DE10202852B4

DE10202852B4 - Verfahren zur Prüfung und/oder Einstellung der Übertragung von Körperschall in einen oder aus einem Probekörper und Körperschall-Bauelement

Info

Publication number: DE10202852B4
Application number: DE2002102852
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Scholl Werner
Original assignee: BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND VERTR D D BUNDESMINISTERIUM fur WIRTSCHAFT und TECHNOLOGIE DIESES VERTR D D PRAESIDENTEN DER PHYSIKALISCH-TECHNISCHEN BUNDESANSTALT; Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland Vertr D D Bundesmin
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: DE10202852A1

Abstract

Verfahren zur Prüfung der Übertragung von Körperschall in einen oder aus einem Probekörper (4), dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein elektromechanischer Wandler (3) einer Körperschallquelle (1) mit dem Probekörper in Kontakt gebracht wird, (b) eine einem realen Geräuscherzeuger entsprechende Körperschallimpedanz des elektromechanischen Wandlers (3) durch Einstellung eines mit dem elektromechanischen Wandler (3) verbundenen elektrischen Netzwerks (2) eingestellt wird, (c) ein von dem realen Geräuscherzeuger ausgelöstes, Körperschall erzeugendes Ereignis mit der Körperschallquelle (1) simuliert wird und (d) der über den Probekörper (4) übertragene Körperschall gemessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Übertragung von Körperschall in einen oder aus einem Probekörper.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Körperschall-Abschlusswiderstand.
Probekörper der hier in Frage stehenden Art sind vornehmlich Baukörper bzw. Bauelemente von Gebäuden sowie Maschinenelemente, können aber auch anderer Art sein, beispielsweise Flüssigkeitsvolumina enthalten.
Es besteht das Bedürfnis, die Schallweiterleitung bzw. Schalldämmung derartiger Baukörper oder Bauelemente zuverlässig bestimmen zu können, um nicht erst beispielsweise in dem fertigen Wohngebäude festzustellen, dass eine unzumutbare Schallbelästigung durch über die Wohnungsdecke übertragenen Trittschall oder andere Schallereignisse besteht oder eine unzumutbare Lärmbelästigung einer bereits installierten Maschine zu bemerken.
Zur Nachbildung der durch Trittschall entstehenden Betriebsbedingungen existiert ein in der ISO 140-6 beschriebenes und genormtes Trittschall-Hammerwerk, das aus fünf Hämmern besteht, die in einer vorgegebenen Folge mit einem vorgegebenen Gewicht und einer vorgegebenen Geschwindigkeit auf den Probekörper aufschlagen, um Trittschall zu simulieren. In vergleichenden Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die Funktion des Trittschall-Hammerwerks von dem Aufbau des Probekörpers, beispielsweise einer Gebäudedecke stark abhängt und für bestimmte Aufbauten nicht nur quantitativ, sondern auch in der Tendenz zu falschen Ergebnissen führt, sodass vermeintliche Verbesserungen bei diesen Aufbauten tatsächlich Verschlechterungen sind. Es sind daher modifizierte Hammerwerke vorgeschlagen worden, um eine Anpassung des Hammerwerks an die Quellimpedanz einer gehenden Person anzugleichen. Dies ist versucht worden durch ein Masse-Feder-Massesystem, bei dem die Feder einen hohen Verlustfaktor haben muss. Gelingt auf diese Weise eine Simulierung einer gehenden Person, muss für die Simulierung anderer Geräuschquellen eine entsprechend angepasste andere Körperschallquelle verwendet werden.
Eine in Japan gängige Körperschallquelle ist die so genannte „Bang Machine”, die aus einem an einem angetriebenen Hebel angebrachten Autoreifen besteht. Die Untersuchung eines Probekörpers für verschiedene Körperschallquellen gestaltet sich somit aufwändig und sehr mühsam, da verschiedene Anregungsvorrichtungen verwendet und auf den bestimmten Anwendungsfall justiert werden müssen.
DE 199 11 335 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Einstellung von Motorgeräuschen im Innenraum eines Kraftfahrzeugs. Es wird das Problem beschrieben, dass durch die Dämmung des Motorgeräusches eines Kraftfahrzeuges überhaupt kein wahrnehmbares Motorgeräusch mehr zum Fahrer des Fahrzeugs gelangt, der Fahrer aber eine akustische Rückkupplung der Motoraktion haben sollte. Als Abhilfe wird vorgesehen, ein dem Motorgeräusch entsprechendes Signal zu synthetisieren und in den Fahrgastraum einzuleiten.
In der DE 196 48 986 C1 wird ein gerichteter Stabstrahler beschrieben, dem die Aufgabe zugrunde liegt, vom Ultraschall bis zum Tieftonbereich breitbandig abzustrahlen, wobei verschieden akustische Parameter voreingestellt werden können.
Aus der DE 199 46 061 A1 ist ein Verfahren zur Anordnung zur Steuerung/Regelung passiver Dämpfungssysteme bekannt. Die Erfindung löst die Aufgabe, einzelne Dämpfer koordiniert zusammen wirken zu lassen, so dass das Dämpfungsverhalten den aktuellen Erfordernissen vorausschauend bzw. im Echtzeitbereich angepasst werden kann.
Aus der DE 197 46 523 A1 ist ein Verfahren zur Klangerzeugung in Kraftfahrzeugen bekannt, mit dessen Hilfe einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs auch dann akustisch das Gefühl vermittelt werden, einen Sportwagen mit dem für einen Sportwagen typischen Klangverhalten zu fahren, wenn sich die Fahrzustände des Kraftfahrzeugs schnell ändern.
Eine Geräuscherzeugungsvorrichtung zur Beschallung des Innenraums und der des Fahrerbereichs eines Fahrzeugs ist zudem aus der DE 90 05 598 U1 bekannt.
Aus der DE 27 32 359 C2 und der DE 24 61 070 C2 sind automatische akustische Prüfeinrichtungen für zu prüfende akustische Einrichtungen, wie beispielsweise Hörgeräte, bekannt.
Eine systematische experimentelle Analyse von Einleitungsbedingungen für Körperschall in einen Probekörper ist bisher nicht möglich. Insbesondere ist es nicht möglich, in einfacher Weise veränderliche Bedingungen zur Beeinflussung der Körperschalleinleitung in den Probekörper zu überprüfen. Bei der Verwendung von Körperschallmikrofonen müssen die entsprechenden Maßnahmen zur Veränderung des Probekörpers jeweils erst realisiert werden, um deren Erfolg oder Misserfolg festzustellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Übertragung von Körperschall in einen oder aus einem Probekörper, also einem Bauwerk, einem Gebäudebauelement, Maschinenelement usw., in einfacher Weise unter unterschiedlichen Bedingungen prüfen und ggf. einstellen zu können.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und die Verwendung nach Anspruch 3.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sowohl für nachgebildete Körperschallquellen als auch für die Analyse von Leitungsbedingungen für den Körperschall in einem Probekörper wesentlich ist, die Körperschallimpedanz richtig einzustellen, d. h. beispielsweise Körperschallquellen zur Simulation von Körperschall auslösenden Ereignissen auf eine dem realen Geräuscherzeuger entsprechenden Körperschallwiderstand einzustellen oder beispielsweise für die Analyse von Körperschallleitungsvorgängen die Abhängigkeit von verschiedenen Körperschallwiderständen festzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Realisierung einer Körperschallquelle zur realistischen Simulierung von schallauslösenden Ereignissen, indem über das elektronische Netzwerk ein elektrischer Signalgenerator an den elektromechanischen Wandler angeschlossen wird. So steht dann eine Körperschallquelle mit einer einstellbaren Körperschallimpedanz zur Verfügung, mit der verschiedene schallauslösende Ereignisse realistisch simuliert werden können, indem die Körperschallimpedanz geeignet eingestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Erstellung eines definierten Körperschall-Abschlusswiderstandes für den Probekörper. In diesem Fall wird der Körperschall-Abschlusswiderstand durch den elektromechanischen Wandler und das elektrische Netzwerk gebildet, wobei durch Einstellung des elektrischen Netzwerks die Einstellung eines definierten Impedanzwertes für den Körperschall-Abschlusswiderstand möglich ist, wodurch auch der Körperschall-Innenwiderstand des Probekörpers bestimmbar ist. Das Verfahren kann beispielsweise dafür benutzt werden, die über den Probekörper übertragene Körperschallenergie auf einen Extremwert einzustellen. Die Einstellung auf ein Minimum kann dem Schallschutz im Bereich des Probekörpers dienen, während die Einstellung auf ein Maximum eine ggf. gewünschte Optimierung der Körperschallleitung ermöglicht oder auch für eine optimale Bedämpfung der Schaltquelle, also für den Schallschutz im Bereich der Schaltquelle, sorgt.
Wenn bei der Ausbildung des elektromechanischen Wandlers als Abschlusswiderstand ein elektrisches Messgerät an das elektrische Netzwerk angeschlossen wird, kann der über den Probekörper mit dem definierten Abschlusswiderstand geleitete Körperschall, also auch die Stärke der Körperschallanregung, gemessen werden.
Grundlegend für die vorliegende Erfindung ist die Erkenntnis, dass für die Leitung von Körperschall nicht nur unterschiedliche Frequenzspektren wesentlich sind, sondern auch unterschiedliche Impedanzen, die bei der Übertragung der Anregungsenergie in den Probekörper, bei der Leitung innerhalb des Probekörpers und ggf. beim Austritt der Körperschallenergie aus dem Probekörper vorhanden sind. Erfindungsgemäß sind die unterschiedlichen Körperschallimpedanzen dadurch nachbildbar, dass ein einstellbares elektrisches Netzwerk zur Einstellung der Impedanzen dient und die Schnittstelle zum Probekörper durch einen elektromechanischen Wandler hergestellt wird. Geeignete elektromechanische Wandler können beispielsweise Lautsprecher oder elektrodynamische Shaker, aber auch auf anderen Wandlerprinzipien beruhende Wandler sein.
Die Lösung der oben erwähnten Aufgabe gelingt ferner mit einem Körperschall-Bauelement der eingangs erwähnten Art, das gekennzeichnet ist durch einen mit dem Probekörper in Kontakt bringbaren elektromechanischen Wandler und ein mit dem elektromechanischen Wandler verbindbares, einstellbares elektrisches Netzwerk zur Einstellung der Körperschallimpedanz des Körperschall-Bauelements.
Durch das Netzwerk kann auch ein zeitlicher Verlauf von Frequenzen und Impedanzen programmierbar sein, um die Nachbildung alltäglicher Schallquellen, wie z. B. eine fallende Kugel zu ermöglichen.
Das elektrische Netzwerk kann vorzugsweise ein elektronisches Filternetzwerk sein und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform digital mit einem Mikrocomputer ausgebildet sein. Mit dem Mikrocomputer kann eine Programmierung des Netzwerks in einfacher Weise erfolgen.
Das elektrische Netzwerk kann vorzugsweise auch auf mehrere Konfigurationen umschaltbar sein.
Das erfindungsgemäße Körperschall-Bauelement kann als Körperschallgenerator zum Zwecke der Nachbildung von Geräusche produzierenden Strukturen einen elektrischen Signalgenerator aufweisen, der über das einstellbare elektrische Netzwerk mit dem elektromechanischen Wandler verbunden ist.
Zur Ausbildung als Körperschall-Abschlusswiderstand ist der elektromechanische Wandler des erfindungsgemäßen Körperschall-Bauelements zur Einleitung von elektrischen Signalen, die empfangenen Körperschallwellen entsprechen, in das elektrische Netzwerk eingerichtet.
Dabei kann an das elektrische Netzwerk ein elektrisches Messinstrument angeschlossen sein, um durch Messung elektrischer Signale eine Messung des Körperschalls, beispielsweise der Intensität der Körperschallanregung, vorzunehmen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines als schematisches Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels eines Körperschallgenerators näher erläutert werden.
Ein elektrischer Signalgenerator in Form eines Geräuschfrequenzgenerators 1 erzeugt ein Geräuschfrequenzspektrum, das bereits geformt sein kann, vorzugsweise jedoch im Schallfrequenzbereich im Wesentlichen die Form eines weißen Rauschens aufweist.
Ein nachgeschaltetes elektronisches Netzwerk 2 ist vorzugsweise als Filternetzwerk ausgebildet. Es beeinflusst das Frequenzspektrum der elektrischen Signale und weist einen einstellbaren Innenwiderstand auf, beispielsweise durch einen elektronisch gesteuerten elektrischen Widerstand. An das elektrische Netzwerk ist ein elektromechanischer Wandler 3, beispielsweise in Form eines elektrodynamischen Shakers angeschlossen, mit dem die elektrischen Signale am Ausgang des elektrischen Netzwerks 2 in mechanische Schwingungsanregungen umsetzbar sind. Durch eine Ankopplung an einen Probekörper 4, der eine beliebige anregbare bzw. beeinflussbare Struktur sein kann, wird eine Übertragung der mechanischen Schwingungen auf den Probekörper 4 mit einer sich einstellenden Kraft und einer sich einstellenden Schnelle bewirkt. Das Verhältnis von anregender Wechselkraft zu erzeugter Schnelle wird durch die Impedanz Z_Q charakterisiert.
Die erfindungsgemäße Körperschallquelle 1, 2, 3 ist durch die Einstellbarkeit des elektrischen Netzwerks 2 jederzeit bezüglich der Art der Körperschallquelle und ihrer Quellenimpedanz einstellbar und vorzugsweise in mehreren Konfigurationen umschaltbar, sodass mit der erfindungsgemäßen Körperschallquelle 1, 2, 3 unproblematisch und schnell verschiedene Körperschall-Betriebsbedingungen simuliert und geprüft werden können.

Claims

Verfahren zur Prüfung der Übertragung von Körperschall in einen oder aus einem Probekörper (4), dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein elektromechanischer Wandler (3) einer Körperschallquelle (1) mit dem Probekörper in Kontakt gebracht wird, (b) eine einem realen Geräuscherzeuger entsprechende Körperschallimpedanz des elektromechanischen Wandlers (3) durch Einstellung eines mit dem elektromechanischen Wandler (3) verbundenen elektrischen Netzwerks (2) eingestellt wird, (c) ein von dem realen Geräuscherzeuger ausgelöstes, Körperschall erzeugendes Ereignis mit der Körperschallquelle (1) simuliert wird und (d) der über den Probekörper (4) übertragene Körperschall gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über das elektrische Netzwerk (2) ein elektrischer Signalgenerator (1) an den elektromechanischen Wandler (3) zur Erstellung einer Körperschallquelle mit einstellbarer Körperschallimpedanz angeschlossen wird.
Verwendung eines Körperschall-Abschlusswiderstands, der (a) einen mit dem Probekörper (4) in Kontakt bringbaren elektromechanischen Wandler (3) und (b) ein mit dem elektromechanischen Wandler (3) verbindbares, einstellbares elektrisches Netzwerk (2) zur Einstellung der Körperschallimpedanz des elektrischen Wandlers (3) besitzt, (c) wobei der elektromechanische Wandler (3) zur Einleitung elektrischer Signale, die empfangenen Körperschallwellen entsprechen, in das elektrische Netzwerk (2) eingerichtet ist und ein elektrisches Messinstrument an das elektrische Netzwerk (2) angeschlossen ist, zur Prüfung der Übertragung von Körperschall in einem Probekörper.