DE102008053757A1

DE102008053757A1 - Verfahren zur vergleichenden Messung des Begehschalls für Fußbodenbeläge und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number: DE102008053757A1
Application number: DE102008053757A
Authority: DE
Original assignee: Flooring Technologies Ltd
Current assignee: Flooring Technologies Ltd
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: DE102008053757B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vergleichenden Messung des Begehschalls beim Auftreffen eines Erregers auf einen Probenkörper aus einem Fußbodenbelag, bei dem die entstehenden Schallwellen als Lautstärke mit einem Mikrofon gemessen werden. Die gemessenen Werte werden nach Vorverstärkung, Digitalisierung und Fast-Fourier-Transformation als Frequenzspektrum erhalten. Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, die aus einem isolierten Halbraum als Messkammer 3 mit einem Volumen von circa 1 m3 in dem Mikrofon 4 fest mittig über dem Probenkörper 6 angeordnet ist, auf den ein Erreger 5 zur Schallauslösung auftrifft. Die mit dem Mikrofon 4 gemessenen Werte werden über Vorverstärker 8 der Verarbeitungseinheit 9 zugeführt und das Ergebnis wird in Form eines Frequenzspektrums erhalten. Es kann auf dem Monitor 10 abgelesen oder als Beleg ausgedruckt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vergleichenden Messung des Begehschalls für Fußbodenbeläge. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine spezielle Vorrichtung notwendig.
Fußbodenbeläge bestehen vorwiegend aus miteinander verbundenen rechteckigen Paneelen. Die Paneele bestehen aus einer Trägerplatte aus einem Holzwerkstoff oder einem Holzwerkstoff-Kunststoff-Gemisch. Die Dicke der Trägerplatte liegt in einem Bereich von etwa 2 bis 20 mm, vorzugsweise 5 bis 12 mm. Die Rohdichten der Trägerplatten betragen etwa 750 bis 950 kg/m³, vorzugsweise 840 bis 870 kg/m³. die Trägerplatten weisen an den Seitenkanten Verbindungsmittel auf, mit denen die Paneele zu einem Fußbodenbelag verbunden werden. Die Verbindungsmittel bestehen aus Verriegelungselementen, mit denen die Paneelverbindung in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verriegelt wird, so genannte Klickpaneele.
Die Trägerplatte ist meist beidseitig beschichtet. Dabei ist auf der Oberseite meist eine einen anderen Werkstoff nachstellende Dekorschicht, beispielsweise Holz oder Stein aufgebracht. Dabei kann die Dekorschicht aus einer Papierlage oder einer direkt aufgebrachten Farbschicht bestehen. Die Dekorschicht ist regelmäßig von einer Deckschicht abgedeckt, die abriebfest ausgeführt ist. Auf der Unterseite ist auf der Trägerplatte eine balance layer aufgebracht, die der Schüsselung durch die auf der Oberseite aufgebrachten Dekorschicht entgegenwirkt.
Die Fußbodenbeläge werden hauptsächlich schwimmend verlegt, wobei eine Verbindung untereinander in der Verlegeebene jedoch nicht mit der darunter befindlichen Bodenlage besteht. Bei einer Anregung des Fußbodens, beispielsweise durch Begehen werden hörbare Schallwellen erzeugt. Die Schallwellen sind zum einen als Begehschall in dem Raum hörbar in dem sich der angeregte Fußboden befindet und wird entweder als Raum- oder Begehschall bezeichnet. Andererseits sind die Schallwellen als Trittschall in angrenzenden, beispielsweise darunter liegenden Räumen hörbar.
Zur Verringerung der Schallbelastung sind zwischen der Trägerplatte und der Bodenlage schalldämmende und/oder schalldämpfende Lagen vorgesehen. Dabei kommen Holzfaserdämmplatten, Gummimatten, Gummikorkgranulatmatten, Polyethylenschaumbahnen, Polyurethanbahnen und Ähnliches zum Einsatz.
Um Vergleiche zwischen verschieden ausgestalteten Produkten anstellen zu können, ist es bekannt, den „walking-lady-Test” durchzuführen. Der „walking-lady-Test” wird gemäß der IHD-Werksnorm IHD 431, Version 4, Bestimmung der raumakustischen Eigenschaften von schwimmend verlegten Fußböden, 2004 durchgeführt.
Das Messverfahren „walking-lady-Test” ist stark mit subjektiven Einflüssen belastet. So begeht die Testperson das Laminat jedes Mal ein klein wenig unterschiedlich. Diese Tatsache wird in sofern relativiert, als dass jeweils das Referenzlaminat (7 mm Laminatmaterial mit einer Noppenschaum-Unterlage) zuerst begangen wird und erst dann die Probe. Um genauere reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, wird der Versuch 15-mal durchgeführt von denen 13 ausgewertet werden und dann davon der Mittelwert als Endergebnis festgehalten wird. Die für die Messung benötigte Probe ist sehr groß. Es wird eine Fläche von mindestens 2,40 m × 2,00 m an Fußbodenbelag verlegt. Dennoch ist die Wiederholgenauigkeit unumstritten deutlich geringer, als bei Verwendung eines Gerätes mit dem der Schall erzeugt wird.
Als weiterer Nachteil kommt bei dieser Messmethode hinzu, dass die Nachhallzeit des IHD-Raumes verhältnismäßig hoch und sehr unregelmäßig ist. Durchgeführte Messungen mit unterschiedlichen Bodenbelägen sind praktisch nur für diesen Messraum reproduzierbar. Eine Übertragung der Ergebnisse auf andere konkrete Prüfaufbauten in anderen Messräumen ist nicht möglich.
Zur Messung des Trittschalls von Decken ist es bekannt, dass der Fußboden mit einem Hammerwerk beklopft und eine objektive Messung mit analysierenden Aufzeichnungsgeräten durchgeführt wird. Diese Vorrichtung kann aber nicht für die Messung des Begehschalles eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur vergleichenden Messung des Begehschalles von Fußbodenbelägen zu schaffen, dessen Messergebnisse eine objektive Bewertung der unterschiedlichsten Proben möglich machen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer Messkammer die durch Aufschlagen eines Erregers auf den Probenkörper entstehenden Schallwellen als Lautstärke mit einem Mikrophon gemessen werden und die gemessenen Werte nach Vorverstärkung, Digitalisierung und Fast-Fourier-Transformation als Frequenz-Spektrum erhalten werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung eingesetzt, die aus einer Messkammer mit einer darin angeordneten Messanordnung und einer außerhalb der Messkammer vorgesehenen Auswerteanordnung besteht.
Die Messkammer besteht aus einer Einhausung aus festen Materialien, wie OSB-Platten. Andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften sind selbstverständlich einsetzbar. Im Inneren der Einhausung ist eine Schalldämmlage angeordnet, die aus Holzfaserdämmstoffen mit einer nach innen gerichteten keilförmig gestalteten Oberfläche ausgestaltet ist. Der Holzfaserdämmstoff weist eine Rohdichte von etwa 50 kg/m³ und eine Dicke von etwa 30 cm auf. Davon abweichende Materialien mit vergleichbaren Eigenschaften sind ebenso verwendbar.
Die Messkammer wird auf einer festen Unterlage zum Beispiel einem Betonboden angeordnet. Anstelle eines Betonbodens können andere Unterlagen mit vergleichbaren Eigenschaften verwendet werden, insbesondere wenn diese eine hohe Schallkennimpedanz aufweisen. Das Innere der Messkammer stellt einen sogenannten akustischen Halbraum dar, der eine Abstrahlung von Schallwellen im Bereich von etwa 180 Grad ermöglicht. Das Volumen der Messkammer beträgt etwa 1 m³. Auf einer Seite, vorzugsweise einer Schmalseite der Messkammer, ist eine Tür mit Handgriffen vorgesehen, um die Probekörper einbringen zu können. In der Mitte der Messkammer sind auf dem Boden Befestigungselemente beispielsweise Druckzylinder, für die Fixierung der Probenkörper vorgesehen. Als Probenkörper können nicht nur die reinen Fußbodenplatten sondern auch Systeme von Fußbodenbelagsaufbauten für die Messung eingesetzt werden.
Außerdem ist im Inneren der Messkammer die Messanordnung vorgesehen. Die Messanordnung besteht aus einem Erreger für die zu messenden Schallwellen und einem Mikrofon zur Messung der erzeugten Schallwellen.
Der Erreger ist vorzugsweise ein Hammerkopf nach DIN 5128 B mit 90 mm Durchmesser, 70 Shore A Härte und 1225 g schwer, wobei der Erreger mit einer Kante auf dem Probenkörper auftreffen muss.
Die Position des Mikrofons ist in der Messkammer fix. Der Abstand des Mikrofons zu der Auftragsposition des Erregers ist immer gleich. Dadurch ist sichergestellt, dass die Wegstrecke des Schalls gleichlang ist, denn eine Änderung der Entfernung hätte eine Änderung des Schalldrucks zur Folge, beispielsweise halbiert sich der Schalldruck mit der Verdopplung der Entfernung.
Vor dem Einsatz der Mikrofone ist die Kalibrierung notwendig. Die Kalibrierung erfolgt mit Hilfe eines Pistophons.
Das Pistophon erzeugt mechanisch eine Schallwelle, die zur Kalibrierung der Messkette genutzt wird. Hierbei werden bei 1000 Hz 94 dB erzeugt und durch die gesamte Messkette, das sind Mikrofon, Leitung, Vorverstärker, A-D-Wandler, Auswerteeinheit und deren Skalierung durchgeschliffen. Da danach der gesamte Messaufbau unverändert bleibt, ist er damit kalibriert. Die Messwertpaare in der Auswerteeinheit sind damit reproduzierbar bezogen auf den Schalldruck in der Messkammer.
Die Auswerteanordnung besteht aus einer Signalleitung vom Mikrofon zum Analogvorverstärker und von diesen zu einer datenverarbeitenden Maschine, die über wenigstens einen Analog-Digitalwandler, einen Prozessor, einen Datenspeicher und ein Softwareprogramm verfügt. Mit dem Softwareprogramm wird eine Fast-Fourier-Transformation der gemessenen Daten zu einem Frequenz-Spektrum vorgenommen.
Das Messergebnis kann auf einem Monitor abgelesen oder als Beleg einem Drucker entnommen werden.
Vor der eigentlichen Messung des Begehschalls in Form eines Frequenzspektrums beim erfindungsgemäßen Verfahren ist einmalig ein Messkammertauglichkeitsnachweis durchzuführen. Dabei wird die Nachhallzeit mittels eines Dodekaeders als eine Punktschallquelle bestimmt. Dabei werden für die Messkammer die gegebenen Grenzfrequenzen über die Bestimmung der frequenzabhängigen Nachhallzeit ermittelt. Bei der erfindungsgemäß eingesetzten Vorrichtung ergab sich als untere Grenzfrequenz 120 Hz. Wegen der psychoakustisch sinnvollen Begrenzung wurde als obere Grenzfrequenz 12 kHz festgelegt. Ermittelte Frequenzen die unterhalb der unteren Grenzfrequenz und oberhalb der oberen Grenzfrequenz liegen werden ausgeblendet und gehen nicht in die Messauswertung ein.
Unter Berücksichtigung der Messwerte der Kalibrierung, der diskret digitalisierten vorverstärkten Zeitsignale und Übertragung der Werte mit der Fast-Fourier-Transformation erhält man ein Diagramm des Kurvenverlaufs der Frequenzen in dB zu bestimmten Zeiten nach Auftreffen eines Erregers auf den Probekörper.
Für die Messung eines Probenkörpers wird nach Eichung der Vorrichtung nach Öffnen der Messkammer der Probenkörper auf dem Betonboden in der Messkammer fest angeordnet. Der Erreger wird in seine Ausgangstellung verbracht und die Tür der Messkammer verschlossen.
Nach Auslösen des Erregers wird der beim Auftreffen des Erregers auf den Probekörper entstehende Schall durch das in der Messkammer angeordnete Mikrofon gemessen. Die erhaltenen Messdaten werden vorverstärkt, digitalisiert und mit der Fast-Fourier-Transformation umgewandelt und sind als Frequenzspektrum auf dem Monitor ablesbar oder es wird als Beleg ausgedruckt.
Die Messung für einen Probekörper muss nicht wiederholt werden, weil statistische Fehler so gut wie ausgeschlossen werden können. Die Wiederholgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit sind sehr hoch.
Unter Wiederholgenauigkeit ist hier zu verstehen, dass bei unverändertem Messaufbau zeitnah erfolgende Messungen nahezu gleiche Ergebnisse liefern. Unter Reproduzierbarkeit ist hier zu verstehen, dass sich bei unverändertem Messaufbau auch bei Messungen mit größerem Zeitabstand nahezu gleiche Ergebnisse einstellen.
Am Beginn einer Messreihe wird das Frequenzspektrum eines Referenzbodens gemessen, dessen Verlauf vorher aber schon bekannt war. Nach Messung von Probekörpern aus unterschiedlichsten Materialien und/oder unterschiedlichsten Aufbauten der Probenkörper erhält man eine Anzahl von Frequenzspektren für die vergleichende Bewertung des Begehschalls. Die Frequenzspektren der Probenkörper zeigen zum einen auf, welche Frequenzen besonders laut sind und zum anderen, ob das Gesamtniveau der Lautstärke eher hoch oder eher niedrig ist, sowie weitere Kriterien. Der Hersteller von Fußbodenbelägen erhält damit eine Möglichkeit Wünsche des Verbrauchers hinsichtlich des Begehschalls des Endproduktes zu berücksichtigen. Durch Veränderung des Materials und/oder Aufbaus der Fußbodenbeläge kann die Lautstärke und Frequenz des Begehschalls gezielt beeinflusst und verändert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist für die Ermittlung des Begehschalls für einen speziellen Fußboden beziehungsweise -aufbau nur eine Messung notwendig. Damit ist eine große Zeitersparnis gegeben. Ein weiterer Vorteil ist durch die Größe des notwendigen Probekörpers gegeben. Abmessungen von DIN A4-Größe sind ausreichend. Die Vielzahl der erhaltenen Frequenzspektren von unterschiedlichen Probenkörpern kann als Hardware in eine Messanordnung eingegeben werden und steht für Vergleiche der Frequenzspektren weiterer Probenkörper zur Verfügung.
Ein anderer Vorteil ergibt sich durch die Größe der Messkammer der Vorrichtung.
Die Erfindung soll nachfolgen anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden.
Es zeigen:
1: einen senkrechten Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
2: einen horizontalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
3: ein Diagramm der festgelegten Zeiten für die Messung der Schallwellen
4: ein Diagramm für die Kalibrierung des Mikrofons
5: ein Diagramm für das Messergebnis eines Probekörpers.
Die 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Einhausung 1 und der an allen Flächen außer der Bodenfläche 11, hier ein Betonboden, angeordneten Dämmung 2. Die Dämmung 2 ist auf ihre inneren Oberfläche keilförmig ausgestaltet, damit eine gute Absorption der auftretenden Schallwellen gegeben ist und eine Reflexion weitgehend vermieden wird.
Für die Messung entsteht eine Messkammer 3 als akustischer Halbraum mit einer Größe von circa 1 m³. In der Mitte der Messkammer 3 ist das Mikrofon 4 für die Aufnahme der beim Auftreffen des Erregers 5 auf den Probenkörper 6 entstehenden Schallwellen fest angeordnet. Das Auslösen des Erregers 5, hier eine Hammerkopf nach DIN 5128 B, auf den Probekörper 6 erfolgt von außen.
Die gemessenen Werte werden vom Mikrofon 4 über Leitungen 7 dem Vorverstärker 8 und von dort der Verarbeitungseineinheit 9 für die ermittelten Daten zugeführt. Das erstellte Diagramm ist auf der Ausgabeeinheit 10 abzulesen oder als Beleg zu entnehmen.
Aus 2 ist zu erkennen, dass der Messraum 3 durch eine Tür 12 mit Handgriffen 13 zum Einbringen der Probekörper 6 versehen ist. Der Probekörper 6 wird auf der Bodenfläche 11 durch nicht gezeigte Befestigungselemente z. B. Hubzylinder fest fixiert.
In den 3 bis 5 werden Diagramme gezeigt. 4 zeigt den gemessenen Geräuschpegel für das verwendete Mikrofon in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Kalibrierung mittels Pistophon. Er lag bei 1000 Hz bei 94 dB.
5 zeigt ein erhaltenes Messdiagramm des Begehschalls einer Probe. Im mit 14 bezeichneten Punkt ist die Frequenz der größten Lautstärke im Kurvenverlauf der zu festgelegten Zeiten nach Auslösen der Schallwellen gemessenen Werte festgehalten.

1: Einhausung
2: Dämmung
3: Messkammer
4: Mikrofon
5: Erreger
6: Probenkörper
7: Leitungen
8: Vorverstärker
9: Verarbeitungseinheit
10: Ausgabeeinheit
11: Bodenfläche
12: Tür
13: Handgriff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 5128 B [0016]
- DIN 5128 B [0039]

Claims

Verfahren zur vergleichenden Messung des Begehschalls für Fußbodenbeläge, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Aufschlagen eines Erregers auf einen Probenkörper entstehenden Schallwellen als Lautstärke mit einem Mikrofon gemessen und die gemessenen Werte nach Vorverstärkung, Digitalisierung und Fast-Fourier-Transformation als Frequenzspektrum erhalten werden und die erhaltenen Frequenzspektren unterschiedlicher Probenkörper mit bekannten Frequenzspektren eines Referenzbodens verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, dass für die Auswertung die erhaltenen Messwerte im Bereich von 120 Hz bis 12 kHz berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Messung des Begehschalls von Probenkörpern eine Kalibrierung der gesamten Messkette unter Verwendung eines Pistophons erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Erreger ein Hammerkopf verwendet wird, der mit einer Kante auf den Probenkörper aufschlägt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Messkammer (3) mit einer darin angeordneten Messanordnung (4) und einer außerhalb der Messkammer (3) vorgesehenen Auswerteanordnung (8, 9, 10) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (3) aus einer unten offenen Einhausung (1) aus festen Materialien mit einer Innendämmung (2) mit einem Volumen von circa 1 m³ besteht, auf einem festen Boden (11), vorzugsweise auf Böden mit hoher Schallkennimpedanz, z. B. einem Betonboden, aufgestellt ist, eine Seite, vorzugsweise eine kleine Seite, als Tür (12) mit Handgriffen (13) ausgestaltet ist und in der Messkammer (3) ein Mikrofon (4) und ein Erreger (5) für den Schall sowie eine nicht näher dargestellte Befestigungseinrichtung für den Probenkörper (6) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämmung (2) eine Dicke von etwa 30 cm besitzt und auf ihrer in den Messraum (3) zeigenden Seite keilförmig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (5) für den Schall auswechselbar in der Messkammer (3) so angeordnet ist, dass er nach Auslösung von außen mit einer Kante auf den Prüfkörper (6) auftrifft.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Erreger (5) mit unterschiedlichen Gewichten einsetzbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (5) aus Metall, Gummi, Kunststoff u. ä. besteht.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger (5) für den Schall ein Hammerkopf nach DIN 5128 B mit 90 mm Durchmesser, 70 Shore A Härte und einem Gewicht von 1225 g ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon (4) in der Messkammer (3) mittig über dem Probenkörper fest angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit aus Vorverstärker (8), Verarbeitungseinheit (9) und Ausgabeeinheit (10) besteht.