Ingenieurakustik

In einem unendlich ausgedehnten gasförmigem Medium, z.B. Luft, mit dem Druck p₀, der Dichte ρ ₀ und der Temperatur T₀ im Ruhezustand pflanzt sich eine örtlich begrenzte, zeitlich veränderliche Störung des Gleichgewichtes in freien Wellen fort, Da Gase nur sehr kleine Schubkräfte übertragen können und auch keine freien Oberflächen besitzen, erfolgt diese Fortpflanzung nur in Form von Längswellen. Dabei schwingen örtlich die Gasteilchen in der Fortpflanzungsrichtung hin und her, wobei gegenüber dem Ruhedruck p₀ kleine Druckschwankungen auftreten. Diese Druckschwankungen werden vom menschlichen Ohr empfangen und als Schall wahrgenommen. In Anlehnung an das menschliche Hörvermögen wird in der Technik der akustische Frequenzbereich von 16 Hz bis 20 kHz festgelegt.

Wie bereits festgestellt, entsteht Schall als Folge von beschleunigten, oszillatorischen Bewegungsabläufen in Verbindung mit Luft, sofern die hierbei angeregten Frequenzen im Hörbereich liegen.

Den Geräuschen, wie sie vor allem in der Technik in mannigfacher Weise und in immer stärkerem Maße abgestrahlt werden, kommt eine besondere Bedeutung zu. Immer häufiger werden sie beanstandet, weil sie zu laut sind und sehr lästig wirken. Solche Geräusche müssen dann gezielt bekämpft werden. Ein erster Schritt in diese Richtung wird getan, wenn ihre Entstehungsmechanismen erkannt und analysiert werden können.

Beim Hören wird das menschliche Ohr mit den physikalischen Größen des Luftschallfeldes beaufschlagt, wodurch der Hörvogang eingeleitet wird. Zu einem Höreindruck kommt es jedoch nur, wenn die Frequenz und der Effektivwert des Luftschallwechseldrucks innerhalb bestimmter Grenzen liegen.

Aus der Notwendigkeit, die Lautstärke von Schallereignissen an verschiedenen Orten zu verschiedenen Zeiten vergleichen zu müssen, wurden objektive Meßverfahren entwickelt. An solche Meßverfahren muß die Forderung gestellt werden, daß sie einfach sind und zu Ergebnissen führen, die reproduzierbar sind und sich in einem einzigen Zahlenwert ausdrücken lassen. Optimal wäre ein solches Einwert-Meßverfahren, wenn sein Ergebnis der subjektiven Lautstärkewahrnehmung voll entsprechen würde. Aus Gründen der einfachen Handhabung ist man aber auf weniger komplizierte Meßverfahren angewiesen.

In der Umgebung einer Schallquelle baut sich ein Schallfeld mit einer bestimmten Schalldruckbzw. Schalldruckpegel-Verteilung auf. Hierauf hat einmal die Schallquelle selbst Einfluß, vor allem die Größe ihrer Schalleistung und deren spektrale Verteilung, die geometrische Form der Schallquelle und eine gegebenenfalls vorhandene Richtcharakteristik. Zum anderen spielt die akustische Eigenschaft der Umgebung eine wesentliche Rolle. Dabei muß man grundsätzlich unterscheiden, ob die Schallausbreitung im Freien oder in einem geschlossenen Raum vor sich geht. In diesem Kapitel wird die Schallausbreitung im Freien behandelt. Typische Beispiele für diese Schallausbreitung sind vor allem Verkehrslärm einschließlich Fluglärm, Emissionslärm von Industrie- und Gewerbeanlagen, Baustellenlärm und Freizeitlärm (Sportstätten, Nachbarschaft).

Im Gegensatz zur Schallausbreitung im Freien kommt es bei der Schallausbreitung in geschlossenen Räumen zu Reflexionserscheinungen an den Raumbegrenzungen. Auf diese Weise verstärkt sich das Schallfeld in geschlossenen Räumen und kann daher insbesondere am Arbeitsplatz besonders lästig werden. Ein Geräusch, das in einem geschlossenen Raum von einer Schallquelle ausgehend beim Empfänger eintrifft, besitzt zwei Anteile der Ausbreitung, nämlich den Direktschall wie bei Freifeldbedingungen und den vielfach reflektierten Schall. In der Nähe der Schallquelle überwiegt der Einfluß des Direktschalls, etwas weiter entfernt der Einfluß des reflektierten Schalls. Die Verhältnisse sind in Bild 7.1 dargestellt [1].

Die von einer Schallquelle abgestrahlte Schalleistung P_Q und der zugehörige Schallleistungspegel L_W = 10 lg P_Q/P₀, bezogen auf 10^-12 W, standen bisher häufiger im Mittelpunkt der Betrachtung. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Schalleistung, d.h. die pro Zeit von einer Schallquelle in jeden Raumwinkel ihrer Umgebung abgestrahlte Schallenergie, eine akustisch invariante Kenngröße der Schallquelle darstellt, da sie unabhängig von Rückwirkungen des abgestrahlten Schallfeldes ist. Daher stellen die Schalleistung oder der Schalleistungspegel L_W die kennzeichnende Größe in der Beurteilung der Schallemission einer Geräuschquelle dar. Diese Feststellung ist vor allem auch auf Maschinen zu übertragen, die unter definierten Betriebs- und Aufstellungsbedingungen Geräusche in ihre Umgebung abstrahlen. Dabei ist es noch erforderlich, den Schalleistungspegel dem Frequenzgang des menschlichen Ohres (am Immissionsort) anzupassen, indem der Linearpegel einer A-Bewertung unterzogen wird. Das Ergebnis ist der A-bewertete, oder kurz, der A-Schalleistungspegel \(\textup{L}_{\textup{W}_\textup{A}}=10 \textup{lg}\textup{P}_{\textup{Q}_\textup{A}}/\textup{P}_0\) in dB(A). Bei der Beurteilung der Geräuschemission von Maschinen stellt er die spezifische, maschineneigene Kenngröße dar, vergleichbar mit der mechanischen Leistungsabgabe der Maschine.

In Rohrleitungssystemen werden Gase (Luft, Erdgas), Dämpfe (Wasserdampf), Flüssigkeiten (Wasser) transportiert. Die Rohrsysteme bestehen aus der Leitung selbst mit geraden und gekrümmten Teilabschnitten sowie aus Übergangs-, Verzweigungs- und Umlenkungsstücken. Außerdem können die Rohrsysteme Armaturen und Stellglieder beinhalten, wie Absperr- und Entspannungsorgane, Meß- und Regelungsgeräte, die auch in die Rohrleitung eingebaut sein können [1].