140311_Lärmschutz1_FHD_LKE

Vorlesung Lärmschutz – PEU
Grundlagen der technischen Akustik - Levent Kesik
Organisatorisches
Vorlesungstermine
Dienstag 11.März
Dienstag 1.April
Dienstag 29.April
Dienstag 20.Mai (Exkursion)
Praktika
Jede Woche, an der keine Vorlesung stattfindet!
Terminplanung Lärmschutz-Praktikum
SS 2014
… die Mappen sollen mindestens eine
Woche vor dem Prüfungstermin
abgegeben werden.
Was in die Mappe gehört, wird im
Praktikum erläutert.
Ganz wichtig ist der Terminplan und
der Hinweis, dass die Vorlesung als
Block im Rhythmus von ein paar
Woche organisiert ist.
Hausaufgabe
Beginn und Ende
16.00 Uhr – 17.15 Uhr (Vorlesung)
17.15 Uhr – 17.30 Uhr (Kontrollierte Nikotin- und Koffeinaufnahme)
17.30 Uhr – 18.45 Uhr (Vorlesung)
Teil 1
part 1
Was ist Lärm?
Wozu Lärmschutz?
Lärmfacetten
What is noise?
Why noise protection?
Aspects of noise
Was ist Lärm?
„Die Stille ernährt, der Lärm verbraucht.“
Reinhold Schneider (1903 – 1958)
Deutscher Schriftsteller
Lärm
...ist manchmal von Nutzen!
Z.B.: Bei der Übermittlung von
Informationen!


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
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


Fluglärm
Maschinenlärm
Nachbarschaftslärm
Industriegebiete
Wohngebiete
Fahrzeugtechnik
Innenraumakustik
Bauakustik
Strömungsakustik
usw.
Erscheinungsformen
des Lärms
(von frühneuhochdeutsch: larman
= Geschrei; auch Krach) Das Wort
stammt von ital. all‘arme, „zu den
Waffen!“
Lärm ist multikausal – sie kommt in
nahezu allen Aspekten einer
Industriegesellschaft vor und hat
unterschiedliche
Erscheinungsformen!
Wozu Lärmschutz?
Lärmschutz bedeutet …
… insbesondere Schutz vor Fluglärm, Straßenlärm,
Schienenlärm, Gewerbelärm, Sportlärm, Freizeitlärm und
Nachbarschaftslärm.
Lärmschutz ist ein wichtiger Bestandteil des Arbeits- und
Umweltschutzes. Lärmschutz ist notwendig, da Lärm zu
vielfältigen Gesundheitsgefahren führt, …
Quelle: wikipedia

Umweltpolitik Lärmbelästigung der
Tierwelt usw.

Psychologie – Wie
empfindet der Mensch
Geräusche?

Soziokultur Städtebauliche
Maßnahmen nicht nur an
wirtschaftlichen Interessen
ausgerichtet

Gesundheit – Festlegung
und Einhaltung von
Lärmgrenzen (Gesetze)

Technik –
Vorausschauende
Auslegung von Maschinen
(Low Noise Design)
Wirtschaft – Vermeidung
von teuren
Sekundärmaßnahmen,
Schadensersatz, ...
 usw.

Lärmfacetten (Die Beschäftigung mit
dem Thema Lärm)
Umweltpolitik und
Soziokultur
Beispiel Industrielärm
„Ein Unterschied wie Tag und
Nacht!“
Quelle:
http://www.umgebungslaerm-kartierung.nrw.de
Umweltpolitik und
Soziokultur
Beispiel Fluglärm
„Ein Unterschied wie Tag und
Nacht!“
Quelle:
http://www.umgebungslaerm-kartierung.nrw.de
Technik
Beispiel intelligentes Design /
intelligent design
In diesem Beispiel wird der
störende Einfluss von tonalen
Anteilen im Geräuschspektrum
durch Erzeugen von breitbandigem
Wirbelgeräusch minimiert.
Stichwort: PSYCHOAKUSTIK
Quelle:
Vorlesungsfolien Prof. Fr.-Ing. Frank Kameier
Akustische
Levitation
„Schwebende Körper...“
PLAY
Psychologie
Untersuchungen an der TU
München durch Prof. Fastl haben
gezeigt, dass bestimmte
Eindrücke, die durch Bilder
hervorgerufen werden, die
Geräuschwahrnehmung
beeinflussen.
„Bei gleichem Geräusch wirkt ein
roter ICE lauter als ein grüner!“
Quelle:
http://www.wdr.de/tv/quarks/global/pdf/Q_Weihna
chtswissen.pdf
Psychoakustik
Am Beispiel von Elektrofahrzeugen
PLAY
Lärmschutz beim Start
eines Space Shuttles
Das Sound Suppression Water
System
PLAY
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


Hohes Risiko, einen Tinitus zu
erleiden
Bluthochdruck
Erhöhter Energieverbrauch
Abfall des elektrischen
Hautwiderstandes
Durchblutungsstörung
(Herzinfarkt, Hirnschlag
Abnahme der Arbeitsleistung
(Fehler, Unfall, Krankheit)
Regenerationsmangel in
Ruhephasen
Beeinflussung der
Tiefschlafphase
...
Gesundheit
Einige Aspekte
Wirtschaftliche
Interessen
Alleinstellungsmerkmal von Sounds (Ferrari,
Porsche, Suzuki, usw.)
Vermeidung von Sekundärmaßnahmen zur
Reduzierung des Lärms
Abwägung des Nutzeffekts von
Lärmminderungsmaßnahmen
Geräuschentwicklung bei Windkraftanlagen
in der Nähe von bewohnten Gebieten
Lärmschutz als Know-How für den Export
Ein Versuch den Lärmschutz zu
beschreiben ...
„Der Lärmschutz bewegt sich im Spannungsfeld
umweltpolitischer, soziokultureller, technischer, psychologischer
sowie gesundheitlicher und nicht zuletzt wirtschaftlicher
Interessen!“
Schon 1910 prophezeite Robert Koch: „Eines Tages wird der
Mensch den Lärm ebenso unerbittlich bekämpfen müssen, wie die
Cholera und die Pest“.
Kurioses aus der
Akustik
Die Explosionsgeräusche, die den
Ausbruch des Krakatau 1883
begleiteten, werden unter den
lautesten in der
Menschheitsgeschichte
überlieferten eingeordnet. Sie
waren sowohl im 3100 Kilometer
entfernten Perth als auch auf der
ca. 4800 Kilometer entfernt
liegenden Insel Rodrigues nahe
Mauritius zu hören. Die Folge
waren atmosphärische
Schockwellen, die rund um die
Erde registriert wurden. Die
Luftdruckwelle der Explosion war
so gewaltig, dass sie auch noch
nach fünf Tagen und sechs
Erdumläufen messbar war.
Edvard Munch
Der Schrei 1883
Teil 2
Das Ohr
Der Schall
Das dB
Wozu brauchen wir das dB in der Akustik?
Warum gibt es das dB(A)
FFT - Fast Fourier Transformation
Akustik
"akuo" griechisch für "ich höre“
Das Ohr
Peter Lustig in Löwenzahn
Was ist eigentlich Schall?
Als Schall bezeichnet man die sich wellenartig
ausbreitende räumliche und zeitliche Druckänderung
eines elastischen Mediums!
Wenn ein Geräusch entsteht, wird an dieser Stelle die Luft
weggedrückt, so dass sie dichter zusammengedrückt wird
(also ihr Druck steigt). Danach breitet sich diese Schicht
von hohem Luftdruck ganz schnell aus, und zwar in alle
Richtungen. Wenn nun ein längeres Geräusch gemacht
wird, geschieht dieser Vorgang ganz oft hintereinander. Es
breiten sich in der Luft abwechselnd Schichten von dichter
und nicht so dichter Luft aus.
Das
dB
„Das dB oder auch dezibel ist eine Vereinfachung...! “



Zahlenschreibweise /
number style:
100 X 10.000 X 1.000 =
1.000.000.000
Exponentialschreibweise /
exponential diction:

10² X 104 X 10³ = 109
Logarithmische
Schreibweise / logarithmic
notation:


2+4+3=9
Ursprung / Origin
Von der Zahlen- über die
Exponential- zur Logarithmischen
Schreibweise
Variations in notations:
number style
and exponential diction
logarithmic notation
Graham Bell
Graham Bell zu Ehren gab man
den Logarithmen den Namen „Bel“.
Logarithmische Schreibweise:
2 Bel + 4 Bel + 3 Bel = 9 Bel
oder
1.000.000.000 also Eine Milliarde
In honor of Graham Bell the name
"Bel“ was given to the logarithms.
Alexander Graham Bell
geb. 1847 – gest. 1922
Logarithmic notation:
2 Bel + 4 Bel + 3 Bel = 9 Bel
or
1.000.000.000 or one billion

Log10 100 = 2
Das Bel und das
deziBel
Der Logarithmus zur Basis 10


Log10 1.000.000 = 6
Log10 2 = 0,30103  0,3

also 0,3 Bel

oder / or

3 deziBel (richtig dezibel)

3 deciBel (correct decibel)
Log10 sehr oft auch nur Log oder
Lg geschrieben
The bases used most often are 10
for the common logarithm, e for the
natural logarithm, and 2 for the
binary logarithm
Verdopplung eines
Beispiele / Examples
(doubling) Wertes bedeutet Geläufige Werte

+ 3 dB

Halbierung (bisection) eines
Wertes bedeutet - 3 dB
Verzehnfachung (tenfold
increase) eines Wertes
bedeutet + 10 dB

Zehntelung (tenth) eines
Wertes bedeutet - 10 dB

Commonly used values
Tonaufnahme von Alexander Graham Bell
PLAY
... diese Aufnahme wurde wohl nicht veröffentlicht!
Johnson Controls | May 8, 2013
36
Die Entfernung zur Sonne
dB Analogie
dB Analogie
Entfernung zur Sonne in
Kilometern – Linear
Distance to the sun in kilometers linear
dB Analogie
Entfernung zur Sonne in
Kilometern – Logarithmisch
Distance to the sun in kilometers logarithmic
dB Analogie
Entfernung zur Sonne in
Kilometern – Linear
Die Bezugsgröße ist der Abstand
der Erde zur Sonne (Erdentfernung
AE).
Distance to the sun in kilometers –
linear
The reference value is the distance
Earth to Sun
dB Analogie
Entfernung zur Sonne in
Kilometern – Logarithmisch
Die Bezugsgröße ist der Abstand
der Erde zur Sonne (Erdentfernung
AE).
Distance to the sun in kilometers –
logarithmic
The reference value is the distance
Earth to Sun
dB Analogie
Die Entfernungen der Planeten zur
Sonne als „Schalldrücke“.
The distances of the planets to the
sun when regarded as „sound
pressure levels“.
Wieso brauchen wir das dB in der Akustik?
„Schuld ist der Dynamikbereich des menschlichen Gehörs!“
 Sound pressure 

Sound pressure level SPL  20  log 
Reference
pressure


Reference pressure  0,00002 Pa
 Schalldruc k 

Schalldruc kpegel SPL  20  log 
 Bezugsdruc k 
Bezugsdruc k  0,00002 Pa
Der Dynamikbereich
Der Mensch kann sowohl sehr
hohe (Sonnenferne) als auch sehr
niedrige (Sonnennahe)
Schalldrücke verwerten. Das
menschliche Ohr hat also einen
Hörschwelle (Bezugsschalldruck)
[
Schmerzschwelle
[
Irreversibler Hörschaden
[
Schalldruck
[Pa]
Schalldruckpegel
[dB]
0.00002
0.1
1
2
3
4
5
6
0
74
94
100
104
106
108
110
19
60
120
130
190
140
sehr hohen Dynamikbereich, den
man mit einer logarithmischen
Skala beschreiben kann!
Das dB(A)
„Das dB(A) ist ein erster physiognomischer bzw. psychoakustischer Ansatz das
menschliche Hörempfinden zu beschreiben!“
Die A-Bewertung
Um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass das
menschliche Ohr Töne mit gleichem Schalldruck in
unterschiedlichen Tonhöhen unterschiedlich laut
empfindet, werden so genannte
Frequenzbewertungskurven verwendet.
Da die Krümmung der Kurven gleicher
Lautstärkewahrnehmung und damit der Frequenzgang
des Gehörs vom Schalldruckpegel abhängig ist,
wurden für unterschiedlich hohe Schalldruckpegel
unterschiedliche Bewertungskurven definiert:
A-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher
Lautstärkepegel bei ca. 20-40 dB
B-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher
Lautstärkepegel bei ca. 50-70 dB
C-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher
Lautstärkepegel bei ca. 80-90 dB
D-Bewertung: entspricht den Kurven gleicher
Lautstärkepegel bei sehr hohen Schalldrücken
(Verwendung bei Fluglärm)
Bewertete Pegel werden durch den entsprechenden
Buchstaben der Frequenzbewertung gekennzeichnet.
Z. B. wird ein A-bewerteter Schalldruckpegel LpA oder
Schallleistungspegel LWA in dB(A) angegeben.
Jean Baptiste Joseph Fourier
(* 21. März 1768 bei Auxerre; † 16. Mai 1830 in Paris)
französischer Mathematiker und Physiker
FFT – Fast Fourier Transformation
Das Werkzeug des Akustikers
FFT
Da Schall auf Schwingungen
beruht, lassen sich
Schallereignisse durch ihren
zeitlichen Schwingungsverlauf
darstellen und beschreiben. Die
einfachste Schwingungsform liegt
mit der harmonischen oder
sinusförmigen Schwingung vor, die
man mit einem mathematischen
Pendel oder mit bestimmten
Schallquellen, z.B. einer
Stimmgabel erzeugen kann.
Die Sinuswelle
Die Periodendauer
Der Scheitelwert
Der RMS-Wert
Der Spitze-Spitze-Wert
FFT
Die Sinuswelle mit einer
Periodendauer von 1 Millisekunde
transformiert aus dem Zeitbereich
in den Frequenzbereich ergibt ein
Linienspektrum bei 1kHz.(Die
Amplitudeninformation bleibt
erhalten)
The sine wave with a period of 1
millisecond transformed from the
time into the frequency domain is a
line at 1kHz in the spectrum. (The
amplitude information is retained)
FFT
Die Sinuswelle mit einer
Periodendauer von 0,500 ms und
einem Scheitelwert, der halbiert ist.
The sine wave with a period of
0.500 ms and a peak value that is
halved.
FFT
Die Sinuswelle mit einer
Periodendauer von 0,5
Millisekunden transformiert aus
dem Zeitbereich in den
Frequenzbereich ergibt ein
Linienspektrum bei 2kHz.(Die
Amplitudeninformation bleibt
erhalten)
The sine wave with a period of 0.5
milliseconds transformed from the
time into the frequency domain
yields a line at 2kHz in the
spectrum. (The amplitude
information is retained)
FFT
Das komplexe Signal (blau) kann
mit 2 Sinuswellen (rot und schwarz
gepunktet) unterschiedlicher
Periode und mit unterschiedlichen
Amplituden beschrieben werden
(Fourier). Die Transformation
dieser Sinusschwingungen in den
Frequenzbereich nennt man
Fourier-Transformation.
The complex signal (blue) can be
described with 2 sine waves
(dotted red and black) of different
periods and different amplitudes
(Fourier). The transformation of
these sinusoidal oscillations in the
frequency range is called Fourier
transformation.
FFT
Die Sinuswellen mit den
Periodendauern von 1 ms und
0,250 ms ergeben transformiert
aus dem Zeitbereich in den
Frequenzbereich Linien im
Spektrum bei 1 kHz und bei 4kHz.
The sine waves with period times
of 1 ms and 0.250 ms transformed
from the time into the frequency
domain result in lines in the
spectrum at 1 kHz and 4 kHz.
Mikrofon 1
Das darf beim Praktikum nicht
passieren!
Mikrofon 2
Das darf beim Praktikum auch
nicht passieren!