Innovative Acoustic Modules: Exploring Diffusion and Absorption for Sustainable Interior Solutions

Abstract

Denne masteroppgaven utforsker utviklingen og vurderingen av en innovativ akustisk modul med både diffuse og absorberende egenskaper, med sikte på å tilby en miljøvennlig og tilpasningsdyktig interiørløsning. Ved å kombinere teoretiske analyser, eksperimentelle undersøkelser og numeriske simuleringer ved hjelp av Transmission Line Matrix (TLM) -metoden i Julia, har oppgaven som mål å evaluere modulens akustiske egenskaper og utforske mulige anvendelsesområder. De primære målene med denne forskningen er todelt: å undersøke modulens akustiske egenskaper i sine to unike tilstander (diffuse og absorberende) og å implementere en TLM-modell i Julia for å simulere målinger utført på de fysiske modulene. Ved å utvikle en TLM-modell som kan forutsi modulens akustiske egenskaper, har studien som mål å forbedre designprosessen og optimalisere ytelsen til modulen. Gjennom grundige sammenligninger mellom eksperimentelle målinger og TLMsimuleringer, avdekker oppgaven utfordringer med å nøyaktig representere visse frekvenser ved bruk av TLM-metoden. Likevel viser modulene seg å ha svært effektive absorberende egenskaper, med gjennomsnittlige absorpsjonskoeffisienter over 0,7 i frekvensområdet 100-5000 Hz. Videre er de diffuse egenskapene også svært effektive, med gjennomsnittlige verdier over 0,6. I tillegg gjennomfører studien en rekke tester for å vurdere TLMs evne til å gjenskape akustiske egenskaper i tomme rom. Testene identifiserer mulige svakheter og foreslår metoder for å forbedre nøyaktigheten og påliteligheten til TLM-simuleringer. Denne masteroppgaven gir verdifulle innsikter i konstruksjon og vurdering av akustiske moduler, ved å kombinere avanserte simuleringsmetoder og eksperimenter. Resultatene belyser TLM-metodens utfordringer og styrker, og viser modulenes potensiale som allsidige og bærekraftige løsninger for interiørdesign med akustiske funksjoner. Imidlertid krever TLM-metoden videre undersøkelser og utvikling for å nøyaktig simulere akustiske egenskaper til et test objekt med høy presisjon.

This master thesis delves into the development and evaluation of an innovative acoustical module with both diffusive and absorptive properties, intended to offer an environmentally friendly and adaptable interior solution. Combining theoretical analyses, experimental investigations, and numerical simulations using the Transmission Line Matrix (TLM) method in Julia, the thesis aims to evaluate the acoustical characteristics of the module and explore its potential applications. The primary objectives of this research are twofold: to examine the module’s acoustical properties in its two unique states (diffusive and absorptive) and to implement a TLM model within Julia to simulate the measurements performed on the physical modules. By creating a TLM model that can pre-determine the acoustical properties of the modules, the study seeks to enhance the design process and optimize the module’s performance. Through comprehensive comparisons between experimental measurements and TLM simulations, the thesis uncovers the TLM method’s challenges in accurately representing certain frequencies. nevertheless, the modules demonstrate highly effective absorptive properties, with average absorption coefficient values between 100-5000 Hz surpassing 0.7. Additionally, the diffusive properties are found to be highly effective averaging diffusion coefficient values above 0.6. Moreover, the study conducts a case study to evaluate the TLM’s ability to faithfully portray acoustical behaviors within empty rooms. This case study identifies potential weaknesses and proposes methods to mitigate them, enhancing the accuracy and reliability of the TLM simulations. This master thesis contributes valuable insights into the construction and evaluation of acoustical modules in cooperation with Ramboll corporation, utilizing advanced simulation methods and experimentation to analyze the module’s performance. The findings shed light on the challenges and strengths of the TLM method and demonstrate the modules’ effectiveness in both diffusion and absorption, making them promising candidates for versatile and sustainable interior design solutions. However, the implemented TLM method serve not to be a viable option for pre-determining the acoustical properties on the module and need to be further examined and developed to properly simulate the acoustical properties with high accuracy.