mass input.