Bei der Schwingungsmessung und -analyse wird vorrangig der Körperschall betrachtet. Dieser wird innerhalb von Maschinen oder Bauteilen erzeugt und breitet sich in Festkörpern aus. Mithilfe von Schwingungsaufnehmern kann an der Oberfläche das Schwingungssignal abgegriffen werden. Allerdings erzeugen vibrierende Oberflächen auch Luftschall, welchen wir akustisch wahrnehmen. Dies kann bisweilen als störend oder belästigend empfunden werden (Straßenlärm, Maschinenlärm). Da das Hörempfinden von Mensch zu Mensch variiert, benötigt man einen unabhängigen Maßstab mit dem auftrender Luftschall bewertet werden kann. Dies geschieht mittels Akustikmessungen.
Bei der Beschreibung von Luftschall haben sich eine ganze Reihe von physikalischen Größen eingebürgert. Aus der Vielzahl der sogenannten Schallgrößen wollen wir uns im Folgenden mit dem Schalldruckpegel Lp beschäftigen. Diese oft auch nur Schallpegel genannte Größe misst die Stärke eines Schallereignisses. Er wird aus dem Effektivwert des Schalldrucks p berechnet, welcher mit einem Mikrofon aufgenommen wird.
Dies geschieht über folgenen Zusammenhang:
Zwei Sachverhalte lassen sich anhand dieser Formel erkennen:
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Da Luftschall einen enorm großen Dynamikbereich (10
-5 - 10
2 Pa) besitzt, wird zur besseren Darstellbarkeit die Rechenoperation des Logarithmus verwendet. Damit treten nur noch Werte zwischen 0 und < 200 dB auf.
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Jeder gemessene Schalldruck bezieht sich auf einen Wert p
0. Dieser wird als Hörschwelle bezeichnet und hat einen Wert von 2 10
-5 Pa (= 0 dB).
Der Schalldruck folgt dem Abstandsgesetz, d.h. wie in folgendem Bild dargestellt, sinkt dieser bei Verdopplung des Abstandes vom der Schallquelle auf die Hälfte. Der Schallpegel reduziert um 6 dB.
Frequenzbewertung
Das menschliche Gehör kann Frequenzen zwischen 16 Hz und 20 kHz wahrnehmen. Dabei werden allerdings gleiche Schalldrücke bei unterschiedlichen Frequenzen nicht gleich laut wahrgenommen. So ist ein Sinus-Ton mit 200 Hz nicht so laut wie mit 2000 Hz. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, der Messtechnik also vozugeben wie ein menschliches Ohr hört, wird eine frequenzabhängige Pegelkorrektur vorgenommen. Die gebräuchlichste Korrektur ist das sogenannte A-Bewertungsfilter, welches niedrige Frequenzen stark dämpft. Es wird aber auch das C-Bewertungsfilter verwendet. Dieses ist über viele Frequenzordnungen konstant. Beide Pegelkorrekturen sind im nächsten Bild dargestellt.
Zeitbewertung
Neben den Frequenzen muss auch der zeitliche Verlauf der akustischen Signale bewertet werden. Denn das menschliche Gehör besitzt eine vom Schallereignis abhängige Trägheit, welche messtechnisch nachgebildet werden muss. Die Bewertung wird durch die Zeitkonstante bei der
Effektivwertbildung vorgenommen. Das heißt die Mittelungszeit bei der die Effektivwertbildung kann variiert werden. In der DIN EN 61672-1 sind folgende Zeiten festgelegt:
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35 ms (Pegelanstieg) / 1,5 s (Pegelabfall), Impuls = I (für plötzlich auftretende Schallereignisse, wird nicht verwendet)
und zusätzlich findet Anwendung
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unendlich, peak = Spitze, (das Pegelsignal steigt schnell an und es erfolgt ein unendlicher langsamer (also kein) Abfall des angezeigten Pegels; es wird der maximale Wert in der Messperiode angegeben)
Akustikmessungen mit VibroMetra
Das VibroMetra-System ist in der Lage diverse Akustikmessungen vorzunehmen. Dazu braucht man nur ein Mikrofon (z.B. M 370 oder MM 210) an den M302 / M312 anzuschließen und die jeweilige Messung zu starten. Folgende Instrumente können Sie für Ihre Akustikmessungen nutzen:
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VibroMetra Instrument
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Kennwert/Bewertungsfilter
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Beschreibung
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(numerische Anzeige)
(y-t Diagramm)
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LA peak
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Schallpegel mit A-Bewertungsfilter und peak-Zeitbewertung
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LAF
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... mit A-Bewertungsfilter und Fast-Zeitbewertung
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LAS
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... mit A-Bewertungsfilter und Slow-Zeitbewertung
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LAeq
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Äquivalenter Dauerschallpegel mit A-Bewertungsfilter (energetischer Mittelwert)
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LC peak
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Schallpegel mit C-Bewertungsfilter und peak-Zeitbewertung
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LCF
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... mit C-Bewertungsfilter und Fast-Zeitbewertung
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LCS
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... mit C-Bewertungsfilter und Slow-Zeitbewertung
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LCeq
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Äquivalenter Dauerschallpegel mit C-Bewertungsfilter (energetischer Mittelwert)
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LEX,8h
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Tages-Lärmexpositionspegel zur Beurteilung der Gehörgefährdung von Geräuschen
(A-bewerteter äquivalenter Dauerschallpegel)
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LF
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Schallpegel ohne Frequenzbewertung mit Fast-Zeitbewertung
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LS
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... ohne Frequenzbewertung mit Slow-Zeitbewertung
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(Frequenzanalyse)
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linear
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Frequenzanalyse ohne Bewertungsfilter
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A
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... mit A Bewertungsfilter
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C
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... mit C Bewertungsfilter
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linear
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Frequenzanalyse ohne Bewertungsfilter
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A
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... mit A Bewertungsfilter
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(Wasserfalldiagramm)
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C
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... mit C Bewertungsfilter
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