Forschungsbericht des Dritten Physikalischen Instituts 1995-96

Inhalt

Wissenschaftliches Personal

Professoren: Dr. R. Blatt (bis 9/95), Dr. W. Lauterborn, Dr. R. Pottel (a.D. seit 3/95), Dr. D. Ronneberger, Dr. M.R. Schroeder (em.)

Hochschulassistent: Dr. U. Parlitz

Akad. Oberräte: Dr. D. Guicking, Dr. U. Kaatze, Dr. H.W. Strube

Akad. Rat: Dr. Th. Kurz

Nichtlineare Physik

Hauptarbeitsgebiete: Nichtlineare Dynamik, Kavitation und ultrakurze Laserpulse. In der Nichtlinearen Dynamik wurden u.a. die optimierte Steuerung chaotischer Systeme, Methoden der Zeitreihenanalyse und die Synchronisation nichtlinearer gekoppelter Systeme, einschließlich ihrer Anwendungen z.B. bei der Parameteridentifikation oder in der Kryptographie, untersucht. Experimentell wurde u.a. die chaotische Dynamik von Schwingungssystemen (schwingende Saite, thermoakustischer Oszillator) bearbeitet. Methoden zur Analyse räumlicher Strukturen wurden am Faraday-Experiment entwickelt und erprobt (Video-Bildanalyse). Die Strukturbildung bei der akustischen Kavitation wurde experimentell (holographische Kinematographie, digitale Hologrammauswertung) und theoretisch (Kontinuums- und Teilchenmodelle, Wechselwirkungen zwischen Blasen) untersucht. Experimente an optisch erzeugten Kavitäten gaben Aufschluß über die Erosionsmechanismen beim Blasenkollaps in der Nähe von Grenzflächen. Experimentelle Untersuchungen der Sonolumineszenz in Einzel- und Vielblasensystemen wurden durch theoretische Arbeiten zur Stabilität levitierter Blasen begleitet. Mit einem neuinstallierten fs-Lasersystem konnten erste Experimente zum ultrakurzen optischen Schalten realisiert werden. Die Ausbreitung optischer Solitonen in Fasern mit sättigbarer Nichtlinearität wurde numerisch behandelt. Im Berichtszeitraum entstanden 47 Veröffentlichungen und 4 Dissertationen. (Lauterborn, Parlitz, Kurz und Mitarbeiter)

Dynamik von Strömungen

Die Arbeitsgruppe widmete sich im Bereich "Strömungsakustik" vorrangig strömungsakustischen Schallverstärkungmechanismen in Kanälen mit speziellen Wandauskleidungen, aber auch der instationären Strömungsablösung als akustischer Randbedingung. Im Bereich "Dynamische Steuerbarkeit von Strömungen" wurden mehrere instabile Modellströmungen, nämlich die ablösende laminare Scherschicht, das Strahl-Kanten-System, die laminare Wandgrenzschicht und die turbulente Rohrströmung untersucht. Dabei kamen mehrfach adaptive Verfahren zum Einsatz. Im Projekt "Turbulente Kanalströmung mit longitudinal schwingender Wand" wurden neue Erkenntnisse über die zeitliche Modulierbarkeit der räumlich-zeitlichen Struktur der Turbulenz erzielt. Außerdem wurde die Detektion von Turbulenzstrukturen in zeitlichen Turbulenzsignalen mittels künstlicher Signale kritisch untersucht. Die überwiegend von der DFG geförderten Arbeiten wurden zum Teil im Graduiertenkolleg "Strömungsinstabilitäten und Turbulenz" durchgeführt. Im Berichtszeitraum entstanden 7 Veröffentlichungen und 2 Dissertationen. (Ronneberger und Mitarbeiter)

Sprache und neuronale Netzwerke

In Zusammenarbeit mit der Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie wurden Methoden zur akustischen Bewertung und Abgrenzung von Stimmlippen-Pathologien untersucht (DFG). Ferner wurden im Hinblick auf maschinelle Erkennung gesprochener Sprache Untersuchungen durchgeführt, die das Figur-Hintergrund-Problem durch Modulationsfrequenz-Verarbeitung und das Sprecheradaptationsproblem durch Abbildung akustischer Muster auf der Basis sprecherspezifischer Parameter behandelten (letzteres DFG). Im Zusammenhang mit den anderen Projekten wurden Verbesserungen eines artikulatorischen Sprachsynthesemodells und eines Glottismodells untersucht. Im Berichtszeitraum entstanden 12 Veröffentlichungen, davon 2 Berichte. (Schroeder, Strube und Mitarbeiter)

Zahlentheorie, Raum- und Psychoakustik

Anwendungen der Zahlentheorie, Raumakustik, Signalverarbeitung; Experimente und Modellbildung in der Psychoakustik. Im Berichtszeitraum entstanden 13 Veröffentlichungen und eine Festschrift-Herausgabe. (Schroeder und Mitarbeiter)

Passive und aktive Schallabsorption, Hydroakustik

Die Entwicklung von passiven Schallabsorbern für den Einsatz an Kraftfahrzeugen zur Minderung des Straßenverkehrslärms wurde abgeschlossen. Die Arbeiten an echtzeitfähigen, schnell konvergierenden Algorithmen zur aktiven Lärmminderung führten zu drei neuen Filtertypen: schnellen adaptiven IIR-Filtern, adaptiven Transformationsbereichsfiltern und optimierten adaptiven Feedback-Reglern. Begonnen wurden Arbeiten zur mehrkanaligen aktiven Schallfeldbeeinflussung. Ein zweiter Ergänzungsband zur kommentierten Bibliographie “Active Noise and Vibration Control” ist fertiggestellt worden. Aus den Untersuchungen an elektrorheologischen Flüssigkeiten (ERF) zum Einsatz in elektrisch steuerbaren Wasserschallabsorbern ist ein erstes Labormodell hervorgegangen, vor allem aber sind die akustischen Eigenschaften von ERF eingehend gemessen und mit Hilfe eines auf der Biot-Stoll-Theorie beruhenden Modells gedeutet worden. Im Berichtszeitraum entstanden 1 Buch, 22 Veröffentlichungen, 15 Berichte, 2 Patentanmeldungen und 3 Dissertationen. (Guicking und Mitarbeiter)

Molekulare Flüssigkeitsphysik

Erforschung der Molekül-Wechselwirkungen, -Anordnungen und -Bewegungen in überwiegend wässrigen Lösungen, teils mit biologischer und medizinischer Relevanz (Phospholipid-Membranen, Proteine, Gewebeproben). Die Untersuchungen erfolgten überwiegend mittels dielektrischer Spektroskopie (1 kHz - 75 GHz) und Ultraschallspektroskopie (80 kHz - 5 GHz), Lichtstreuung und Computersimulation. Drei Vorhaben wurden von der DFG gefördert, zwei von der Volkswagen-Stiftung, eine vom BMBF, zwei von der Max-Planck-Gesellschaft. Im Berichtszeitraum entstanden 16 Veröffentlichungen und 4 Dissertationen. (Pottel, Kaatze und Mitarbeiter)

Schlagworte

Akustik, Flüssigkeitsphysik, Nichtlineare Dynamik, Optik, Strömungsphysik