Vorlesung Lärmschutz – PEU 3 u. 4 von 8 Grundlagen der technischen Akustik

Organisatorisches Dienstag 1.April Vorlesungstermine Dienstag 1.April Praktika Jede Woche, an der keine Vorlesung stattfindet!

Beginn und Ende 16.00 Uhr – 17.15 Uhr (Vorlesung) 17.15 Uhr – 17.25 Uhr (Kontrollierte Nikotin- und Koffeinaufnahme) 17.25 Uhr – 18.20 Uhr (Vorlesung)

Teil 3 und 4 Einige wichtige Wiederholungen der letzten Vorlesung Nachhall und Absorption Schalldämm-Maß Sound Transmission Loss Intensität

Lärmschutz Gesundheit Soziokultur Psychologie Wirtschaft Technik Umwelt „Lärmschutz bewegt sich im Spannungsfeld umweltpolitischer, soziokultureller, technischer, psychologischer sowie gesundheitlicher und nicht zuletzt wirtschaftlicher Interessen!“ LK

Was ist eigentlich Schall? Als Schall bezeichnet man die sich wellenartig ausbreitende räumliche und zeitliche Druckänderung eines elastischen Mediums! Diese Druckänderung überlagert den atmosphärischen Druck!

Das dB „Das dB oder auch Dezibel ist eine Vereinfachung...! “

Das Bel und das Dezibel Die Mathematik, die dahinter steht ... Basis 2 Der Logarithmus zur Basis 2 LOG2 10 Der Logaritmus zur Basis 10 LOG10 e Der „natürliche“ Logarithmus ln

Logarithmische Schreibweise: Ursprung 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 Von der Zahlen- über die Exponential- zur Logarithmischen Schreibweise

Der dekadische Logarithmus Der Logarithmus zur Basis 10 Log10 sehr oft auch nur Log oder Lg geschrieben LOG10 10LOG

Der Logarithmus zur Basis 2 Der Logarithmus zur Basis 2 Log2 LOG2 2LOG

Der „natürliche“ Logarithmus Logarithmus naturalis ln Der Logarithmus zur Basis e LOGe e = 2.7182818284590452353602874 . . . ln eln

Der Schalldruckpegel Beispielrechnung Welcher Schalldruckpegel liegt bei gegebenem Schalldruck vor?

Der Schalldruckpegel Beispielrechnung Welcher Schalldruck liegt bei gegebenem Schalldruckpegel vor?

Wieso brauchen wir das dB in der Akustik? „Schuld ist der Dynamikbereich des menschlichen Gehörs!“

Der Dynamikbereich 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-Bewertung Um 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

FFT Das 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.

FFT Die 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.

Absorption

Was bedeutet 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. ?

... Transmitierte Energie AbsorbierteEnergie Reflektierte Energie Einfallende Energie

Also, was ist eigentlich Absorption?

Die Umwandlung der einfallenden Schallenergie in z. B Die Umwandlung der einfallenden Schallenergie in z.B. Wärme wird als Absorption bezeichnet!

Absorptionsfaktor a an...? Was gibt der Absorptionsfaktor a an...? ?

gibt an, wie groß der absorbierte Anteil des einfallenden Schalls ist. = 0 bedeutet, es findet keine Absorption statt, der gesamte einfallende Schall wird reflektiert. = 0,5 es wird 50% der Schallenergie absorbiert, 50% reflektiert. = 1 es wird der komplette einfallende Schall absorbiert, Reflektion findet nicht mehr statt. ist abhängig vom Oberflächenmaterial. ?

50% absorbiert, 50% reflektiert 0,5 1 a = 0,5 50% absorbiert, 50% reflektiert a = 1, komplett absorbiert a = ist abhängig vom Oberflächenmaterial = 0, keine Absorption

Die Umwandlung der einfallenden Schallenergie in z. B Die Umwandlung der einfallenden Schallenergie in z.B. Wärme wird als Absorption bezeichnet!

Absorptionsdiagramm a/f? 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. ...

... Wallace Clement Sabine 1868 - 1919

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.

a3.S3  a4.S4 a1.S1 n1.A1 a6.S6 n2.A2 a5.S5  a2.S2

Impedanz Rohr von Bruel & Kjaer?

... ... Impedanz Rohr Diffuses Feld Senkrechter Schalleinfall Probe Diffuses Feld Senkrechter Schalleinfall ... Probe Schalleinfall von „allen“ Seiten

Der Schallabsorptionsgrad beschreibt das Verhältnis der Intensität der nicht reflektierten Welle zur einfallenden Welle!

Einfallende Welle a = 1 - IRI² Reflektierte Welle ...

Bestimmung der Absorption Hallraum-Methode Kundtsches Rohr 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.

Mengenleere STATISTIK In einem Raum befinden 3 Personen, 5 Personen gehen aus diesem Raum heraus – Wieviele Personen müssen wieder in den Raum hinein, damit er leer ist? 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 ...

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!

... Transmitierte Energie AbsorbierteEnergie Reflektierte Energie Einfallende Energie

... 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. 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. ...

...

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. ...

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. ...

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

Das Experiment!

Principle of Transmission Loss

Transmission Loss (Energy Loss) Dissipation of sound energy SPL sending chamber SPL receiving chamber Transmission Loss

Influence of samplesurface and chamber on TL

Was eigentlich beschreibt denn nun das Bergersche Gesetz?

Bessere Schalldämmung bei höherer Masse! R = 20 lg (f m’) - 47 [dB]! + 6dB bei Erhöhung um eine Oktave und/oder bei Verdoppelung der flächenbezogenen Masse! Im Koinzidenzbereich und im Bereich der Eigenresonanz gilt das Gesetz nicht!

Schalldämmmaß bestimmt? Wie wird das Schalldämmmaß bestimmt? ?



Hallraum – Hallraum Methode Hallraum – Freifeldraum Methode mit Intensitätssonde Hallraum – Freifeldraum Methode mit Mikrofon

 Die Hallraum – Hallraum Methode Senderaum Empfangsraum

 Empfangsraum Senderaum Die Hallraum – Freifeldraum Methode mit Intensitätssonde Empfangsraum Senderaum

 Senderaum Empfangsraum Die Hallraum – Freifeldraum Methode mit Mikrofonen im Fahrzeug Senderaum Empfangsraum

Ich weiß, was Schalldämmung ist! Ich kenne das Bergersche Massengesetz! Ich weiß, was Schalldämmung ist! Ich weiß, wie die Werte ermittelt werden!

Video Schallschutz im Wohnungsbau Teil 1 Video Schallschutz im Wohnungsbau Teil 2

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!  Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!  zzz zz  Von Levent Kesik