DE19640605C2

DE19640605C2 - Vorrichtung und Verfahren zur gezielten Schallabführung von Körperschall

Info

Publication number: DE19640605C2
Application number: DE1996140605
Authority: DE
Inventors: Werner Scholl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: DE19640605A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gezielten Schallabführung von Körperschall, der von wenigstens einer Körperschallquelle, die an ein Ausbrei tungsmedium gekoppelt ist, ausgeht.

Eine bekannte Vorrichtung zur gezielten Körperschallabführung bildet das in der Medizintechnik verwendete Stethoskop, das zum gezielten Abhören von zu untersuchenden Körperbereichen verwendet wird. Das Stethoskop findet neben dem Einsatz in der Medizin auch Verwendung in technischen Bereichen, bei denen eine gezielte akustische Untersuchung von Körperschallquellen von Interesse ist. Die Ab hörung mit dem an sich bekannten Stethoskop, das aus nur einer schallübertragen den Zuleitung besteht und sich am distalen Ende in zwei Hörleitungen aufspaltet, die mit dem menschlichen Gehörgang verbunden werden, erfolgt lediglich einkanalig, wodurch eine räumliche Ortung der zu untersuchenden Körperschallquelle nicht möglich ist.

Bedient man sich dennoch eines Stethoskopes zur Ortung von aufzufindenen Kör perschallquellen, so muß der zu untersuchende Körper vollständig mit dem Stetho skop überstrichen werden, bis der Schallpegel am größten ist. Diese Stelle kann jedoch mehr oder weniger nur zufällig aufgefunden werden. Überdies erlaubt die be kannte, rein mechanische Ausführung eines Stethoskops keine akustischen Anpas sungsmöglichkeit der Abhörlautstärke und des Abhörfrequenzgangs zur optimalen Anpassung beispielsweise an das menschliche Gehör.

Insbesondere auf dem Gebiet der Bauakustik tritt häufig das Problem der Lokalisierung von Körperschallquellen oder Körperschallbrücken auf. Nach Auffinden derartiger Schallquellen können die von diesen ausgehenden, in der Regel stören den Geräusche gezielt unterbunden werden. Derartige Körperschallquellen können z. B. sanitäre Anlagen in Gebäuden sein, ebenso aber auch Teile von Heizungsanla gen, die bei Temperaturänderungen Knackgeräusche aussenden. Körperschall brücken der zu lokalisierenden Art treten z. B. häufig bei schwimmenden Estrichen auf, bei Wasserinstallationen an den Befestigungsstellen oder bei Doppelwänden zwischen den Schalen. Das Problem der Ortung dieser Stellen besteht jedoch darin, daß sie meistens nicht direkt zugänglich sind und sich somit dem Augenschein entziehen. Dabei kann aufgrund des allgemeinen Höreindrucks in den betroffenen Räumen die Lage der Quelle oder Schallbrücke im allgemeinen nicht so genau lokalisiert werden, das eine örtlich beschränkte Beseitigung der Reparatur möglich ist.

Zwar steht grundsätzlich die an sich bekannte Stethoskoptechnik zur Verfügung, wie sie vorstehend beschrieben ist, doch bietet sie aufgrund ihrer einkanaligen Übertragungscharakteristik nicht die Möglichkeit einer präzisen räumlichen Ortung von Körperschallquellen.

Die räumliche Ortung von Körperschallquellen auf dem Gebiet der Bauakustik oder in anderen Anwendungsgebieten, in denen die angesprochenen Schwingungsprobleme im hörbaren Bereich auftreten, ist bislang nur unbefriedigend gelöst, zumal hierfür keine einfachen Hilfsmittel bekannt und verwendet werden, um derartige Ortungen vorzunehmen. Nur der Einsatz höchst komplizierter und meßtechnisch sehr auf wendiger Meßapparaturen macht es bisweilen möglich, Lokalisierungen von Kör perschallquellen zu ermitteln. Derartige Vorrichtungen sind jedoch nicht nur sehr kostspielig, sondern bedürfen spezielle Sachkenntnis für ihren Einsatz.

In der Druckschrift, DE 44 23 495 C1 wird eine Halterung für mehrere Beschleuni gungsaufnehmer zur Körperschall-Intensitätsmessung beschrieben, wie sie bei spielsweise im Bauwesen Verwendung findet. Derartige Messungen bieten grund sätzlich vielfältige Untersuchungsmöglichkeiten, doch wird auch in der Druckschrift Sp. 1, Z. 24-28 hervorgehoben, daß Lokalisierungen von Körperschallbrücken in Gebäuden möglich sind, die mit Hilfe eben dieser Meßtechnik, nämlich der Körper schallintensitäts-Messung, schnell und zuverlässig aufgefunden werden können.

Gegenstand der vorstehend genannten Druckschrift ist jedoch eine Halterung, die selbst nicht geeignet ist, Körperschallbrücken aufzufinden, vielmehr vermag man mit der Halterung das an sich bekannte Meßverfahren der Körperschallintensität- Meßtechnik anzuwenden, um mit Hilfe elektronischer Auswertung empfangene Kör perschallsignale hinsichtlich der Richtung des Körperschallintensitätsflusses auszu werten. Diese erfolgt in an sich bekannter Weise anhand von Oberflächenbildern von dem zu untersuchenden Meßobjekt mit entsprechend eingezeichneten Strömungs pfeilen. Um derartige Oberflächenbilder über größere Oberflächen generieren zu können, ist es erforderlich, die Körperschallaufnehmer an wechselnden Orten auf dem Meßobjekt unter präziser Einhaltung der gegenseitigen Positionen der einzelnen Aufnehmer, anzubringen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gezielten Schallabführung von Körperschall, der von wenigstens einer Körperschallquelle, die an ein Ausbreitungsmedium gekoppelt ist, ausgeht, anzugeben, mit der es möglich ist, eine präzise räumliche Ortung der Körperschallquelle anzugeben. Insbesondere sollte die Vorrichtung möglichst leicht handhabbar sein, und eine geringe Baugröße aufweisen, so daß sie an unzugänglichen Stellen angewendet werden kann. Ferner sollte die Vorrichtung mit einfachen technischen Mitteln realisiert werden, so daß ihre Herstellungskosten gering gehalten werden können.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur gezielten Schallabführung von Körper schall, der von wenigstens einer Körpeschallquelle, die an ein Ausbreitungsmedium gekoppelt ist, ausgeht, derart ausgebildet, daß zwei getrennte, den Körperschall übertragende Mittel vorgesehen und als Hohlleitungen ausgebildet sind, die einer seits an das Ausbreitungsmedium an zwei getrennten Stellen anbringbar sind und andererseits die Abführung des Körperschalls unter Beibehaltung von im Körperschall enthaltenen Richtungsinformationen zur Lokalisierung der Körperschallquelle er möglichen.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das von einer Körperschallquelle oder -brücke verursachte Körperschallwellenfeld mit zwei räumlich getrennten Körperschallauf nehmern zweikanalig vorzugsweise auf eine Schallauswerteeinheit, bspw. das men schliche Gehör, zu übertragen, mit Hilfe derer es möglich ist, die Richtung unter der die Körperschallquelle Schallwellen abstrahlt, zu ermitteln. Durch Abtasten der mit der Körperschallquelle oder -brücke verbundenen Bauteile, wie z. B. eine Wandfläche oder Estrich, wird daher auf unmittelbar nachempfindbare Weise die Information er halten, woher die Geräusche kommen.

Wesentlicher Gesichtspunkt der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der wenigstens zweikanaligen gezielten Schallabführung, so daß zwei getrennte Schall signale, in denen Richtungsinformationen enthalten sind, mittels derer es möglich ist, die Schallquelle zu orten, von der Schallquelle zu einer Schallauswerteeinheit über tragen werden können.

Ein besonders bevorzugtes Hilfsmittel zur Auswertung der Richtungsinformationen bildet ein Oszilloskop, das wenigstens zwei an den Eingängen anliegende Schalleingangssignalpegel miteinander vergleicht. Der Pegelvergleich ist sodann mit Hilfe einer geeigneten Auswerteeinheit vorzugsweise in einer 360°-Darstellung anzeigbar, so daß eine direkte Richtungsangabe unter der die wahrgenommene Schallquelle geortet worden ist, möglich ist.

Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise auch unmittelbar mit dem menschlichen Gehör verbunden werden, das überdies über ein natürliches Richtungsunterscheidungsvermögen verfügt. Insbesondere ist das menschliche Ge hör in der Lage, auch in diffusen Luftschallfeldern die Richtung der Quelle zu orten. Diese Eigenschaft wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung derart genutzt, in dem über zwei getrennte Übertragungsmittel, die aus zwei Hohlleitungen bestehen oder mit einem elektrischen System aus Schallaufnehmer-Verstärker- Kopfhörer kombiniert werden können, beide Ohren getrennt mit dem zu unter suchenden Ausbreitungsmedium, beispielsweise die Oberfläche einer Doppelwand, eines schwimmenden Estrichs, einer sanitären Anlage, einer Wasserinstallation, einer haustechnischen Anlage, federnd gelagerte Maschinen etc. verbunden werden, so daß der Körperschall in diesem Bauteil binaural gehört werden kann. Auf diese Weise kann unmittelbar gehört werden, von wo das interessierende Geräusch her rührt. Durch Versetzen der Körperschallaufnehmer kann die Quelle sehr schnell eingekreist und ausfindig gemacht werden. Der gegenwärtige Abstand der den Kör perschall übertragenden Mittel, beispielsweise Hohlleitungen, auf dem zu unter suchenden Objekt kann so gewählt werden, daß unter Berücksichtigung der Aus breitungsgeschwindigkeiten von Körperschall das menschliche Richtungsunter scheidungsvermögen optimal eingesetzt wird. Körperschallquellen können aufgrund der von ihnen ausgehenden Geräusche unmittelbar geortet werden.

Befinden sich sogenannte Körperschallbrücken in dem zu untersuchenden Ausbrei tungsmedium, so werden vorzugsweise Hilfsquellen benötigt, die Körperschall auf der der Ortungsseite gegenüberliegenden Seite der Körperschallbrücke erzeugt, so daß die Brücke anhand des über sie übertragenen Körperschalls geortet werden kann.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 elektronisches Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Doppelwandkonstruktion 1, 1' dargestellt, bei der die beiden Wandhälften 1 und 1' über eine Körperschallbrücke 2 miteinander verbunden sind. Zur genauen Lokalisierung der Körperschallbrücke 2 wird auf einer Seite der Wand konstruktion eine akustische Schallhilfsquelle 3 angebracht, die gezielt ein Körper schallwellenfeld auf eine der beiden Wandhälften 1 ausübt. An der, der Körperschall brücke 2 gegenüberliegenden Wandhälfte 1' wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gezielten Schallabführung von Körperschall angebracht. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei getrennten Hohlleitungen 4 und 4', an deren der Wando berfläche zugewandten Enden Schallaufnehmer 5 und 5', die im wesentlichen aus zwei Bereichen mit vergrößertem Hohlleitungsquerschnitt bestehen, vorgesehen sind. Mit Hilfe einer geeigneten Schallauswerteeinheit 6 werden die beiden über die Hohlleitungen 4 und 4' übertragenen Schallpegel miteinander verglichen und vorzug sweise auf einer 360°-Richtungsskala angezeigt.

Neben der Verwendung einer derartigen technischen Schallauswerteeinheit kann auch das menschliche Gehör dienen, so daß die beiden Hohlleitungen 4 und 4' in die menschlichen Gehörgänge münden. Aufgrund des menschlichen Richtungsunter scheidungsempfindens ist ebenso eine leichte Ortung der in der Fig. 1 dargestellten Körperschallbrücke möglich.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung, insbesondere zur Ortung von Körperschallquellen mit Hilfe elektronischer Zwischenelemente vorgesehen. Auf der einen Seite einer Wand fläche 1 ist eine Körperschallquelle 3 angebracht, die es gilt zu orten. Die Vorrichtung weist zwei Körperschallwandler 7 und 7' auf, die Körperschall in elektrische Signale umwandeln. Typischerweise werden hierzu Piezoschwinger verwendet. Die Zuleitun gen 8, 8' weisen jeweils einen Vorverstärker 9, einen den Frequenzgang einstellen den Filter 10 sowie einen weiteren Verstärker 11 sowie Pegel-Regler für eine nach geschaltete, elektronische Schallauswerteeinheit 6 auf. Zusätzlich kann (nicht dar gestellt) ein Kopfhöreranschluß mit den Verstärkergliedern 11 verbunden werden, mit dem als weitere richtungsempfindliche Schallauswerteeinheit das menschliche Gehör mit den Schallsignalen beaufschlagt werden kann.

Zum Auffinden der Körperschallquelle wird derart vorgegangen, daß mit einer Aus gangskonstellation die Schallaufnehmer auf die zu untersuchende z. B. Wandober fläche aufgesetzt werden. Zwar kann bereits aus dieser Anordnung die Schal lauswerteeinheit eine relativ genaue Angabe über die Richtung erfassen, unter der die Körperschallquelle wahrgenommen wird, doch wird in einem zweiten oder weiteren Schritt die räumliche Festlegung der Körperschallquelle derart präzisiert, indem die Körperschallaufnehmer an einer zweiten und weiteren Position angebracht werden. Auf diese Weise ist eine eindeutige Lokalisierung von Körperschallquelle auf vorzugsweise flächig ausgebildeten Ausbreitungsmedien, wie beispielsweise einer Doppelwand, möglich.

Bezugszeichenliste

1

,

1

'Doppelwandkonstruktion

2

Körperschallbrücke

3

Schallhilfsquelle

4

,

4

'getrennte Hohlleitungen

5

Schallaufnehmer

6

Schallauswerteeinheit

7

,

7

'Körperschallwandler

8

,

8

'Zuleitungen

9

Vorverstärker

10

Filter

11

Verstärker

Claims

1. Vorrichtung zur gezielten Schallabführung von Körperschall, der von wenig stens einer Körperschallquelle (3), die an ein Ausbreitungsmedium (1, 1') gekoppelt ist, ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte, den Körperschall übertragende Mittel vorgesehen und als Hohlleitungen (4, 4') ausgebildet sind, die einerseits an das Aus breitungsmedium (1) an zwei getrennten Stellen anbringbar sind und andererseits die Abführung des Körperschalls unter Beibehaltung von im Körperschall enthaltenen Richtungsinformationen zur Lokalisierung der Körperschallquelle ermöglichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleitungen (4, 4') gleichlang ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleitungen (4, 4') getrennt voneinander an das Ausbreitungsmedium (1) anbringbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Körperschall übertragenden Mittel (4, 4') mit einer Schallauswerteeinheit (6) verbunden sind, in der die durch die den Körperschall übertragenden Mittel übertragenen Schallsignale auswertbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallauswerteeinheit (6) eine Richtungsempfind lichkeit aufweist, mit der es möglich ist, die Körperschallquelle zu orten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schallauswertung (6) ein Oszilloskop verwend bar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Körperschall übertragenden Mittel (4, 4') mit dem menschlichen Gehör verbindbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Schallaufnehmer (5) vorgesehen sind, die über elektrische Leitungen mit einer Verstärkervorrichtung (9) und einem nachfol genden Kopfhörer verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Filtersystemen (10) der übertragene Körper schall hinsichtlich Frequenzgang und Lautstärke an das menschliche Gehör an paßbar ist.

10. Verfahren zur Ortung einer Körpeschallquelle, die an einem Ausbreitungsme dium angebracht ist, unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei den Körperschall übertragende Hohlleitun gen (4, 4') getrennt voneinader an das Ausbreitungsmedium (1) angebracht werden, daß mit Hilfe einer Schallauswerteeinheit (6) die räumliche Zuordnung der Körper schallquelle festgestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur präzisen räumlichen Zuordnung der Kör perrschallquelle die Relativlage der den Körperschall übertragenden Mittel nach Maßgabe einer Erhöhung der Schallpegel- und Laufzeitunterschiede zwischen den übertragenden Schallsignalen verändert wird.