Akustische Wirksamkeit alter Lärmschutzwände J. Hübelt, Ch. Schulze, P. Linder, Gesellschaft für Akustikforschung Dresden mbh M. Chudalla, W.

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1 Akustische Wirksamkeit alter Lärmschutzwände J. Hübelt, Ch. Schulze, P. Linder, Gesellschaft für Akustikforschung Dresden mbh M. Chudalla, W. Bartholomaeus, Bundesanstalt für Straßenwesen

2 Hintergrund und Motivation Hintergrund und Motivation Lärmschutzwände (Lsw) dienen Abschirmung von Immissionsorten im Schattengebiet im Laufe des Lebenszyklus Beeinträchtigung der schalltechnischen Wirksamkeit durch diverse Schadensbilder Auswirkungen im Schattengebiet bisher nicht detailliert untersucht Ziel des Vorhabens Untersuchung der Auswirkungen von Beschädigungen auf Schalldämmung von Lsw Bereitstellung eines Katalogs mit konkreten Angaben des Einflusses spezifischer Schäden auf Schalldämmung und Abschirmwirkung von Lsw Grundlage für Abschätzung gezielter Maßnahmen zur Gewährleistung des Schallschutzes an Immissionsorten im Schattengebiet 2

3 Inhalt 1. Definition einer schalltechnischen Einflusszone von Leckagen an Lärmschutzwänden 2. Berechnung des Transmissionsgrads von schlitzförmigen und runden Leckagen 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen und vergleichende Berechnungen einer Test-Lärmschutzwand und von realen Schäden an Lärmschutzwänden 4. Zusammenfassung 3

4 1. Definition einer schalltechnischen Einflusszone von Leckagen Beschreibung der geometrischen Größen zur Ermittlung des Schirmwerts, der Lsw zwischen Quelle und Empfänger 4

5 1. Definition einer schalltechnischen Einflusszone von Leckagen Einfügungsdämmung einer Lärmschutzwand : Mittelungspegel bei freier Schallausbreitung : Mittelungspegel mit Lärmschutzwand Grenze des Einflussbereich mit = 0, : Mittelungspegel durch Transmission durch Lärmschutzwand, : Mittelungspegel durch Beugung über die Oberkante der Lärmschutzwand Einflussbereich,, 10 db 5

6 1. Definition einer schalltechnischen Einflusszone von Leckagen Höhe Lsw: h= 9m h= 3m Draufsicht: Ebene in 2,8 m Höhe über dem Boden berechnete Gesamtbedingung in der Draufsicht mit 0,5 m² großer Leckage mit = 0,4; Höhe der Leckage: 2,5m blau: Grenze des Einflussbereich mit = 0 symmetrisch um Leckage hinter Lsw 0, 10 db, 6

7 1. Definition einer schalltechnischen Einflusszone von Leckagen = 0,4 = 1 Höhe Lsw: h= 9m, Ebene in 2,8 mhöhe über dem Boden, berechnete Gesamtbedingung in der Draufsicht mit 0,5 m² großer Leckage; Höhe der Leckage: 2,5m blau: Grenze des Einflussbereich mit = 0 symmetrisch um Leckage hinter Lsw 0, 10 db, 7

8 2. Berechnung des Transmissionsgrads von Leckagen Querschnitt von Wand mit runder und schlitzförmiger Leckage MECHEL,F.,P.: The acoustic sealing of holes and slits in walls. Journal of Sound and Vibration,

9 2. Berechnung des Transmissionsgrads von Leckagen Frequenzfaktor! "# $ % Geometriefaktor & '( # Widerstandsfaktor ) *# + % Massefaktor, - % # Vergleich der spektralen Schalldämmmaße für runde Leckage mit Absorberfüllung (X = 1) und ohne Abschlusskappe für verschiedene Geometriefaktoren A nachmechel,f.,p.: The acoustic sealing of holes and slits in walls. Journal of Sound and Vibration,

10 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen t B S M h B d S d M h S Messaufbau zur In-situ-Bestimmung des Schalldämmungsindex von Lsw gemäß DIN EN

11 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen aufgebaute intakte Test-Lsw und Leckagefenster 11

12 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen SI in db gemessener bzw. berechneter Schalldämmindex der Lsw ohne bzw. mit schlitzförmiger Leckage 12

13 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen Schallfeldsimulation für Mittelungspegel Freifeldausbreitung ausgehend von einer Punktschallquelle in Draufsicht 13

14 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen Schallfeldsimulation für Mittelungspegelfür Beugung über die Oberkante einer Lsw ausgehend von einer Punktschallquelle in Draufsicht 14

15 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen Schallfeldsimulation für Mittelungspegel bedingt durch Transmission durch runde Leckage in Lsw ausgehend von Punktschallquelle in Draufsicht 15

16 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen Schallfeldsimulation für Einflussbereich,, 10 dbfür runde Leckage in Test-Lsw mit Punktschallquelle 0, 10 db, 16

17 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen Schallfeldsimulation für Einflussbereich,, 10 dbfür runde Leckage in Test-Lsw mit Linienschallquelle 0, 10 db, 17

18 3. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen d SI in db Beispiel für realen Schaden: gemessener bzw. berechneter Schalldämmindex der Lsw ohne bzw. mit runder Leckage mit Abschlusskappe (Dichte = 1.0 g/cm³, Dicke 0.5 mm) 18

19 4. Zusammenfassung 1. Untersuchung des schalltechnischen Einflussbereiches von Leckagen durch: a. Modellierung des Transmissionsgrads einer Leckage nach MECHEL b. Durchführung von in situ Messungen an Modell Lärmschutzwänden und an realen Lärmschutzwänden 2. Ausbildung des Einflussbereiches GB von Leckagen an Lärmschutzwänden abhängig von: a. Abstand der Leckage zu Schirmkrone und effektiver Höhe der Lärmschutzwand b. Transmissionsgrad und Größe der Fläche (Form, Füllung, Dicke der Wand..) der Leckage 3. Bereitstellung eines Katalogs mit konkreten Angaben des Einflusses spezifischer Schäden auf Schalldämmung und Abschirmwirkung von Lärmschutzwänden 4. Ergebnisse der Arbeiten ermöglichen die Planung von Reparaturen auf der Basis von akustischen Kriterien 19

20 Vielen Dank für Ihr Interesse Prof. Dr.-Ing. J. Hübelt Gesellschaft für Akustikforschung Dresden mbh Diesem Bericht liegen Teile des im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen, unter FE /2015/IRB laufenden Forschungsvorhabens zugrunde. Die Verantwortung für den Inhalt liegt allein beim Autor. This report is based on parts of the research project carried out at the request of the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure, represented by the Federal Highway Research Institute, under research project No /2015/IRB. The author is solely responsible for the content. 20

21

22 Ausbreitungsmodell Boden- und Meteorologiedämpfung Dämpfung durch Boden und Meteorologie im vertikalen Querschnitt 22

23 Messung von Schalldämmung und Schallabsorption in situ Messungen an der Test-Lsw Messaufbau an Test-Lsw bestehend aus Quelle, Mikrofongitter und zwei Einzelmikrofonen 23

24 Schäden an Lärmschutzwänden Modell zur Beschreibung des Transmissionsgrads von Schäden Frequenzfaktor! "# $ % Geometriefaktor & '( # Widerstandsfaktor ) *# + % Massefaktor, - % # 24

25 Berechnung der Wirkung einer Lsw Schallausbreitung an Lsw ohne Transmission nach RLS-90 Schalldruckpegel bei installierter Lsw,,,. /, 0/, Schalldruckpegel bei freier Schallausbreitung,,,. /, 12,,. Einfügungsdämmung Lsw ohne Transmission 89:/ 7,/, 10lg 610 ;< 7,/, 10lg 610 ;< => 25

26 JH1 2. Messtechnische Untersuchungen an Leckagen SI in db gemessener bzw. berechneter Schalldämmindex der Lsw ohne bzw. mit runder Leckage 26

27 Folie 26 JH1 Warum negative Werte bei Hz

28 Berechnung der Wirkung einer Lsw Schallausbreitung an Lsw mit Transmission Einfügungsdämmung Lsw mit Transmission Einfluss einer Leckage innerhalb Lsw auf Einfügungsdämmung intakter Lsw C D Einfluss einer Leckage innerhalb Lsw auf Gesamtimmissionspegel hinter intakter Lsw D C 27

29 Berechnung der Wirkung einer Lsw Schallausbreitung an Lsw mit Transmission Definition eines akustisch kritischen Bereichs hinter der Leckage innerhalb der Lsw,, 10 db Gesamtbedingung,, 10 db Gesamtimmissionspegel am Empfänger infolge Schallbeugung, 10lg ,E/, ;< => db Gesamtimmissionspegel am Empfänger infolge Schalltransmission durch Lsw 7,F/,G,, 10lg 6610 ;< => db H 28

30 Messung von Schalldämmung und Schallabsorption in situ Messungen an der Test-Lsw SI in db Schalldämmungsindex der intakten Wand aus Messung und Berechnung 29

31 2. Berechnung des Transmissionsgrads von Leckagen Frequenzfaktor! "# $ % Geometriefaktor & '( # Widerstandsfaktor ) *# + % Massefaktor, - % # Vergleich der spektralen Schalldämmmaße für runde Leckage ohne Absorberfüllung und ohne Abschlusskappe für verschiedene Geometriefaktoren A nachmechel,f.,p.: The acoustic sealing of holes and slits in walls. Journal of Sound and Vibration,

32 Messung von Schalldämmung und Schallabsorption in situ Messungen an der Test-Lsw SI in db in verschiedenen Höhen gemessener Schalldämmungsindex der intakten Test-Lsw 31

33 Ausbreitungsmodell Schallfeldsimulation für Überlagerung aus Beugung und Transmission mit Linienschallquelle GesamtbedingungGB für runde Leckage in Test-Lsw mit Linienschallquelle im ursprünglichen Ausbreitungsmodell 32

34 Reale Schäden an Lärmschutzwänden Beispiele für typische Schäden an Lärmschutzwänden typische an Lärmschutzwänden auftretende Beschädigungen 33

35 Reale Schäden Loch in Glas-Lärmschutzwand Loch mit Rissen in Glas-Lsw 34

36 Reale Schäden beschädigter Absorber von Aluminium-Lärmschutzwand fehlende vorderseitige Aluminium-Schale, beschädigter Absorber und Rückwand intakt von Aluminium-Lsw 35

37 Reale Schäden Schlitz in Holz-Lärmschutzwand SI in db In-situ-Messergebnis mit und ohne Spalt in der Rückwand 36

38 Reale Schäden fehlender Absorber und Schlitz in Rückseite von Aluminium-Lärmschutzwand SI in db In-situ-Messergebnis mit und ohne fehlenden Absorber und Vorderseite sowie mit Spalt in der Rückwand 37

39 Erkenntnisse aus Schadenskatalog Übliche Wirkung der verschiedenen Parameter auf den Einflussradius Einflussradius der betrachteten Leckagen im Allgemeinen vergrößert, wenn sich der Transmissionsgrad der Leckage erhöht die Querschnittsfläche der Leckage vergrößert die mittlere Höhe der Leckage verringert die Höhe der Lärmschutzwand zunimmt zwischen Leckagen verschiedener Formen Parallelen bezüglich Einflussradius erkennbar vertikaler Schlitz horizontaler Schlitz bei gleicher mittlerer Höhe und Wirkbreite runde Leckage schlitzförmige Leckage bei gleicher mittlerer Höhe und Wirkfläche 38

40 Schäden an Lärmschutzwänden Statistik zu Lärmschutzwänden Aluminium Beton transparente Materialien Holz Gabionen Gitterdämmsystem sonstigen Materialien Prozentuale Verkaufszahlen eines einzelnenherstellers von Lsw in den Jahren 2007 bis 2016 aufgeschlüsselt nach Material 39

41 Ausbreitungsmodell Schallfeldsimulation für Überlagerung aus Beugung und Transmission mit Punktschallquelle Einfügungsdämmung der intakten Lsw mit Punktschallquelle 40