Schallenergie sichtbar machen

  • 14. December 2015

Scanner visualisiert Schallausbreitung im dreidimensionalen Raum.

Die von Maschinen abgestrahlte Schallenergie lässt sich durch die Schall­intensität bestimmen. Diese vektorielle Größe ergibt sich aus dem Verhältnis der gemessenen Schall­schnelle zum Schalldruck. Kommerzielle Schall­intensitäts­sonden bestehen aus hoch­präzisen Mikrofonen oder Hitzedraht-Anemo­metern. Insbesondere für drei­dimensionale Messungen sind solche Mess­systeme sehr teuer. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebs­festigkeit und System­zuver­lässigkeit in Darmstadt befassen sich mit der Entwicklung von Low-Cost-Sonden auf Basis von Elektret-Mikrofonen, mit denen die Schall­intensität im drei­dimensionalen Raum bestimmt werden kann. Sie konnten eine 3D-Schall­intensitäts­sonde entwickeln, mit der die Schall­intensität bis zu einer Frequenz von etwa zehn Kilohertz eine vergleich­bare Mess­genauigkeit zu kommerziellen Sensoren aufweist.

Da es sich bei der Schallintensität um eine vektorielle Größe handelt, kann sie neben der Bestimmung der abge­strahlten Schall­leistung auch 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, je nach Vergleichs­system, um einen Faktor von bis zu 200 reduziert werden können.

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. Hiervon ausgehend ist nun eine Optimierung der Struktur möglich, wobei ein Augenmerk auf die Beein­flussung der abge­strahlten Schall­leistungs­flüsse gelegt werden kann. Darüber hinaus ist die automa­tisierte Messung der abge­strahlten Schall­leistung von Maschinen und Strukturen möglich.

Fh.-LBF/RK

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