Schallenergie sichtbar machen
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
