Messanlage zur Ermittlung des Schallabsorptionsgrades mittels der in-situ-Methode

Absorptionsgradmessung

Der Absorptionsgrad eines Materials gibt das Verhältnis der absorbierten zur auftretenden Energie bei Beschallung mit einer Schallquelle an.

Üblicherweise wird der Absorptionsgrad in einer Messung im Hallraum bestimmt. Die Nachhallzeit des leeren Hallraumes verkürzt sich nach Anbringung des Testmaterials, da die Schallenergie vom Testmaterial absorbiert wird. Für die Berechnung des Absorptionsgrads kann in weiterer Folge die Formel nach Eyring verwendet werden:

wobei die Nachhallzeit, V das Raumvolumen, A die Raumfläche und der Absorptionskoeffizient sind. Die Messung erfolgt unter der Verwedung eines difussen Schalles und liefert somit einen mittleren Absorptionsgrad über alle Schalleinfallswinkel. Ein Problem der Absorptionsgradbestimmung im Hallraum ist die Methode selbst: für die Messung wird der Hallraum möglichst viel mit dem Testmaterial ausgekleidet. Somit ist nur eine Aussage möglich, wenn das Testmaterial im Einsatz ebenfalls an eine schallharte Wand angebracht wird. Dies ist bei z.B. Schallschutzwänden nicht der Fall – für solche Testobjekte gestaltet sich die Interpretation der Messergebnisse aus dem Hallraum bezüglich den Eigenschaften am Einsatzort äußerst schwierig.

Der Absorptionsgrad kann ebenfalls mithilfe des Kundt'schen Rohrs ermittelt werden. Das Kundt'sche Rohr hat eine sehr lange Länge im Verhältnis zu seinem Durchmesser, wodurch sich in einem begrenzten Frequenzbereich eine ebene Welle ausbreitet. Durch Anbringen eines Testmaterials am Ende des Rohr und Messung der Druckmaxima und -minima kann der Reflexionsgrad und somit der Absorptionsgrad des Testobjektes bestimmt werden. Die Messung gilt für eine ebene Welle mit senkrechten Schalleinfall. Die Messung mit Kundt'schen Rohr lässt sich vorwiegend auf kleine Messobjekte anwenden, da die Abmessungen des Rohr begrenzt sind. Auch hier ist die Aussage der Messung nur auf Einsatz vor einer schallharten Wand begrenzt.

Messung des Absorptionsgrades für grössere Objekte wie Schallschutzwände oder Objekte die bereits am Einsatzort montiert wurden kann mithilfe der sogenannten is-situ-Methode durchgeführt werden. Dabei wird die Systemidentifikation des Testobjekts für Transmission und Reflexion durchgeführt. Der Absorptionsgrad wird aus dem Transmissions- und Reflexionsgrad des Objektes ermittelt. Diese Methode erlaubt es verschiedene Einfallswinkel zu berücksichtigen, liefert aber keine integrativen Aussagen wie die Hallraummessung. Dennoch zeigen Erfahrungen, dass eine gute Übereinstimmung mit der in-situ-Methode durch Messungen unter dem Einfallswinkel von 60° erzielt werden können (Thomason 1982). Der Frequenzbereich der in-situ-Methode ist für tiefere Frequenzen begrenzt durch die Masse des Testobjektes. Die Methode wurde detailiert beschrieben in Mommertz (1995) und Fuhs (2003).

Figure 1: Schematische Darstellung des Messaufbaus der in-situ Methode

Messmethode am Institut für Schallforschung:

• Das Testmaterial wird mit einer, mittels Lautsprecher angenäherten Punktquelle in einem gegebenen Winkel zur Absorptionsfläche beschallt.

• Der Reflexionsgrad wird aus dem Verhältnis der ausgestrahlten und reflektierten Schallenergie berechnet, wobei die Messungen an einem Punkt im Raum durchgeführt werden.

• Der Transmissionsgrad wird aus dem Verhältnis der mit und ohne Material gemessenen Schallenergien berechnet, wobei auch hier die Messung an einem Punkt im Raum erfolgt.

• Der Absorptionsgrad wird aus dem Reflexions- und dem Transmissionsgrad berechnet und als Funktion der Frequenz in Terzbändern von 500Hz bis 16kHz angegeben, wobei die Energieverluste durch Streuung nicht erfasst werden.

• Der Einfluss der Lautsprecher, Mikrofone wird kompensiert in dem Referenzmessungen durchgeführt werden und die Messungen entzerrt werden.

• Der Einfluss des Raumes wird durch Fensterung der Impulsantworten minimiert.

Figure 2: In-Situ-Messung in der Schallkammer. Links: Erfassung der Transmission, Rechts: Erfassung der Reflexion, Mitte: Testobjekt

Figure 3: Messaufbau von der Seite der Anregung. Rechts: Schallquelle, Mitte: Erfassung der Reflexionen vor dem Messobjekt

Resultate der Messung:

• Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsgrad in grafischer Darstellung am Bildschirm als Funktion der Frequenz in Terzbändern von 500Hz bis 16kHz gemessen nach der in-situ-Methode.

Referenzen:

• Fuhs, S. (2003). „Messung und Modellierung der akustischen Eigenschaften von Streckmetall“, Diplomarbeit am Institut für Elektronische Musik und Akustik, Universität für Musik und Darstellende Kunst, Graz

• Mommertz, E. (1995). „Angle-Dependet In-Situ Measurement of Reflection Coefficients Using a Subtraction Technique“, Applied Acoustics, 46:251-263

• Thomason, S-I. (1982). „Theory and experiments on the sound absorption as a function of area“, Report TRITA-TAK 8201, Royal Institute of Technology, Stockholm.