Visualisierung der kontinuierlichen Ausbreitung des Schalls im Raum.
Fraunhofer LBF
Die akustische Abstrahlung von Strukturen lässt sich durch die Schallintensität beschreiben. Forscher entwickelten nun ein kostengünstiges System zur automatisierten Messung der Schallintensität.
Die von Maschinen abgestrahlte Schallenergie kann durch die Schallintensität bestimmt werden. Sie wird durch das Verhältnis der gemessenen Schallschnelle zum Schalldruck berechnet, wie etwa von den Springer-Autoren Gh. Reza Sinambari und Stefan Sentpali in „Ingenieurakustik“ ab Seite 164 beschrieben. Kommerzielle Schallintensitätssonden bestehen aus hochpräzisen Mikrofonen bzw. Hitzedrahtanemometern. Diese hochpräzisen Messsysteme, insbesondere für dreidimensionale Messungen, sind in der Anschaffung sehr teuer. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt suchten deshalb die Schallintensität im dreidimensionalen Raum mit Low-Cost Sonden auf Basis von Elektret Mikrofonen zu bestimmen und konnten erfolgreich eine 3D-Schallintensitätssonde entwickeln, mit der die Schallintensität bis zu einer Frequenz von rund zehn Kilohertz eine vergleichbare Messgenauigkeit zu kommerziellen Sensoren aufweist.
Weitere Artikel zum Thema |
Da es sich bei der Schallintensität um eine vektorielle Größe handelt, kann sie neben der Bestimmung der abgestrahlten Schallleistung ebenfalls verwendet werden, um die Richtcharakteristik abstrahlender Strukturen zu erfassen. Hierzu wird auf einem dreidimensionalen Feld die Schallintensität um die Quelle herum gemessen. Um eine hinreichende Messgenauigkeit zu gewährleisten, ist eine hohe Anzahl an Messpunkten erforderlich. Handgeführte Schallintensitätssonden stellen den Benutzer vor die Herausforderung, diese vielen Messpunkte sehr genau setzen zu müssen. Die Darmstädter Spezialisten für Schwingungstechnik haben ein Portalsystem entworfen, mit dem die Positionierung der Schallintensitätssonde automatisiert durchgeführt wird. Dieses System basiert ebenfalls, wie die Schallintensitätssonde auf Low-Cost Komponenten, wodurch die Kosten des Gesamtsystems nach Angaben des Instituts, je nach Vergleichssystem, um einen Faktor von bis 200 reduziert werden können.
Optimierung der Struktur wird möglich
Durch die Automatisierung der Schallintensitätsmessungen wird die Abtastung eines dreidimensionalen Volumens mit einer hohen Punktdichte möglich. Aus diesen Messungen lässt sich die kontinuierliche Ausbreitung des Schalls im Raum visualisieren. Beispielhaft ist in der nebenstehenden Abbildung das Ergebnis einer Schallleistungsfluss Messung eines Multimasters der Firma Fein abgebildet. Hier sind die Ausbreitungspfade der Schallenergie zu erkennen. Die Farbskala definiert die Amplitude der Schallintensität. Hiervon ausgehend ist nun eine Optimierung der Struktur möglich, wobei ein Augenmerk auf die Beeinflussung der abgestrahlten Schallleistungsflüsse gelegt werden kann, so die LBF-Wissenschaftler. Darüber hinaus sei die automatisierte Messung der abgestrahlten Schallleistung von Maschinen und Strukturen möglich.