vorlesung lärmschutz – peu 3 u. 4 von 8 grundlagen der technischen akustik
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Vorlesung Lärmschutz – PEU 3 u. 4 von 8Grundlagen der technischen Akustik
OrganisatorischesVorlesungstermineDienstag 15.MärzDienstag 19.AprilDienstag 24.MaiDienstag 21.Juni
PraktikaJede Woche, an der keine Vorlesung stattfindet!
Terminplanung Lärmschutz-Praktikum SS 2011
FH D
Fachhochschule Düsseldorf Dipl.-Ing. Levent Keseik/Prof. Dr.-Ing. Frank Kameier
Fachbereich 4
Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Josef-Gockeln-Str. 9 Raum E5.40
40474 Düsseldorf
Phone (0211) 4351-848
Terminplanung Lärmschutz-Praktikum SS 2011 Mobil ( ((0175) 4200853
Blockveranstaltung - jeweils 3 Stunden - VL - Fax (0211) 4351-468
VL Praktikum Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 VL - im Wechsel [email protected]
http://ifs.muv.fh-duesseldorf.de
Studienrichtungen PEU 4. Semester Beginn jeweils 10:00 h
Düsseldorf, den 13.12.20101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Gruppe alle Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 alle Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 alle Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 alle Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3
Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag Dienstag n.V. n.V.
Termin 15.03.2011 29.03.2011 05.04.2011 12.04.2011 19.04.2011 03.05.2011 10.05.2011 17.05.2011 24.05.2011 31.05.2011 07.06.2011 28.06.2011 21.06.2011 05.06.2011 05.06.2011 05.06.2011
Raum S1.11 L1.5 L1.5 L1.5 S1.11 L1.5/L1.22 L1.5/L1.22 L1.5/L1.22 S1.11 L1.5 L1.5 L1.5 S1.11 L1.5 L1.5 L1.5
Versuch VorlesungDasylab
GrundlagenDasylab
GrundlagenDasylab
Grundlagen Vorlesung
Schallgeschw. u.
Nachhallzeit
Schallgeschw. u.
Nachhallzeit
Schallgeschw. u.
Nachhallzeit Vorlesung
Eigenfrequenz einer
mechanischen Struktur
Eigenfrequenz einer
mechanischen Struktur
Eigenfrequenz einer
mechanischen Struktur Vorlesung
Messung einer Schall-
leistung
Messung einer
Schall-leistung
Messung einer
Schall-leistung
L1.22/ Hallraum /
Reflexions-armer Raum
L1.22/ Hallraum /
Reflexions-armer Raum
L1.22/ Hallraum /
Reflexions-armer Raum L1.22 L1.22 L1.22
L1.22/ Hallraum /
Reflexions-armer Raum
L1.22/ Hallraum /
Reflexions-armer Raum
L1.22/ Hallraum /
Reflexions-armer Raum
Vorlesungsfreie Zeiten: 21.-26.04.2011 und 10.06.-14.06.2011
Beginn und Ende10.00 Uhr – 11.15 Uhr (Vorlesung)11.15 Uhr – 11.30 Uhr (Kontrollierte Nikotin- und Koffeinaufnahme)11.30 Uhr – 12.45 Uhr (Vorlesung)
Teil 3 und 4Einige wichtige Wiederholungen der letzten Vorlesung
Nachhall und AbsorptionSchalldämm-Maß Sound Transmission Loss
Intensität
Lärmschutz„Lärmschutz bewegt sich im Spannungsfeld umweltpolitischer, soziokultureller, technischer, psychologischer sowie gesundheitlicher und nicht zuletzt wirtschaftlicher Interessen!“LK
Gesundheit
Soziokultur
Psychologie
Wirtschaft
Technik
Umwelt
Was ist eigentlich Schall?Als Schall bezeichnet man die sich wellenartig ausbreitende räumliche und zeitliche Druckänderung eines elastischen Mediums!Wenn ein Geräusch entsteht, wird an dieser Stelle die Luft weggedrückt, so dass sie dichter zusammengedrückt wird (also ihr Druck steigt). Danach breitet sich diese Schicht von hohem Luftdruck ganz schnell aus, und zwar in alle Richtungen. Wenn nun ein längeres Geräusch gemacht wird, geschieht dieser Vorgang ganz oft hintereinander. Es breiten sich in der Luft abwechselnd Schichten von dichter und nicht so dichter Luft aus.
Das dB„Das dB oder auch Dezibel ist eine Vereinfachung...! “
Das Bel und das DezibelDie Mathematik, die dahinter steht ...
Basis2
• Der Logarithmus zur Basis 2
• LOG2
Basis10
• Der Logaritmus zur Basis 10
• LOG10
Basise
• Der „natürliche“ Logarithmus
• ln
UrsprungVon der Zahlen- über die Exponential- zur Logarithmischen Schreibweise
Zahlenschreibweise:
100 X 10.000 X 1.000 = 1.000.000.000
Exponentialschreibweise:
10² X 104 X 10³ = 109
Logarithmische Schreibweise:
2 + 4 + 3 = 9
Der dekadische Logarithmus
6000.000.1
2100
10
10
LOG
LOG
Der Logarithmus zur Basis 10
Log10 sehr oft auch nur Log oder Lg geschrieben
LOG10 10LOG
BeldezioderBelalso
LOG
33,0
3,030103,0210
000.000.110
100106
2
1416384
38
24
64,6100
2
2
2
2
LOG
LOG
LOG
LOG
Der Logarithmuszur Basis 2
Der Logarithmus zur Basis 2 Log2
163842
82
42
1002
14
3
2
64,6
LOG2 2LOG
Logarithmus naturalis lnDer Logarithmus zur Basis e LOGe
e = 2.7182818284590452353602874 . . .
46,54ln
17182,2ln
Der „natürliche“ Logarithmus
ln eln6,54...718,2
6,54
7182,2
4
4
1
e
e
Der Schalldruckpegel Beispielrechnung
00002,0
20 10
kSchalldrucLOGSPLkpegelSchalldruc
Welcher Schalldruckpegel liegt bei gegebenem Schalldruck vor?
00002,0
2020120
00002,0
1020114
00002,0
12094
10
10
10
LOGdB
LOGdB
LOGdB
00002,0
20 10
kSchalldrucLOGSPLkpegelSchalldruc
Pax
x
xLOG
xLOGdB
LOG
1
00002,000002,0
10
1000002,020
94
2000002,0
2094
2094
10
10
Welcher Schalldruck liegt bei gegebenem Schalldruckpegel vor?
Der Schalldruckpegel Beispielrechnung
Wieso brauchen wir das dB in der Akustik?„Schuld ist der Dynamikbereich des menschlichen Gehörs!“
Der Dynamikbereich
Schalldruck Schalldruckpegel[Pa] [dB]
Hörschwelle (Bezugsschalldruck) [ 0.00002 00.1 741 942 1003 1044 1065 1086 110
Schmerzschwelle [ 19 12060 130
Irreversibler Hörschaden [ 190 140
PakBezugsdruc
kBezugsdruc
kSchalldrucSPLkpegelSchalldruc
00002,0
log20
Der Mensch kann
sowohl sehr hohe (Sonnenferne) als auch sehr niedrige (Sonnennahe) Schalldrücke verwerten. Das menschliche Ohr hat also einen sehr hohen Dynamikbereich, den man mit einer logarithmischen Skala beschreiben kann!
Das dB(A)„Das dB(A) ist ein erster physiognomischer bzw. psychoakustischer Ansatz das menschliche Hörempfinden zu beschreiben!“
Die A-BewertungUm der Tatsache Rechnung zu tragen, dass das menschliche Ohr Töne mit gleichem Schalldruck in unterschiedlichen Tonhöhen unterschiedlich laut empfindet, werden so genannte Frequenzbewertungskurven verwendet.Da die Krümmung der Kurven gleicher Lautstärkewahrnehmung und damit der Frequenzgang des Gehörs vom Schalldruckpegel abhängig ist, wurden für unterschiedlich hohe Schalldruckpegel unterschiedliche Bewertungskurven definiert:
A-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei ca. 20-40 dB
B-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei ca. 50-70 dB
C-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei ca. 80-90 dB
D-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher Lautstärkepegel bei sehr hohen Schalldrücken (Verwendung bei Fluglärm)
Bewertete Pegel werden durch den entsprechenden Buchstaben der Frequenzbewertung gekennzeichnet. Z. B. wird ein A-bewerteter Schalldruckpegel LpA oder Schallleistungspegel LWA in dB(A) angegeben.
Signalanalyse
FFTDas komplexe Signal (blau) kann mit 2 Sinuswellen (rot und schwarz gepunktet) unterschiedlicher Periode und mit unterschiedlichen Amplituden beschrieben werden (Fourier). Die Transformation dieser Sinusschwingungen in den Frequenzbereich nennt man Fourier-Transformation.
FFTDie Sinuswellen mit den Periodendauern von 1 ms und 0,250 ms ergeben transformiert aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich Linien im Spektrum bei 1 kHz und bei 4 kHz.
VideoSchnarchschutz
Absorption
Was beschreibt
?a
Was bedeutet
Absorption?
Was ist der Reflektionsfaktor R?
Die Sabinesche Formel
Was bedeutet Absorption?
?
? ??
Wenn Schallwellen auf Hindernisse
treffen, durchdringen sie diese, werden
reflektiert oder absorbiert.
Das Letztere bedeutet, dass die
Schallenergie in eine andere Energieform
(im Allgemeinen Wärme) umgewandelt
wird und akustisch keine Rolle mehr
spielt. Stark absorbierende Bauteile
nennt man Absorber, das
Absorptionsvermögen wird als
Absorptionsgrad angegeben.
? ??
...
Einfallende Energie
Reflektierte Energie
AbsorbierteEnergie
Transmitierte Energie
Also, was ist eigentlich Absorption?
Die Umwandlung der einfallenden Schallenergie in z.B. Wärme wird als Absorption bezeichnet!
Was gibt der Absorptionsfaktor a an...?
?
? ??
a gibt an, wie groß der absorbierte Anteil des einfallenden Schalls ist.
a = 0 bedeutet, es findet keine Absorption statt, der gesamte einfallende Schall wird reflektiert.
a = 0,5 es wird 50% der Schallenergie absorbiert, 50% reflektiert.
a = 1 es wird der komplette einfallende Schall absorbiert, Reflektion findet nicht mehr statt.
a ist abhängig vom Oberflächenmaterial.
1
0
a = 0,5
50% absorbiert, 50% reflektiert
0,5
a = 1, komplett absorbiert
a = ist abhängig vom
Oberflächenmaterial
a = 0, keine Absorption
Die Umwandlung der einfallenden Schallenergie in z.B. Wärme wird als Absorption bezeichnet!
Was beschreibt das Absorptionsdiagramm a/f?
?
? ??
Der Absorptionsfaktor a eines Materials ist abhängig
von der Frequenz f des einfallenden Schalls. Dem
Absorptionsdiagramm kann man die Absorption bei
unterschiedlichen Frequenzen entnehmen.
Die allermeisten Materialien absorbieren hohe
Frequenzen gut, während die Absorption bei tieferen
Frequenzen nachlässt.
Wie werden Messergebnisse ermittelt?
?
Prinzipiell erfolgt die Bestimmung des
Absorptionsfaktors über die Messung der Änderung
der Nachhallzeit durch das Einbringen des
Absorbers.
Allerdings müssen dafür die Verhältnisse des
diffusen Schallfeldes vorliegen, sonst sind die
angewandten physikalischen Formeln ungültig.
Daher werden spezielle Hallräume verwendet, die
diese Bedingungen oberhalb einer unteren
Grenzfrequenz gut erfüllen!
...
Wir ermitteln hier die Nachhallzeit (RT60). Das ist die Zeit in Sekunden, die ein Schalldruckpegel benötigt, um 60 dB abzuklingen – also auf ein Tausendstel seines Ursprungswertes.
...
10000002,0
2,0
0002,020
2,080
2080:
60
PadB
PadB
dBaufdBvonBeispiel
dBumpegelsSchaldruckdesAbfall
...
Wallace Clement Sabine
1868 - 1919
A
VTFormelSabinesche 163,0:
msinKonstanteermittelteempirisch
mRaumesdessflächeAbsorptioneÄquivalentA
mRaumesdesVolumenV
sRaumesdesitNachhallzeT
163,0
2
3
Was ist die Nachhallzeit RT60?
?
Auch wenn eine Schallquelle plötzlich
abgeschaltet wird, ist für einen kurzen
Moment noch etwas zu hören.
Dieser sogenannte Nachhall entsteht
durch die Überlagerung der
Reflektionen im Raum, die jeweils
nach einer kleinen Verzögerungszeit
beim Zuhörer ankommen.
......
...
Die Nachhallzeit RT60 (Reverberation time)
ist als die Zeitspanne definiert, nach der
der Schall um 60dB abgefallen ist.
Neben dem Raumvolumen wird sie durch
die Absorption der Innenflächen bestimmt.
Daher wird aus der Änderung der
Nachhallzeit in Meßräumen der
Absorptionsfaktor eines Materials
bestimmt, ein diffuses Schallfeld ist hierfür
die Voraussetzung!
...
Ein Schallfeld ist dann diffus, wenn an
jedem Ort der Schall gleich stark aus
allen Richtungen auftrifft. Dies ist in der
Praxis nie exakt der Fall, es handelt sich
lediglich um ein theoretisches Modell.
Allerdings kann man in Räumen mit
einigermaßen langer Nachhallzeit und in
ausreichendem Abstand zu Decke,
Boden und Wänden von einem
näherungsweise diffusen Schallfeld
ausgehen.
......
Schalldruck
Zeit
Direkt Schall
Erste Reflexion
Nachhall
Äquivalente Schallabsorptionsfläche?
?
Unter der äquivalenten Schallabsorptionsfläche A
versteht man eine virtuelle Fläche mit dem
Absorptionsgrad a = 1, die die gleiche
Schallabsorption aufweist wie die
Begrenzungsflächen des Raumes und der im
Raum befindlichen Gegenstände.
...
... Die äquivalente Schallabsorptionsfläche A
ist frequenzabhängig.
a1.S1
a2.S2
a3.S3
a4.S4
a5.S5
a6.S6
n2.A2
n1.A1
jjii AnSA
Impedanz Rohr von Bruel & Kjaer?
?
Diffuses Feld
Schalleinfall von „allen“ Seiten
Impedanz Rohr
Senkrechter Schalleinfall
Probe
Probe ...
...
Der Schallabsorptionsgrad beschreibt das Verhältnis der Intensitätet der nicht reflektierten Welle und der einfallenden Welle!
Einfallende Welle
Reflektierte Welle...
a = 1 - IRI²
Hallraum-Methode Kundtsches Rohr
Bestimmung der Absorption
•Voraussetzung eines Diffusen Schallfeldes
•Große Proben
•Der Schall trifft von allen Seiten auf die Probe
•Der Schalleinfall ist „realistischer“
•Kleine Proben
•Der Schall trifft als Ebene Welle „senkrecht“ auf die Probe
•Der Schalleinfall ist „unrealistischer“
Der Reflektionsfaktor R gibt den Grad der reflektierten Energie an!
a = 1 - IRI²
Der Absorptionsfaktor a gibt an wieviel der einfallenden Energie absorbiert wird!
Das Kundtsche Impedanz Rohr ist geeignet um kleine Proben zu vermessen!
Im Hallraum herscht ein diffuses Schallfeld!
Die äquivalente Absorptionsfläche gibt an, wieviel Fläche 100 % Absorption hätte!
Die Nachhallzeit beschreibt die Abnahme des Schalls um 60 dB nach Abschalten der Quelle!
Welche Möglichkeiten der Absorptionsermittlung haben wir hier im ACC?
Die Rieter Alpha Kabine, sowie (zwei) Hallräume mit 55 m³ und (202 m³) stehen zur Ermittlung der Absorption nach der Nachhall-Methode zur Verfügung. Absorption bei senkrechtem Schalleinfall wird mit dem Impedanz Rohr von B&K ermittelt.
Als Aufnehmer stehen mehrere Freifeld-Mikrofone von Microtech Gefell und Bruel und Kjaer zur Verfügung.
Zusätzlich können auch zwei Diffusfeld-Mikrofone von Microtech-Gefell für Messungen in Hallräumen angewandt werden.
STATISTIK
Glaube keiner Statistik, die Du nicht selber gefälscht hast.
Zwei Jäger schießen auf einen Hasen, der eine links und der andere rechts vorbei! Statistisch ist der Hase tot ...
MengenleereIn einem Raum befinden 3 Personen, 5 Personen gehen aus diesem Raum heraus – Wieviele Personen müssen wieder in den Raum hinein, damit er leer ist?
Schalldämm-Maß Transmission Loss
Was ist das Schalldämm-
Maß?
Das Bergersche
Gesetz
Was bedeutet das Schalldämm-Maß R
und was ist Transmission?
?
Wenn Schallwellen auf Hindernisse
treffen, werden sie reflektiert,
absorbiert oder sie durchdringen
diese. Das Letztere bedeutet, dass die
Schallenergie durch das Hindernis
transportiert wird.
? ??
Je höher der Verlust der einfallenden
Energie ist, desto höher ist das
sogenannte Schalldämm-Maß R!
? ??
...
Einfallende Energie
Reflektierte Energie
AbsorbierteEnergie
Transmitierte Energie
Unter dem Begriff Schalldämmung versteht man einerseits die Luftschalldämmung, wobei die Anregung eines Bauteiles durch Luftschallwellen erfolgt, andererseits die Trittschalldämmung, welches die direkte Anregung des Bauteils, durch z.B. Schritte beschreibt.
Die Anregung eines Bauteiles durch Luft- oder Körperschall bewirkt in benachbarten Räumen eine Luftschallabstrahlung. Aufgabe der Akustik ist es, diese durch eine gute Schalldämmung der Bauteile so gering wie möglich zu halten.
...
...
...
Der Schalltransmissionsgrad ist
definitionsgemäß stets gleich oder kleiner
als der Schallabsorptionsgrad der
betreffenden Konstruktion. In der Praxis
treten Werte von ca. 0,000 000 01 bis 0,1
auf. Um einfacher handhabbare
Zahlenwerte zu erhalten, wird eine
logarithmische Darstellung gewählt und das
Schalldämm-Maß R zur Kennzeichnung der
Luftschalldämmung von Bauteilen als der
zehnfache Logarithmus vom Kehrwert des
Transmissionsgrades definiert.
...
Eine schalldämmende Konstruktion soll von
der, auf eine Seite auffallenden, Schalleistung
W1 nur die Übertragung, eines möglichst
kleinen Teiles, W2 auf die andere Seite
zulassen. Der absorbierte Teil Wabs wird durch
den Schallabsorptionsgrad beschrieben. Als
Maß für die Schallübertragung dient der
Schalltransmissionsgrad, bei dem der
übertragene Leistungsanteil W2 bzw. W2+W3
auf die einfallende Schalleistung W1 bezogen
wird.
...
Also, was ist eigentlich die Transmission und das
Schalldämm-Maß?
Den Teil der einfallenden Schallenergie, der durch das Hindernis transportiert wird, nennt man Transmission.
Je höher der Verlust der einfallenden Schallenergie ist, desto höher ist das sogenannte Schalldämm-Maß R!!
Was ist das Bergersche Gesetz?
?
? ??
Mit wachsender Masse von einschaligen
Bauteilen steigt auch deren Schalldämmung
an. Dieses Massengesetz wird auch als
Bergersches Gesetz bezeichnet. Das
Schalldämm-Maß einschaliger, homogener,
dichter, unendlich ausgedehnter Platten hängt
von der flächenbezogenen Masse der Wand,
von der Frequenz und vom Schalleinfallswinkel
ab. Für praxisübliche Schallfelder gilt die
Näherung:
R = 20 lg (f m’) - 47 [dB]
Darin sind
f Frequenz [Hz]
m’ flächenbezogene Masse der Platte [kg/m²]
...
...Das Massengesetz, das sowohl bei
Frequenzerhöhung um eine Oktave als auch
bei Verdopplung der flächenbezogenen Masse
des Bauteils eine Verbesserung des
Schalldämm-Maßes um 6 dB bedeutet, gilt
nur in einem eingeschränkten, meist tieferen
Frequenzgebiet (II) zwischen den
Eigenschwingungen der Bauteile
(Platteneigenfrequenzen) (I) und den
Auswirkungen der Koinzidenz oder
Spuranpassung Koinzidenzgrenzfrequenz)
(III). Beide Einflüsse führen zu einer
Verschlechterung der Schalldämmung
in einem bestimmten Frequenzbereich.
Hier ist eine Präsentation der Messung. Acoustic training (Transmission Loss) principle
Principle of Transmission Loss
SPL sending chamber
SPL receiving chamber
Dissipation of sound energy
roomreceivingreceivingsending areaabsorptionequivalent
areasampleSPLSPL log10
Transmission Loss
Transmission Loss (Energy Loss)
Influence of chamber and sample surface on Transmission Loss
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
200 315 500 800 1250 2000 3150 5000 8000Center Frequency / Hz
Tra
nsm
issi
on
Lo
ss /d
B(l
in)
TL-DP-nacked
NR-DP-nacked
TL-DP-loudspeaker
NR-DP-loudspeaker
The higher
thebetter
Influence of chamber and
sample surface
Influence of samplesurface and chamber on TL
Was eigentlich beschreibt denn nun das Bergersche Gesetz?
R = 20 lg (f m’) - 47 [dB]!
Bessere Schalldämmung bei höherer Masse!
Im Koinzidenzbereich und im Bereich der Eigenresonanz gilt das Gesetz nicht!
+ 6dB bei Erhöhung um eine Oktave und/oder bei Verdoppelung der flächenbezogenen Masse!
Wie wird das Schalldämmmaß bestimmt?
?
Hallraum – Hallraum Methode
Hallraum – Freifeldraum Methode mit Intensitätssonde
Hallraum – Freifeldraum Methode mit Mikrofon
Senderaum
Empfangsraum
Die Hallraum – Hallraum Methode
Die Hallraum – Freifeldraum Methode mit Intensitätssonde
Senderaum
Empfangsraum
Senderaum
Empfangsraum
Die Hallraum – Freifeldraum Methode mit Mikrofonen im Fahrzeug
Ich weiß, was Schalldämmung
ist!
Ich weiß, wie die Werte ermittelt werden!
Ich kenne das Bergersche
Massengesetz!
VideoSchallschutz im Wohnungsbau Teil 1
VideoSchallschutz im Wohnungsbau Teil 2
zzzzz
Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!
Von Levent Kesik