MESSEN WAS MAN NICHT HÖRT

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1 MESSEN WAS MAN NICHT HÖRT Matthias Brechbühl Dr.sc.techn ETH Norsonic Brechbühl AG 3415 Rüegsauschachen

2 Inhalt Die Schallschnelle Das Arbeitsprinzip Richtwirkung Eigenschaften Herstellung der u Sensoren pu Sensoren Linearisierung Anwendungen: Scan & Listen PU In situ Absorption Scan & Paint

3 Schallschnelle Mikrofone messen Schalldruck Unser Ohr hört Schalldruck Microflown misst Teilchengeschwindigkeit (Schallschnelle)

4 Analogien Akustik < > Elektrotechnik Schalldruck < > Spannung Schallschnelle < > Strom Schallpegelmesser < > Voltmeter Schallschnellemesser < > Ampèremeter (Schallintensitätsmeter) < > Wattmeter

5 Unterschied Druck und Schnelle Druckwelle

6 Unterschied Druck und Schnelle Schalldruck Schallschnelle

7 Microflown SEM Bild: zwei geheizte Drähte Das Arbeitsprinzip

8 Das Arbeitsprinzip velocity ΔT[k] output 0 upstream downstream distance

9 Die Richtwirkung

10 Oberflächengeschwindigkeitsmessung Kein Hintergrundsgeräusch und keine Reflexionsprobleme Geringe Schnelle und hoher Schalldruck Hohe Schnelle und geringer Schalldruck

11 Produktion Mems basierte Sensoren Im Reinraum werden die vielen kleinen Elemente auf einem Waver produziert.

12 Elemente mit Anschlussdraht

13 Standart Schnelleprobe Scanning Probes 1D Schnelle Für kleine Objekte Auch für hohe Temparaturen Kontaktlose Vibrationsmessung

14 Druck/Schnelle (pu) Proben

15 Standard pu Proben Messung von p und u 1D Schallintensität Impedanz

16 3D pu Proben 3D Schallschnelle 3D Schallintensität

17 Speisegeräte mit Sensorlinearisierung Standard signal conditioner

18 Microflown Sensor VORTEILE: Direkte Messung der Schallschnelle Deckt den ganzen Frequenzbereich mit einer Messung ab Sehr klein Vektorielle Messung NACHTEILE: Eigenrauschen Kalibrierung

19 Wie hört sich Schallschnelle an? Das Ausgangssignal des Schnellesensors kann elektrisch verstärkt, linearisiert und angehört werden (System Scan & Listen) Vorteile: Richtwirkung vektorielle Grösse Weniger Hintergrundgeräusche Dadurch ergeben sich neue interessante Möglichkeiten.

20 Druck und Schnelle anhören Gong Versuch mit Gong und Stahlplatte Stahlplatte schwingt nur wenig p und u werden vor beiden Objekten aufgezeichnet Zwei Messungen eine Messung mit Hintergrundsgeräusch eine Messung ohne Hintergrundsgeräusch pu Sensoren

21 Druck und Schnelle anhören ohne Hintergrundsgeräusch Stahlplatte Gong

22 Druck und Schnelle anhören mit Hintergrundsgeräusch Stahlplatte Gong

23 Druck und Schnelle anhören Beispiel : Schalldruck und Schnelle einer kleinen Quelle

24 Druck und Schnelle anhören Beispiel : Schalldruck und Schnelle einer kleinen Quelle mit Hintergrundsgeräusch

25 Scan & Listen

26 Scan & Listen

27 Wie lässt sich die Kombination von Druck und Schnelle anwenden? Akustische Impedanz = Druck / Schnelle = p / u daraus lässt sich die Absorption von Materialien ableiten Akustische Intensität = Druck * Schnelle = p * u daraus kann die Schallleistung direkt gemessen werden

28 PU In situ Absorption: loudspeaker h s PU probe h acoustic sample R=1 backplate

29 In situ Absorption l Impedanz ist das Verhältnis von Druck und Schnelle impedance : Z = p u reflection : R = Z Z ρc + ρc absorption : α = 1 R 2 Diese Formeln sind vereinfacht. In Realität werden komplexere Verfahren, basierend auf verschiedenen Wellenmodellen berechnet.

30 In situ Absorption: Messungen in einem Fahrzeug

31 Scan & Paint Schalldruck und Schallschnelle werden mit der PU Sonde simultan erfasst und einem Videobild überlagert

32 Scan & Paint Als Ergebnis entsteht eine Lärmkarte über den gescannten resp. ausgewerteten Bereich

33 Scan & Paint: Messablauf

34 Scan & Paint: Eigenschaften und Möglichkeiten Breitbandig von 20 Hz 20 khz Automatische Synchronisation der Messungen mit den aufgezeichneten Videodaten Messung in der normalen Anwendungsumgebung der Quellen Hochauflösende Kartendarstellung für: Partielle Schallschnelle Schalldruck Schallintensität (Absorption)

35 Scan & Paint Grosse Gasturbine Auswahl der Messpunkte an der Gehäuse-Rückwand

36 Karte der Schallschnelle bei 65Hz Scan & Paint

37 Scan & Paint Automobilindustrie

38 Scan & Paint Messpunkte an der Gehäusewand Schallschnellekarten bei verschiedenen Frequenzen