Schallmessungen in Strömungen. Messverfahren und Praxisbeispiele

Ähnliche Dokumente
Strömungsschall in der industriellen Praxis

Akustische und aerodynamische Vermessung einer PKW-Auslassdüse

Anwendungs hinweise Application hints

Bestimmung des Schallabsorptionsgrades im Impedanzrohr nach DIN EN Holzfaserdämmplatte Typ holzflex040 Fabrikat HOMATHERM

3. Leistungsdichtespektren

AEROAKUSTISCHE ARBEITEN AM INSTITUT FÜR FLUID- UND THERMODYNAMIK DER UNIVERSITÄT SIEGEN. Prof. Dr.-Ing. Th. Carolus und Mitarbeiter

Statistische Methoden bei der Fahrzeuggeräuschmessung

Technische Daten /Techn. Terms Bedingungen/Conditions Wert/Value

Physik für Biologen und Zahnmediziner

Umströmungsgeräuschen Zwischentitel für ein neues Unterkapitel

Messungen der Luftschalldämmung bei tiefen Frequenzen ab 50Hz

Energiewende und Lärmschutz

Infraschall und tieffrequente Geräusche an Windenergieanlagen (WEA) Dipl.-Geophys. Bernd Dörries

Shock pulse measurement principle

JBR/ /BVV 21 februari Auftraggeber: Incatro B.V. Roerderweg 39a NL 6041 NR ROERMOND. Kontaktperson: Herr C.

AM/FM/ϕM-Messdemodulator FS-K7

Einfluss von Meteorologie und Wald auf die Schallausbreitung Arthur Schady 1, Astrid Ziemann 2, Dietrich Heimann 1

Vergleichbarkeit von Mikrofon-Array Messungen in offenen und geschlossenen Windkanälen

Seminar Akustik. Aufgaben zu Teil 1 des Skripts Uwe Reichel, Phil Hoole

Gewebe Zetacoustic. Prüfung der Schallabsorption nach DIN EN ISO 354. Prüfbericht Nr. M102794/07

Zusammenfassung. f m v. Überschall. Interfernzφ. Stehende Welle. Chladnische Klangfiguren. Quelle

Zusammenfassung. f m v. Interfernzφ. Chladnische Klangfiguren. oberes Vorzeichen: Objekte bewegen sich aufeinander zu

Breitbandlärmentstehung aufgrund von instationären Spaltwirbelsystemen an einer Axialverdichter-Statorstufe

Temperaturabhängigkeit: ca. + 0,6 m/s pro C

Grundlagen der Akustik

Kommunikationstechnik I

Counterflow Heat Recovery Fan

Technische Voraussetzungen zur objektiven Schallwiedergabe. Dipl.-Ing. Armin Rohnen Akustik-Analyse BMW AG Werk Regensburg

F.A.S.T. mit Peerless FR35-8 und Visaton W130S-8

P1-24 AUSWERTUNG VERSUCH AEROMECHANIK

Kolloquium Fluidenergiemaschinen

Wie sicher ist die Schallimmissionsprognose für Windenergieanlagen nach den LAI-Hinweisen von 2005?

Messung und Darstellung von Infraschall abweichend von der DIN45680

Simulating the Idle: A New Load Case for Vehicle Thermal Management

Einführung in die Messung von SCHALLLEISTUNG basierend auf der Meßtechnik mit

Beeinträchtigt der durch Windenergieanlagen verursachte Infraschall die Gesundheit?

Physik & Musik. Dopplereffekt. 1 Auftrag

Summary Details for Performance, Duration and Acoustic Measurements for the. Aircon 10S Wind Turbine. UK MCS Certification Summary

15:58. Medien Technik. Medientyp Audio. Schnecke. Hörnerv. Eustachisches Rohr (Druckausgleich)

Schallmessung (Geräuschmessung)

Akustische Phonetik. Uwe Reichel, Phil Hoole IPS, LMU München

Aerodynamische und aeroakustische Messungen am Windkanal zur Validierung numerischer Simulationen

Frequenzbewertung von Luftschallsignalen

Klappenlärm im Fahrwerksnachlauf

Gewebe Capri. Prüfung der Schallabsorption nach DIN EN ISO 354. Prüfbericht Nr. M111250/17

VERSTÄRKER. Pulsar Series 03/03. Pulsar 4 XL Pulsar 1 XL. Pulsar 4 Pulsar 2

Neue Detektoren für die Bewertung von Funkstörungen

Versuch 3: Anwendungen der schnellen Fourier-Transformation (FFT)

Rotas Mobil: Geräuschmessungen im Fahrzeug. Optimierung der Korrelation zwischen Prüfstand und Fahrversuch

Kommunikationstechnik I

3. Fourieranalyse und Amplitudenspektren

Diagnose auch bei modernen Windenergieanlagen: Tonhaltigkeit

Numerische Untersuchung der Aeroakustik von Tragflügeln mit Kopfspalt Andreas Lucius, Tim Forster

DIN Messung und Bewertung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft - Stand der Überarbeitung

Empfindlichkeit und Rauschmaß eines DVB T Sticks

Störgeräuschreduktion bei stimmhaften Sprachsignalen

Einführung in die Strömungsmechanik

Lauter Lärm. Lärm - eine Einführung! mil. Luftraumüberwachungsflugzeug

SWISSCLIC PANEL-A creative

SWISSCLIC PANEL-A elegant

Cleanroom Fog Generators Volcano VP 12 + VP 18

Programme (hier können Sie selber üben) Einführung in die Linguistik (Ling 101) WS 2009/10. Wiederholung. Thema heute: Sprachsignale

Klatschen vs. Pfeifen

Meeting/Event name Month date, 2011, Type of event, Country Arial regular size 8 AKUSTIK

BENZ MICRO Ruby 3 Benz Micro Ruby 3

Breitbandige Erfassung von Ultraschallemissionen mit einem laserinterferometrischen Sensor

Akustische Eigenschaften des Viasit Möbelsystems 4

Ein Fledermausruf und was bei uns ankommt

Untersuchungsbericht Nr

Licht & Akustik.

Vom Bierschaumzerfall zur Nachhallzeit

Physik Protokoll - Akustische Wellen in der Messleitung. André Grüneberg Janko Lötzsch Versuch: 11. Juni 2001 Protokoll: 24.

2. Übungstest aus Physik für ET A

Auswertung dynamischer Druckdaten von Experimenten an der HF- Brennkammer mit der Hilbert-Huangund der Fourier-Transformation

Physikalisches Praktikum 2. Semester Elektrotechnik. Versuch 4 Messung der Schallgeswindigkeit

Fachhochschule Dortmund FB Nachrichtentechnik ASM - Prakt. Versuch 8: Schalldämpfungsmessungen SS 200

Biologische Übungen III Donnerstag, Kurs 5 Hören. Susanne Duncker Anja Hartmann Kristin Hofmann

Messung der Schallimmission von Windenergieanlagen mit einem Mikrofonarray

AD Series. Car HiFi. Magnat Audio-Produkte GmbH Lise-Meitner-Str Pulheim Tel: 02234/807-0 Fax 02234/ Info@Magnat.

Technische Beschreibung. ENERCON Windenergieanlagen Hinterkantenkamm (engl. Trailing Edge Serration-TES)

Aufwand und Messunsicherheit bei Volumenstrommessungen in Luftleitungen auf der Baustelle nach DIN EN Prof. Dr.-Ing.

Technische Dokumentation

Maximalpegel- und Verzerrungsmessungen bei Lautsprechern

Versuchsauswertung: P1-26,28: Aeromechanik

Pro Charger 12O SUBWOOFER

Erkennung von Schäden und Eisansatz an Rotorblättern. Workshop Ertragssteigerung durch Rotorblattoptimierung. 2. Juli 2015, Düsseldorf

Schwingungsüberwachung von Gondel und Turm

Herzlich Willkommen. zum Fachvortrag. von Harald Bonsel. ACOUSTICON Hörsysteme GmbH Ihr Spezialist für audiologische Messtechnik

BESTIMMUNG DER SCHALLGESCHWINDIGKEIT IN LUFT BEI 0 C MIT HILFE EINES OSZILLOSKOPS

9. Akustik. I Mechanik. 12. Vorlesung EP. 7. Schwingungen 8. Wellen 9.Akustik

Zehnder ComfoWell 220

Labor für Technische Akustik

Ton Seminar WS 13/14 Ina Medebach, Jonas Schenk. Fahrzeugakustik. Bildquelle:

Wissenswertes über Lärm

Der neue ARD-Mikrofon-Windschutz als Ergebnis des Zusammenwirkens von Gestaltung und Akustik

technical documents for extraction and filter devices type series 220

Meteorological measurements at the Offshore Platform FINO 2 - new insights -

Sinneswahrnehmungen des Menschen

Das Gehirn. Chemie Mechanik. Optik

Transkript:

Schallmessungen in Strömungen Messverfahren und Praxisbeispiele Wilhelm von Heesen MÜLLER-BBM GmbH Niederlassung Gelsenkirchen hsn@mbbm.de, Fon 0209-98308-16 DEGA Workshop Mess- und Analysetechnik in der Fahrzeugakustik 29. und 30.09.2009 FKFS Stuttgart MÜLLER-BBM 1 INHALT Mikrofonvorsätze für Messungen in Strömungen Schaumstoffball (Windschirm) Nasenkonus Schlitzrohrsonde Praxisbeispiele Separation von akustischen und turbulenzbedingten Mikrofonsignalen in einem Baudynamik-Windkanal Identifikation einer Störgeräuschquelle in einem Aeroakustik- Windkanal Störtöne durch einen Sondenträger im Windkanal MÜLLER-BBM 2 1

Beeinflussung des Mikrofonsignals durch Strömung Mikrofone sind Wechseldruckaufnehmer Schallwechseldruck strömungsbedingte Druckschwankungen (unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten) self-noise durch Wirbelablösung am Mikrofon vom Störkörper Mikrofon erzeugt Strömungsturbulenzen in der freien Strömung vorhanden MÜLLER-BBM 3 Mikrofonvorsätze (1) Windschirm offenporiger Schaumstoff (akustisch transparent) verhindert Vordringen der Strömung zum Mikrofon bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten Wirbelablösungen am Windschirm verschiedene Formen Kugel Elipse spezielle Bauformen äußere Hülle aus Stoff (z.b. für Messungen an Windkraftanlagen) MÜLLER-BBM 4 2

Mikrofonvorsätze (2) Nasenkonus vermeidet Wirbelablösung am Mikrofon ( self noise ) muss parallel zur Strömung ausgerichtet sein nur bei laminarer und richtungsstabiler Strömung einsetzbar nicht für Messungen im Freien geeignet im Vergleich zum Windschirm geringere Beeinflussung der Strömung bei schräger Anströmung hochfrequente Wirbelablösung an der scharfen Spitze möglich (Sonderbauformen mit abgerundeter Spitze und langem Körper) kein Schutz vor Strömungsturbulenzen MÜLLER-BBM 5 Mikrofonvorsätze (3) Schlitzrohrsonde (Turbulenzschirm) Rohr mit axialem Schlitz verringert den Einfluss der Strömungsturbulenz auf das Mikrofonsignal MÜLLER-BBM 6 3

Wirkungsweise der Schlitzrohrsonde Ausbreitungsgeschwindigkeit der Turbulenzen in der Strömung Strömungsgeschwindigkeit im Rohr Schallgeschwindigkeit Druck am Mikrofon = Mittelwert der turbulenzbedingten Druckschwankungen entlang des Schlitzes Für Turbulenzstrukturen < Schlitzlänge Druck am Mikrofon Null Der Beitrag der turbulenzbedingten Druckschwankungen zum Mikrofonsignal wird vermindert geringere Wirkung bei großvolumigen (tieffrequenten) Turbulenzstrukturen MÜLLER-BBM 7 Geschwindigkeitsbereiche Geschwindigkeitsbereiche (gemäß ISO 5136:2003) Windschirm 15 m/s Nasenkonus 20 m/s Schlitzrohrsonde 40 m/s ISO 5136:2003: Acoustics Determination of sound power radiated into a duct by fans and other air-moving devices In-duct method. DIN EN ISO 5136:2003 MÜLLER-BBM 8 4

Frequenzgang von drei baugleichen Schlitzrohrsonden 10 frequency correction C2 [db] 5 turbulence screen: #1 #2 #3 0-5 -10 0 2000 4000 6000 00 10000 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 9 Verschmutzung der Schlitzabdeckung 10 Neuzustand Strömungswiderstand R = 1.0 ρc computed -- R=1.0*(rho*c) measured -- TS#1 new 10 nach Messungen in Grubenlüftern Strömungswiderstand R = 1.7 ρc computed -- R=1.7*(rho*c) measured -- TS#1 after one year use frequency correction C2 [db] 5 frequency correction C2 [db] 5 0 0-5 0 1000 2000 3000 4000 00 frequency [Hz] -5 0 1000 2000 3000 4000 00 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 10 5

C2 Schmalbandspektrum und Terzen (R = 1.7 ρ c) MÜLLER-BBM 11 Richtcharakteristik der Schlitzrohrsonde 15 10 5 0 angle of incidence 0 45 90 1 frequency correction C2 [db] -5-10 -15-20 -25-30 0 2000 4000 6000 00 10000 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 12 6

self noise verschiedener Mikrofonvorsätze 15 m/s gemessen in einem leisen Freistrahlwindkanal sound pressure level [db] 90 70 60 40 30 flow speed = 15 m/s turbulence screen nose cone foam ball out of flow 20 10 25 31.5 40 63 100 125 160 200 2 315 400 0 630 0 1000 12 1600 2000 20 31 4000 00 6300 00 10000 120 16000 20000 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 13 self noise verschiedener Mikrofonvorsätze 30 m/s 110 100 90 flow speed = 30 m/s turbulence screen nose cone foam ball out of flow sound pressure level [db] 70 60 40 30 25 31.5 40 63 100 125 160 200 2 315 400 0 630 0 1000 12 1600 2000 20 31 4000 00 6300 00 10000 120 16000 20000 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 14 7

self noise verschiedener Mikrofonvorsätze 45 m/s sound pressure level [db] 120 110 100 90 70 60 flow speed 45 m/s turbulence screen nose cone foam ball out of flow 40 25 31.5 40 63 100 125 160 200 2 315 400 0 630 0 1000 12 1600 2000 20 31 4000 00 6300 00 10000 120 16000 20000 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 15 Oberflächenmikrofon MÜLLER-BBM 16 8

Praxisbeispiel 1 Separation von turbulenten und akustischen Druckschwankungen MÜLLER-BBM 17 Windkanal für aerodynamische Untersuchungen an Bauwerksmodellen MÜLLER-BBM 18 9

Phase (degree) Phase (degree) Phase (degree) Bestimmung der Einfallsrichtung mit zwei Mikrofonen 360 1 0-1 90 seitlich: Phase = 0-360 0 1000 2000 3000 4000 00 Frequency (Hz) Mikro 1 Mikro 2 cosα τ = d c' 2π f Θ 12( f ) = cos( α) d c' von vorn: negativer Phasengradient 360 von hinten: positiver Phasengradient 360 1 1 0 0-1 -1-360 0 1000 2000 3000 4000 00 Frequency (Hz) -360 0 1000 2000 3000 4000 00 Frequency (Hz) MÜLLER-BBM 19 verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten Positiver Phasengradient = Schalleinfall von hinten MÜLLER-BBM 20 10

Mikrofonpositionen Rauhigkeitsfeld Ventilator Rauhigkeitsfeld MÜLLER-BBM 21 Kreuzspektrum - 20 m/s 0-3 khz 0-0 Hz Amplitude 20 m/s 20 m/s Phase 1 bei 3,4 khz 1 bei 142 + Imaginärteil - Kohärenz Richtung: berechnet: gemessen: Turbulenzen: von hinten 1 bei 143 Hz 1 bei 142 Hz Schall: von vorn 1 bei 2,3 khz 1 bei 3,4 khz (!!) (c = 324 m/s α = 0 ) MÜLLER-BBM 22 11

Hauptgeräuschquelle: Flügelspitzen Messwert 1 bei 3,4 khz ergibt einen Einfallswinkel α = 49 Rauhigkeitsfeld MÜLLER-BBM 23 Praxisbeispiel 2 Beseitigung eines Störgeräusches an einem Windkanalgebläse von Heesen, W., Reiser, P., Quellenortung an einem großen Axialventilator, Fortschritte der Akustik - DAGA '89, pp. 631-634, DPG-GmbH, Bad Honnef, Germany, 1989 von Heesen, W., Lindener, N., Neise, W., Elimination of a High-Frequency Narrow-Band Noise Component in a Low-Noise Automobile Wind Tunnel, SAE Paper Nr. 960904, 1996 MÜLLER-BBM 24 12

Sound pressure level (db) Aeroakustik-Windkanal der BMW Technik GmbH A C D B MÜLLER-BBM 25 Störgeräusch im (leeren) Plenum 70 excess noise 60 40 30 10 100 1000 10000 log Frequency (Hz) MÜLLER-BBM 26 13

Einfluss der Gebläsedrehzahl (gemessen am Gebläseaustritt) Sound Pressure Level (db) 110 100 90 km/h 84 rpm 100 km/h 165 rpm 1 km/h 245 rpm 200 km/h 325 rpm 70 60 40 1000 2000 3000 4000 Frequency (Hz) km/h fi 100 km/h: gleiche Gestalt, Pegelzunahme 100 km/h fi 1 km/h: Frequenzverschiebung, Pegelzunahme 1 km/h fi 200 km/h: Pegelabnahme MÜLLER-BBM 27 Einfluss des Schaufelanstellwinkels Sound Pressure Level (db) 90 141 rpm 19 deg. 124 rpm 26 deg. 111 rpm 34 deg. 70 60 1000 2000 3000 4000 Frequency (Hz) starke Veränderung der Gestalt des Spektrums MÜLLER-BBM 28 14

Phase (degree) Phase (degree) Phase (degree) Bestimmung der Einfallsrichtung mit zwei Mikrofonen von vorn: positiver Phasengradient 360 von hinten: negativer Phasengradient 360 1 1 0 0-1 -1-360 0 1000 2000 3000 4000 00 Frequency (Hz) Mikro 1 Mikro 2-360 0 1000 2000 3000 4000 00 Frequency (Hz) 90 seitlich: Phase = 0 360 1 0-1 ACHTUNG: Anderer Analysator als in Folie 19 mit umgekehrten Vorzeichen des Phasenspektrums. -360 0 1000 2000 3000 4000 00 Frequency (Hz) MÜLLER-BBM 29 Quellenortung mit zwei-mikrofon Mikrofon-Sonde A C D B MÜLLER-BBM 30 15

Phasenspektrum, Sonde parallel zur Strömung Quelle befindet sich in der Laufradebene MÜLLER-BBM 31 ebene Welle mit unkorrelierten Störquellen Phasenspektren mit verschiedenem Signal/Rausch-Abstand R MÜLLER-BBM 32 16

Phasenspektrum, Sonde quer zur Strömung Quelle befindet sich an den Flügelspitzen MÜLLER-BBM 33 Abhören mit Stereo-Kopfhörern Microphone A A-weighting Filter Headphones Beobachtungen: Amplitudenmodulation und Frequenz-Sweep Zeitversatz zwischen den Mikrofonsignalen Microphone B A-w eighting Filter Folgerungen: rotierende Quelle eine Schaufel lauter als die anderen Breitband-Charakter verursacht vom Doppler-Effekt Mechanismus ist schmalbandiger Natur (im rotierenden System) MÜLLER-BBM 34 17

messtechnische Bestätigung A B zwei Töne (bzw. Gruppen von Tönen) MÜLLER-BBM 35 Analyse des Zeitsignals microphone A (no averages) microphone A (30 averages) blade #: 5 7 9 11 13 1 3 5 7 9 11 13 1 one revolution of impeller synchronization signal Schaufel Nr. 6 ist am lautesten MÜLLER-BBM 36 18

frequency shift in % Kurzzeit-FFT FFT-Spektren 110 Blade 6 approaching Microphone Blade 6 moving away from Microphone Sound Pressure Level (db) 100 90 lower limit (khz) upper limit (khz) 70 1000 2000 3000 4000 center (khz) Frequency (Hz) frequency shift (%) 1.5 1.9 1.7 12 2.1 2.6 2.4 11 MÜLLER-BBM 37 Doppler-Frequenzverschiebung r S β Source r O Observer 15 10 source at tip source at hub 5 0-5 -10-15 -1-135 -90-45 0 45 90 135 1 azimutal position of source in degree MÜLLER-BBM 38 19

Ursache: Hohlräume in der Stirnseite der Laufschaufeln 2 1 3 4 5 Durchmesser: Nr. 1-4 = 17 mm Nr. 5 = 9 mm MÜLLER-BBM 39 Kopfspalt blade 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 # mm 3.2 2.4 2.0 2.8 2.2 4.0 2.4 2.7 2.7 2.6 2.6 2.8 2.2 1.8 MÜLLER-BBM 40 20

Verschließen der Hohlräume (Messpunkt A) 90 All cavities open Cavity #3 in blade #6 open Cavity #5 in blade #6 open All cavities closed Sound pressure level (db) 70 60 40 1000 2000 3000 4000 Frequency (Hz) MÜLLER-BBM 41 Anblasen der Hohlräume mit Pressluftdüse im Stillstand Blade 6 Cavity 3 1674 Hz Cavity 5 2410 Hz MÜLLER-BBM 42 21

Spektrum im Plenum (Messpunkt D) 70 Sound pressure level (db) 60 40 30 10 100 1000 10000 Frequency (Hz) all cavities open all cavities closed MÜLLER-BBM 43 Praxisbeispiel 3 Störtöne durch einen Sondenträger im Windkanal MÜLLER-BBM 44 22

"seltsame Geräusche" an einem Windkanalgebläse 120 110 Fan at 210 rpm Fan at 270 rpm sound pressure level [db] 100 90 70 60 0 100 200 300 400 0 600 700 0 900 1000 1100 1200 1300 1400 10 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 45 Sondenträger in der Messstrecke MÜLLER-BBM 46 23

Hinterkante des Sondenträgers MÜLLER-BBM 47 Frequenz und Schalldruckpegel (am Gebläse) frequency [Hz] 0 400 300 200 100 frequency for St = 0.16 frequency observed sound pressure level 110 100 90 70 sound pressure level [db] 0 60 0 10 20 30 40 60 70 90 100 flow speed [m/s] MÜLLER-BBM 48 24

Flexible Hinterkante MÜLLER-BBM 49 Gemessene Schalldruckspektren (Messstrecke) 120 sound pressure level [db] 110 100 90 70 as found floppy trailing edge tripped 60 0 1000 2000 3000 4000 00 6000 7000 00 9000 10000 frequency [Hz] MÜLLER-BBM 25