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Forschungsprojekt zur Rückführbarkeit für die Messgröße Schallleistung gestartet

24.07.2013

Die Schallleistung ist die Hauptkenngröße zur Beschreibung der insgesamt von einer Quelle emittierten Menge an Schall. Im Gegensatz zu den akustischen Feldgrößen wie Schalldruck ist sie unabhängig von der Umgebung und vom Abstand zur Schallquelle. Die akustischen Eigenschaften technischer Produkte werden deshalb als Schallleistungen oder daraus abgeleiteten Größen ausgedrückt. Daher beziehen sich mehrere Europäische Direktiven wie die Maschinenrichtlinie und die Öko-Design-Richtlinie direkt auf die Schallleistung. Ein europäisches Projekt zur Rückführbarkeit der Messgröße Schallleistung startete im Juni 2013.

Die experimentelle Bestimmung der Schallleistung und daraus abgeleiteter Größen erfolgt derzeit durch die Messung von Feldgrößen, wie z.B. des Schalldrucks. Nur unter einschränkenden Annahmen kann daraus eine Schallleistung abgeleitet werden. Dieser Ansatz ist die Ursache dafür, dass verschiedene standardisierte Verfahren zur Schallleistungsbestimmung verschiedene Ergebnisse liefern und dass die Unsicherheiten mehrere dB betragen. Für die Messgröße Schallleistung existiert somit keine Rückführungsmöglichkeit und auch kein Unsicherheitsbudget.

Um diese Situation zu verbessern, wurde im Juni 2013 ein von der PTB koordiniertes Forschungsprojekt gestartet, das im Rahmen des EMRP (European Metrology Research Programme) finanziert wird. Ausgangspunkt ist ein Primärnormal für die Einheit Watt im Luftschall, das auf einem eingebettet schwingenden festen Körper beruht. Die von diesem Körper insgesamt abgestrahlte Schallleistung kann aus der Schwinggeschwindigkeit und einigen weiteren Größen ermittelt werden. Hervorzuheben ist insbesondere, dass keine Messungen im Luftschallfeld und auch keine einschränkenden Annahmen über die Qualität des Schallfeldes erforderlich sind. Als Ziel wird eine Unsicherheit von 0,5 dB für die primäre Darstellung der Schallleistung angestrebt. An einem ersten Prototyp einer solchen primären Schallquelle wurden bereits experimentelle und numerische Untersuchungen angestellt, wodurch die prinzipielle Machbarkeit nachgewiesen werden konnte.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung eines Systems für die Weitergabe der Einheit durch entsprechende Transfernormale. Hier wird untersucht, ob existierende aerodynamische Referenzschallquellen verwendet und ob auch tonale Transfernormale entwickelt werden können. Die Unsicherheit der von den Transfernormalen abgestrahlten Schallleistung soll ermittelt werden. Angestrebt wird, dass diese Unsicherheit nur wenig größer als die Unsicherheit des Primärnormals ist.

Durch die Anwendung der Transfernormale in der Maschinenakustik soll letztlich eine Rückführbarkeit für die Messgröße Schallleistung sichergestellt werden. Dabei sollen komplette Laboratorien, bestehend aus einem Schallfeld und der akustischen Messkette, als Gesamtsystem betrachtet und mit einem Transfernormal überprüft werden. Außerdem ist geplant, die Schallleistung realer Quellen durch Vergleich mit den Transfernormalen zu ermitteln und insbesondere die zugehörige Unsicherheit zu quantifizieren.

Literatur:

[1] Wittstock, V.; Schmelzer, M.; Bethke, C.:  Establishing traceability for the quantity sound power. Tagungsband der Internoise 2013, auf CD-ROM, Innsbruck, Österreich, September 2013

[2] Schmelzer, M.; Wittstock, V.; Bethke, C.:  Numerical computation and experimental verification of the emitted sound power of a vibrating baffled piston into a hemi-anechoic room. Tagungsband der AIA-DAGA 2013, auf CD-ROM, Meran, Italien, März 2013

Ansprechpartner:

Volker Wittstock, FB 1.7, AG 1.72, volker.wittstock@ptb.de