IBP FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR BAUPHYSIK IBP AKUSTIK

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1 IBP FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR BAUPHYSIK IBP AKUSTIK

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3 LÄRM ALS TYPISCHE TECHNIKFOLGE WIRD SICH NUR MIT INNOVATIVER AKUSTIK- TECHNOLOGIE VERRINGERN ODER GAR ELIMINIEREN LASSEN. Forschung und Entwicklung, Prüfung und Beratung in den Fachbereichen BAUAKUSTIK (AKKREDITIERTE PRÜFSTELLE) RAUMAKUSTIK TECHNISCHER SCHALLSCHUTZ FAHRZEUGAKUSTIK GRUNDLAGEN UND SOFTWARE MUSIKALISCHE AKUSTIK PHOTOAKUSTIK PSYCHOAKUSTIK UND KOGNITIVE ERGONOMIE Eine breite, themenübergreifende Ausrichtung der Abteilung Akustik ist strategisches Ziel und zugleich Ausgangspunkt der interdisziplinären Forschung und Entwicklung. Die Wissenschaftler entwickeln Berechnungs- und Simulationsverfahren sowie Analyse- und Prognosemethoden. Dabei geht der Anwendungsbereich dieser Methoden häufig über rein akustische Fragestellungen hinaus in den Maschinen- und Anlagenbau, die Aerodynamik und akustische Diagnosetechnik. Diese Arbeit kann nicht losgelöst von ihrer Wirkung auf die Gesellschaft und das Individuum erfolgen. Daher werden mithilfe von Methoden der empirischen Sozialforschung auch die Bedürfnisse der Menschen beleuchtet und berücksichtigt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von neuartigen Akustikbauteilen, wie alternativen Schallabsorbern, passiven, reaktiven und aktiven Schalldämpfern und Schallschutzbauteilen für Gebäude sowie zur Lärmminderung an Maschinen, Anlagen und Fahrzeugen. Diese technischen Lösungen werden auch mithilfe psychologischer Methoden durch Nutzer evaluiert und entsprechend ihren Bedürfnissen überarbeitet. Gemeinsam mit mehr als 15 industriellen Lizenz- und Kooperationspartnern bietet die Abteilung eine stetig wachsende, internationale Plattform für innovative Akustik mit dem Ziel, die akustische System-Qualität komplexer Produkte und Strukturen zu optimieren. Moderne Analysesysteme wie Scanning-Laservibrometrie, Mikrofon-Array-Systeme und binaurale Kunstkopf-Technik bilden in Verbindung mit mehr als 20 akustischen Prüfständen und Einrichtungen für Hörversuche die Basis für die Forschungsarbeit ebenso wie für die durch die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) flexibel akkreditierte Prüfstelle in den Bereichen Bauakustik und Schallimmissionsschutz. Das Dienstleistungsangebot umfasst die Luft- und Trittschalldämmung von Bauteilen aller Art, die Schallabsorption von Materialsystemen, die Geräuschmessung an haustechnischen Anlagen und Installationen sowie Sound Design oder akustische Produktgestaltung. Hinzu kommen die Untersuchungsmöglichkeiten zur Fahrzeugakustik mit einem leistungsfähigen Allrad- Rollenprüfstand sowie ein Windkanal für aeroakustische und aerodynamische Messungen. Für den Transfer der Forschungsergebnisse in die Praxis organisiert das Fraunhofer IBP in Kooperation mit der Fachpresse regelmäßig Akustik-Foren. 3

4 1 BAUAKUSTIK Schallschutz in Gebäuden Die schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen, Bausystemen und Baumaterialien, deren rechnerische und messtechnische Bestimmung und Optimierung sowie ihr Zusammenwirken in Gebäuden stehen im Mittelpunkt dieses Arbeitsgebiets. Norm-Messverfahren Das Spektrum der bauakustischen Messungen reicht von der Bestimmung der Schalldämmung von Bauteilen und Bausystemen bis zu Geräuschen von Installationen und haustechnischen Anlagen. Mehr als 20 Spezialräume und Labors stehen dafür am Fraunhofer IBP zur Verfügung. Der neueste Prüfstand erlaubt die Untersuchung von Regengeräuschen bei Dachbauteilen. Spezielle Messverfahren Neben den Messungen nach Norm werden spezielle Messverfahren wie Laservibrometrie, Lokalisierung von Schallbrücken, Modalanalyse etc. angeboten und entwickelt. Akustik von Membranbauten Bauwerke aus Membrankonstruktionen haben viele Vorzüge und eröffnen neue technische und architektonische Möglichkeiten. Die bauphysikalischen Eigenschaften unterscheiden sich zum Teil deutlich von herkömmlichen Bauweisen. Auf diesem Gebiet wird derzeit intensiv geforscht und entwickelt. Bei der Akustik von Membrankonstruktionen stehen drei Themen im Mittelpunkt: Geringe Schalldämmung. Statt Masse ist Intelligenz gefragt Geräusche durch Regen und Hagel auf gespannten Membrandächern Raumklang in Membranbauwerken Transparenz und Leichtigkeit sind dabei Grundvoraussetzungen für die Anwendbarkeit. Die akustische Membran- Forschung hat zu Berechnungsmodellen, Produkten und Patenten geführt. Schallimmissionsschutz Lärmschutzwände entstehen nicht nur hierzulande allerorts und in vielfältiger Form. Die Verbindung von Transparenz mit schallabsorbierender Wirkung stellt einen Entwicklungsschwerpunkt dar, der sich u. a. mit mikroperforierten Bauteilen befasst. Eine ganz andere Herangehensweise erfordern zeitlich begrenzte Lärmverursacher wie Baustellen oder Open-Air-Veranstaltungen. Flexibilität und schnelle Montage fordern eine sinnvolle Balance von Aufwand und Wirkung, praktisch umgesetzt durch aufblasbare Schallschutzelemente aus Folien und Membranen. RAUMAKUSTIK Raumplanung und Baubegleitung Die Raumakustik beeinflusst maßgeblich die Leistungsfähigkeit im Büro- und Klassenraum, die Verständlichkeit im Konferenzraum und Studio, das Wohlbefinden im Hotelzimmer oder zu Hause. In Konzert- und Opernhäusern ist sie ausschlaggebend für die Qualität und das Renommee des gesamten Hauses. An lauten Industriearbeitsplätzen hilft Raumakustik, die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen. Eine nutzungsbezogene und wirtschaftliche Raumakustik bedarf einer genauen Planung. Für alle Nutzungen sind Konzepte entwickelt worden, die nicht nur den akustischen Erfolg sichern, sondern auch die architektonische Planung und die weiteren Raumfunktionen unterstützen. Für die Planung sind alle modernen Werkzeuge wie Computersimulation, Modellmesstechnik und Auralisation vorhanden. Die Überprüfung der akustischen Qualität erfolgt mittels umfassender Messtechnik. Zahlreiche Forschungsergebnisse und Referenzobjekte zeugen vom Erfolg dieser Vorgehensweise. 1 Mikroperforierte Elemente als transparente Schallabsorber. 2 Regengeräuschprüfstand. 3 Orgel in der Stuttgarter Stiftskirche. 4

5 2 Material- und Bauteilentwicklung Anspruchsvolle Räume benötigen anspruchsvolle akustische Lösungen. Aus finanziellen, funktionalen oder gestalterischen Gründen können aber oft nicht die üblichen akustischen Materialien oder Bauteile eingesetzt werden. Beispiele sind thermisch aktivierte Betondecken, transparente Fassaden oder optisch»versteckte«akustikbauteile. In solchen Fällen werden Materialien weiterentwickelt oder gänzlich neue Bauteile entwickelt, die in Bauvorhaben demonstriert und von Partnerfirmen in den Markt gebracht werden. So wurden für transparente Fassaden durchsichtige, mikroperforierte Absorber sowie für thermisch aktivierte Betondecken integrierte Glasschaumstreifen und akustisch transparente Putze entwickelt. Für den technischen Einsatz in Messräumen oder Tonstudios wurden breitbandige oder insbesondere tieffrequent schallabsorbierende Bauteile geschaffen. Diese Entwicklung von Schallabsorbern profitiert von speziellen Werkzeugen, wie Messlabors, maßgeschneiderten Computerprogrammen und handelsüblicher FE-Software. Die Behandlung von Mehrpersonenbüros erfordert darüber hinaus integrale Ansätze, die Schallabsorption, -schirmung und -maskierung aufeinander und auf die konkrete Nutzung abstimmen. Hier richtet sich der aktuelle Fokus auf die Entwicklung leistungsfördernder, aber auch behaglicher und akzeptierter Maskier-Signale. Mit diesen wird die sprachliche Ablenkung am Arbeitsplatz reduziert. Weil sich die akustischen Ansprüche (z. B. Telefon- oder Ruhephasen) an Arbeitsplätzen jedoch im Laufe eines Arbeitstages verändern, muss die Maskierung zeitlich und nutzungsabhängig adaptiv erfolgen. Schulung und Marktbegleitung Für Planer werden Schulungen durchgeführt, um neueste Planungskonzepte zu vermitteln. Unternehmen werden mit Marktstudien unterstützt. In Workshops werden eventuelle Portfolioschwächen der Unternehmen identifiziert und neue Produktentwicklungen angestoßen. Vertriebsabteilungen werden geschult und mit technischem Marketing unterstützt. So wird beispielsweise die akustische Wirkung von Akustikprodukten hörbar gemacht, visualisiert und auf Internetseiten der Unternehmen oder in mobilen Applikationen gezeigt. TECHNISCHER SCHALLSCHUTZ Alternative Schalldämpfer Die Entwicklung spezieller Schalldämpfer zur Lösung tieffrequenter Probleme sowie für besondere Anwendungsbereiche hat eine langjährige Tradition. Die Palette reicht von robusten, reinigbaren Rohrschalldämpfern über schallabsorbierende Innenzüge für Stahlschornsteine und Kamine bis zu unmittelbar in Heizkessel integrierten Streifenabsorbern mit breitbandiger Wirkung. Aktive Schalldämpfer und Absorber Im Unterschied zum bekannten Prinzip der Schallauslöschung (als Antischall bekannt geworden) arbeiten aktiv absorbierende Schalldämpfer nach einem neuartigen Prinzip der aktiven Lärmminderung in schallführenden Kanälen. Anwendungsgebiete sind Klima- und Lüftungsanlagen aller Art sowie Abgasanlagen von Wärmeerzeugern. Berechnung von Schalldämpfern Die Auslegung und Optimierung von Schalldämpfern berücksichtigt einerseits Geometrie und Material. Andererseits hängt ihre Wirkung von der jeweiligen Umgebung, z. B. im Kanalnetz, ab. Für diese ganzheitliche Betrachtung liegen Berechnungswerkzeuge vor, mit denen akustische und aerodynamische Kenngrößen wie Einfügungsdämpfung, Druckverlust und Strömungsgeräusch vorherbestimmt werden können. FAHRZEUGAKUSTIK Zur Entwicklung und Untersuchung von Materialien, Bauteilen und Komponenten mit akustischer Funktionalität bestehen experimentelle und theoretische Ressourcen. Im Vordergrund steht eine Außengeräusch-Messhalle mit Allrad-Rollenprüfstand auf neuestem technischem Niveau. Mit dieser Technik sowie mit modernen Methoden der Geräuschanalyse und des Sound-Designs kann die Akustik von Fahrzeugen behandelt werden. Dazu zählt die Lärmreduzierung, die Entwicklung und 5

6 3 Erprobung von Akustikbauteilen sowie auch von Systemen zur Sprachsteuerung und für akustische Warnsignale. MUSIKALISCHE AKUSTIK Innovative Konstruktionsmethoden für Orgelpfeifen Die Klangqualität der Orgelpfeifen ist die Signatur des Orgelbauers. Allerdings reichen die im letzten Jahrhundert festgelegten Mensurierungsregeln bei bestimmten Tonhöhen nicht aus, sodass neue und zuverlässige Mensurierungs- und Intonationsmethoden benötigt werden. Durch das Zusammenspiel subjektiver und objektiver akustischer Gesetze konnte eine Methode für Lippenorgelpfeifen entwickelt werden, die durch eine Entwurfssoftware für die Dimensionierung der bedeutendsten Lippenpfeifenregister unterstützt wird. Zudem hilft ein spezielles Messgerät, um den für die Klangqualität besonders bedeutsamen Einschwingvorgang des Pfeifenklangs zu messen und aufzuzeichnen. Neuartige Windsysteme für Orgeln Ziel dieser Entwicklungen ist die zuverlässige und qualitativ hochwertige Planung und Herstellung von Windsystemen für Pfeifenorgeln. Akustische, hygrothermische und konstruktive Aspekte werden dabei mit modernen regelungstechnischen Methoden gelöst. Intensivkurs Orgel- und Kirchenakustik Für Orgelbauer und Orgelfachleute bietet der Kurs folgende Schwerpunkte: Grundlagen der Akustik Neue Forschungsergebnisse der Orgel- und Kirchenakustik-Forschung Folgerungen für die Praxis (mit Vorführungen) SOFTWARE- ENTWICKLUNG Die vorhandenen und neu hinzukommenden Berechnungsmodelle können für Planungs- und Entwicklungsprozesse genutzt werden. Mit diesem Ziel wurde das Programmpaket IBPsound entwickelt, das in mehreren Modulen unterschiedliche Berechnungsaufgaben zusammenfasst. Ein Modul greift das bereits bekannte Programm COMPAS zur Berechnung absorptiver Schalldämpfer in neuer und erweiterter Form auf. Die Berechnung akustischer Eigenschaften hat mitunter einen sehr komplexen Hintergrund, dessen Interpretation gerade in Optimierungsphasen von Bedeutung ist. So kann mit dem Programm LAYERS die Schalldämmung von mehrschichtigen Platten berechnet werden. Schallschutz und Raumakustik hörbar darzubieten ist das Ziel der»auralisation«(hörbarmachung) von Berechnungsergebnissen, die mit konkretem Produktbezug, z. B. für Trennbauteile und Schallabsorber, mehrfach umgesetzt wurden. AKUSTISCHE MESS- UND ANALYSE- VERFAHREN Photoakustische Verfahren und Detektoren zur Spurengasdetektion Bestehende Verfahren zur Gas-Analyse decken eine Reihe von Einsatzbereichen in Forschung und praktischer Anwendung ab. Jedoch erfüllt keines die gewünschte Kombination der Ansprüche Selektivität, Sensitivität und Geschwindigkeit der Detektion mit geringem apparativem Aufwand und zu geringen Kosten. Die Nutzung des photoakustischen Effekts (PA-Effekts) bietet die Chance, diese Lücke zu schließen. Für verschiedene Einsatzgebiete wie Luftchemie (Atmosphäre), Umweltschutz (Partikelemission), Sicherheitstechnik (Gefahrstofferkennung) lassen sich maßgeschneiderte Sensor-Lösungen entwickeln und anwenden. Akustische Leckortung Erfahrungen mit der Schallerzeugung und Wellenausbreitung in Rohrleitungen sowie fortschrittlicher Signalanalyse führten zu einem neuartigen Konzept für Leckortung, das die herkömmlichen Horchverfahren (mit Hörstab, Stethoskop, Geophon) verfeinert und ersetzt. Akustische Messinstrumente für Entwicklung und Qualitätssicherung Bei Laborversuchen in Forschung und Entwicklung wie auch in der Qualitätsprüfung von Material- oder Produkteigenschaften lassen sich bei akustischen 6

7 Ihr Ansprechpartner Prof. Dr.-Ing. Philip Leistner Abteilungsleiter Telefon Fax Messungen durch den Einsatz PCgestützter Mess-Systeme häufig Zeit und Kosten einsparen. Ein neuartiger Impedanzkanal zur Bestimmung der Schallabsorption von Materialien und Bauteilen zeigt dies besonders deutlich: Die direkte Verknüpfung mit einer Berechnungssoftware ermöglicht konkrete Optimierungsschritte. PSYCHOAKUSTIK UND KOGNITIVE ERGONOMIE Die akustischen Bedingungen in Räumen und Gebäuden beeinflussen Leistungsfähigkeit und Empfinden. Immer mehr Menschen arbeiten in Büroräumen, d. h. vorwiegend mit Wissen und Informationen. Mit den Methoden der kognitiven Ergonomie werden Arbeitssysteme hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, aber auch des Behaglichkeitsempfindens der Menschen untersucht und optimiert. Die Analyse der für Konzentration und Kommunikation wichtigen kognitiven Prozesse, z. B. Gedächtnis, Aufmerksamkeit oder Schlussfolgern, führt zu geeigneten akustischen Gestaltungskriterien und technologischen Lösungen. Die psychoakustische Bewertung der Wirkung von Geräuschen, die durch die bauliche und technische Umgebung verursacht werden, führt zu Erkenntnissen, mit denen sich akustische Gestaltungsziele präzisieren lassen. Es gilt, konkrete Erwartungen zu erfüllen und hohe Akzeptanz zu erreichen. Von diesem akustischen Design profitieren nicht nur Luxuslimousinen und Haushaltsgegenstände, auch die Qualität von Systemen und Bauteilen in Gebäuden wird hörbar erhöht. AKKREDITIERTE PRÜFSTELLE BAU- AKUSTIK / SCHALL- IMMISSIONSSCHUTZ Vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) zugelassene sachverständige Prüfstelle der Gruppe I für die Durchführung aller bauakustischen Eignungsund Güteprüfungen nach DIN Die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) hat dem Prüflabor Bauakustik und Schallimmissionsschutz als höchste Akkreditierungsstufe nach DIN EN / ISO / IEC die sogenannte Flexible Akkreditierung verliehen. Unsere Auftraggeber beauftragen also ein Prüfinstitut, dessen hohe Kompetenz von neutraler Stelle regelmäßig kontrolliert und bestätigt wird. Bauakustik Bestimmung akustischer Kenndaten von Bauteilen, Konstruktionen und Materialien im Labor und in ausgeführten Bauten Geräuschverhalten von Armaturen und Geräten der Wasserinstallation, von Musterinstallationen, Abwassersystemen und Installationswänden im Labor und in ausgeführten Bauten Akustische Eigenschaften von Lärmschutzwänden Schallimmissionsschutz Messungen von Geräuschemissionen und -immissionen (Verkehr, Industrie und Gewerbe, Sport, Freizeit und Nachbarschaft), von Geräuschen am Arbeitsplatz Maschinenakustik, Schallleistungsmessungen an Maschinen Erschütterungen BESONDERE VER- SUCHSEINRICHTUNGEN Schalltoter Raum (Freifeldraum) Außengeräusch-Messhalle und Allrad-Rollenprüfstand für Fahrzeuge Prüfstände zur Messung der Luftund Trittschalldämmung sowie der Luft- und Körperschallübertragung von Bauteilen Unterdecken-Prüfstand mit variabler Abhängehöhe Mikrofon-Array zur akustischen Nahfeld-Holographie komplexer Bauteile und Schallquellen Scanning-Laser-Vibrometer Strömungskanäle für akustische und aerodynamische Untersuchungen Schalldämpferprüfstände Prüfanlagen zur Messung von Armatur- und Installationsgeräuschen Messeinrichtung für schalltechnische Kenndaten von Werkstoffen und Bauteilen 7

8 INSTITUT STUTTGART Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Telefon Fax Fraunhofer IBP 2014 STANDORT HOLZKIRCHEN Postfach Holzkirchen Fraunhoferstraße Valley Telefon Fax STANDORT KASSEL Gottschalkstraße 28 a Kassel Telefon Fax STANDORT NÜRNBERG c /o Energie Campus Nürnberg Fürther Straße 250 Auf AEG, Bau Nürnberg Telefon STANDORT ROSENHEIM Fraunhofer-Zentrum Bautechnik c /o Hochschule Rosenheim Hochschulstraße Rosenheim Telefon