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Substitutionsmethode zur Schallleistungsbestimmung

28.11.2019

Für Zwecke des Umwelt-, Arbeits- und Verbraucherschutzes muss die Schallemission von technischen Geräten, Maschinen oder Anlagen kommuniziert werden, für einige im Freien verwendete Geräte existieren sogar gesetzliche Emissions-Obergrenzen. Als Kenngröße für die Schalllemission dient der Schallleistungspegel, der nach international harmonisierten Verfahren gemessen wird. Nachteilig an den heutigen Messverfahren ist, dass Schall bei Frequenzen unterhalb von ca. 100 Hz nicht berücksichtigt wird.

Um dies zu verbessern, wurden an der PTB umfangreiche theoretische Untersuchungen angestellt. Ausgangspunkt war die Idee, den Schallleistungspegel einer Quelle durch Substitution mit einer Quelle bekannten Schallleistungspegels zu ermitteln. Untersucht wurde dies im Freifeld und in der Nähe einzelner akustisch wirksamer Ebenen. Die Wirkung der Ebenen wurde dabei sowohl durch eine einfache Spiegelquelle als auch durch eine physikalisch korrektere Überlagerung vieler Kugelwellen modelliert.

Mit diesen Modellen konnte bestätigt werden, dass der von einer Quelle abgestrahlte Schallleistungspegel durch die Anwesenheit akustisch wirksamer Flächen verändert wird. Zudem konnte gezeigt werden, dass durch Anwendung der Substitutionsmethode derjenige Schallleistungspegel ermittelt werden kann, der von einer Quelle in ein freies Schallfeld abgestrahlt werden würde. Voraussetzung ist jedoch, dass beide Quellen vom selben Typ sind, also z.B. Monopole durch Monopole oder Dipole durch Dipole ersetzt werden. Es zeigte sich weiterhin, dass die Messung der Schallintensität an Stelle des Schalldrucks zu einer besseren Approximation des Freifeld-Schallleistungspegels führt.

 

 

Abb. 1: Abweichung des durch Substitution gewonnenen Schallleistungspegels vom Freifeld-Schallleistungspegel unter Verwendung von Schalldruck- (schwarz) und Schallintensitätsmessungen (grau). Die Abweichungen sind dargestellt als Funktion des Produkts aus Wellenzahl k und Abstand r.

 

Damit wurden Voraussetzungen geschaffen, das metrologische Prinzip der Rückführbarkeit auf den Schallleistungspegel anzuwenden um die tiefen Frequenzen einer Messung zugänglich zu machen, die auftretenden Unsicherheiten besser zu charakterisieren und perspektivisch auch zu verringern.

 

Literatur:

Spyros Brezas, Martin Schmelzer, Volker Wittstock: Theoretical Investigation on the Sound Power Substitution Method. Acta Acustica united with Acustica 105 (2019) 426 – 434. Opens external link in new windowDOI

 

Ansprechpartner:

Spyros Brezas, FB 1. 7, AG 1. 72, E-Mail: Opens window for sending emailspyros.brezas(at)ptb.de