 |
English |  |
Deutsch |
|
|
 |
 |
|
|
 |
 |
|
 |
 Grundlagen der Akustik 1. Geräuschwahrnehmung des menschlichen Ohrs „In unserer heutigen hektischen und stressgeplagten Zeit mit Leistungsdruck und Doppelbelastung durch Beruf und Haushalt, wird der Mensch immer empfindlicher gegen Lärm. Darüber hinaus verursacht die Einwirkung von starkem Lärm über längere Zeit Schwerhörigkeit. Aus diesem Grund wird es immer zwingender, bei Privat-, Freizeit- und Industriebauten, sowohl beim Schallschutz wie bei der Raumakustik, nach Lösungen zu suchen, die dem Menschen eine gesundheitlich unbedenkliche und lebenswerte Umgebung sichern.“ Akustik ist die Lehre von Schall Die physikalische Akustik untersucht die im Hörbereich (16 bis 20.000 Hertz) liegenden Schwingungen und Schallwellen, deren Ausbreitung, Zusammensetzung, Empfang, und weiter z.B. Frequenz, Schalldruck, Ausbreitungsgeschwindigkeit, Dämmung und Dämpfung. Zunächst erhebt sich die Frage - Was ist Lärm? Lärm ist ein subjektiver Begriff für Schall, der als störend empfunden wird. Somit ist Lärm keine messbare, definierte Größe, sondern die Summe der als Lärm wahrgenommenen Geräusche.
Abb. 7.3.1 Ruhe– und Lärmbeispiele
2. Hörfeld, Schmerzgrenze Wirkung des Lärms Das Sinnesorgan Ohr besitzt keine natürlichen Schutzmechanismen, die verhindern, dass Lärm auf das Ohr wirkt. Während z.B. die Pupille des Auges bei starkem Lichteinfall verengt, ist das Ohr ständig „auf Empfang geschaltet“. Lärm sind somit Geräusche (Schall), die stören, belästigen, die Gesundheit schädigen und die Unfallgefahr erhöhen können. Geräusche werden durch Frequenz und Schalldruck gekennzeichnet. Mit dem Schalldruck p [N/m²] lässt sich aber umständlich rechnen. Deshalb wird der Schalldruck auf eine logarithmische Skala bezogen und als Schalldruckpegel Lp in dB (= Dezibel) angegeben. So erhält man für p = 2 × 10 -5 bis 20 Pa nur noch 0 bis 120 dB. Damit wird auch deutlich, dass dB keine absolute Maßeinheit ist und man mit Dezibel-Werten nicht rechnen kann, wie man es mit anderen Zahlen gewohnt ist (z.B. sind 0 dB nicht 0 Pa, sondern 2 × 10 -5 N/m²). So entspricht die Verminderung des Schalldruckpegels um 6 dB einer Halbierung des Schalldrucks Im übrigen kommt das logarithmische Maß den Empfindungsabstufungen des Ohres sehr nahe. So wird eine Schallpegeländerung von 1 dB gerade noch wahrgenommen, und ein Pegelanstieg um 10 dB als doppelt so laut empfunden. Nach den bisherigen Ausführungen stellt sich die Frage, wo liegen die Grenzen des Hörvermögens, wann wird die Schmerzgrenze erreicht? Das Hörvermögen des gesunden Ohres lässt sich am besten mit dem Hörfeld-Diagramm in Abb. 7.3.2 darstellen.
Abb. 7.3.2 Geräuschwahrnehmung des menschlichen Ohrs (Hörflächen, Schwellen, Frequenzbereiche)
Die Ordinate bezeichnet hierbei den Schallpegel von der Hörschwelle bei 0 dB bis zur Schmerzgrenze bei etwa 120 dB. Die hellblaue Fläche stellt das gesamte Hörfeld eines gesunden menschlichen Ohres dar. Davon umfasst das Sprachfeld (dunkelblaue Fläche) nur einen Bruchteil. Im unteren Teil wird das Hörfeld (vgl. schwarze Umrandung) von der Hörschwelle begrenzt. Die seitlichen Begrenzungen zeigen, dass das menschliche Ohr Schall zwischen den Frequenzen von 16 - 20.000 Hz wahrnehmen kann. Unter 16 Hz spricht man von Infra- und über 20.000 Hz von Ultraschall (vgl. hierzu Abb. 7.3.5 auf Seite 7.3.4). Im oberen Teil geht das Hörfeld in die Gefühlsschwelle bzw. Schmerzgrenze über. Bei Überschreitung (vgl. schwarze Umrandung im oberen Bereich) kann es zur Gehörgefährdung und sogar Gehörschädigung kommen.
3. Grundlagen der physikalischen Größen Schall entsteht durch Schwingungen einer Schallquelle (z.B. Stimmbänder, Stimmgabel, Lautsprechermembran, Maschine, Fahrzeug). Zu seiner Ausbreitung benötigt er ein Medium wie Luft oder eine andere Materie. So kann sich Schall auch in Flüssigkeiten wie Wasser, oder in festen Körpern, wie Wänden, Decken, Rohrleitungen, ausbreiten. Bei festen Medien spricht man von Körperschall. Die Schwingungen der Schallquelle (Emission) übertragen sich auf das Medium und versetzen dieses ebenfalls in Schwingungen. Die Fortpflanzung der Schallwellen in flüssigen oder gasförmigen Körpern erfolgt dergestalt, dass die Materie abwechselnd komprimiert und dekomprimiert wird. Die Entfernung zwischen zwei Wellenbergen bzw. Wellentälern oder anders gesagt, die Periode, in der diese Welle auftritt, wird durch die Wellenlänge λ gekennzeichnet.
Abb. 7.3.3 Schall entsteht immer durch Schwingungen, also durch regelmäßig hin- und hergehende Bewegungen elastischer Körpern.
Abb. 7.3.4 Schallwellen, z.B. durch Molekularbewegungen der Luft
4. Messung der Lautstärke und Empfindlichkeit
Abb. 7.3.5 Frequenzen im menschlichen Hörbereich Messung der Lautstärke Die Lautstärkenempfindung des menschlichen Gehörs wird näherungsweise durch den A-bewerteten Schalldruckpegel in dB(A) beschreiben. Hierbei bezeichnet die A-Bewertung eine Korrektur, welche die frequenzabhängige Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs berücksichtigt. Empfindlichkeit Das menschliche Ohr ist nicht gleich empfindlich für alle Frequenzen. Die Frequenz wird in Hertz = Hz angegeben und bestimmt die Tonhöhe. Die größte Hörempfindlichkeit beim Menschen liegt zwischen 1.000 und 4.000 Hz. Die Empfindlichkeit nimmt bei niedrigeren Frequenzen und höheren Frequenzen ab, d.h. Frequenzen unter 1.000 Hz, bzw. über 4.000 Hz werden bei gleichem Schalldruck als leiser empfunden.
5. Hörvergleichsmessungen, Schallgeschwindigkeit Hörvergleichsmessungen Bei Schalldruck-(Schallpegel)messungen vor Ort werden die Messergebnisse dem physiologischen Empfinden des menschlichen Ohres durch frequenzabhängige Bewertungen angepasst. Das heißt, die gemessenen Werte, die gemessenen Schalldruckpegel werden gemäß einer ganz bestimmten Kurve korrigiert. Diese Korrektur erfolgt an Hand der Bewertungskurve A. In dieser ist kommt das Hörempfinden des Ohres zum Ausdruck, z.B. 60 dB(A). Fehlt der Index A, handelt es sich um den absoluten Wert (siehe hierzu Abb. 7.3.6).
Abb. 7.3.6 Diagramm Hörvergleichsmessungen
Abb. 7.3.7 Tabelle Schallgeschwindigkeit c
Aufgrund des logarithmischen Aufbaus gelten besondere Regeln: Addiert man z.B. zwei Schallpegel von 50 dB, so erhält man nicht 100 dB, sondern 53 dB. Eine Erhöhung des Schallpegels um 6 dB entspricht einer Verdopplung des Schalldrucks. Eine Verminderung des Schallpegels um 6 dB entspricht einer Halbierung des Schalldrucks. Schallgeschwindigkeit Die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen ausbreiten, nennt man Schallgeschwindigkeit c. 6. Nachhallzeit, Schallabsorption Nachhallzeit Die Nachhallzeit T ist für die Raumakustik die wichtigste Messgröße. Sie ist definiert als diejenige Zeit, innerhalb der der Schalldruckpegel in einem Raum nach Abschalten der Schallerzeugung um 60 dB abgesunken ist, was einer Abnahme der Schallenergie um den Faktor 10 6=1.000.000 entspricht. So bedeutet die Verminderung des Schalldruckpegels um 6 dB eine Halbierung des Schalldrucks. Schallabsorption und Absorptionsgrad αS Der Absorptionsgrad (früher Schallschluckgrad) gibt das Verhältnis vom absorbierten Schallanteil zur einfallenden Schallenergie an. αS = 0 = völlige Reflexion αS = 1 = vollständige Absorption z.B.: αS = 0,8; das heißt, 80 % des Schalls wird absorbiert, 20 % wird reflektiert. Die Schallabsorption hängt stark von der Oberfläche der umgebenden Baukonstruktion ab. Glatte und harte Flächen reflektieren den Schall stärker als weiche Flächen, wie z.B. Vorhänge und Teppichböden, die die Schallreflexion ganz erheblich mindern. Es bildet sich ein diffuses Schallfeld, das die Erhöhung der Lautstärke durch Reflexion behindert. Dieser Vorgang wird Schallabsorption genannt. Ein Teil der Bewegungsenergie der Schallwellen wird beim Eintritt in die Materie, wie z.B. Teppiche, Vorhänge usw. in Wärme umgewandelt.
Abb. 7.3.8 Nachhallkurve (idealisiert)
Grundsätzlich geht Energie nicht verloren, sie kann nur umgewandelt werden. Zur Bewältigung der baulichen Schallschutzmaßnahmen stehen geeignete Sandwichelemente mit einem Dämmkern aus Polyurethan und Mineralfaser zur Verfügung. In basis-info 7.4 wird über das Thema „Schallschutz im Leichtbau“ berichtet.
Autor
|
| © Copyright 2000 - 2006 Galileo. |
 |
Impressum & Disclaimer |
