ISO 10534 Akustik – Bestimmung des Schallabsorptionskoeffizienten und der Impedanz in Impedanzrohren

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ISO 10534 Akustik – Bestimmung des Schallabsorptionskoeffizienten und der Impedanz in Impedanzrohren“ besteht aus Unterabschnitten, die unter demselben Titel veröffentlicht wurden.

• ISO 10534-1 Teil 1: Verfahren unter Verwendung des Stehwellenverhältnisses beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung des Schallabsorptionskoeffizienten, des Reflexionsfaktors und der Oberflächenimpedanz bzw. der komplexen Oberflächenleitfähigkeit von Materialien und Objekten. Die Werte für das normale Schallereignis werden durch Auswertung des Stehwellenmusters einer ebenen Welle in einem Rohr ermittelt, das durch die Überlagerung der einfallenden sinusförmigen ebenen Welle mit der vom Prüfobjekt reflektierten ebenen Welle entsteht.

Mit diesem Verfahren kann der Schallabsorptionsgrad von Schallabsorbern für normale Schallphänomene ermittelt werden. Es kann auch verwendet werden, um die akustische Oberflächenimpedanz oder die komplexe Oberflächenleitfähigkeit von schallabsorbierenden Materialien zu bestimmen. Es eignet sich gut für Parameterstudien und den Entwurf von Schallabsorbern, da nur kleine Proben des absorbierenden Materials benötigt werden.

Es gibt einige charakteristische Unterschiede zwischen dieser Methode und der Messung der Schallabsorption im Echoraum. Mit der Impedanzrohrmethode kann neben der Impedanz bzw. dem komplexen Leitwert auch der Reflexionsfaktor bestimmt werden. Normalerweise trifft der Schall auf die Oberfläche des Objekts. Mit der Hallraummethode wird der Schallabsorptionsgrad für zufällige Schallereignisse (unter idealen Bedingungen) ermittelt.

Das Impedanzrohrverfahren basiert auf der Existenz einer ebenen einfallenden Schallwelle und liefert unter dieser Voraussetzung genaue Werte (abgesehen von Mess- und Einbaufehlern). Die Ermittlung des Schallabsorptionsgrades in einem Hallraum basiert auf einer Reihe vereinfachender und näherungsweisen Annahmen hinsichtlich des Schallfeldes und der Größe des Absorbers. Aus diesem Grund werden manchmal Schallabsorptionskoeffizienten über 1 erreicht.

Für die Impedanzrohrmethode sind Prüflingsproben in der Größe der Querschnittsfläche des Impedanzrohrs erforderlich. Das Echokammerverfahren erfordert relativ große Prüfobjekte und kann auch auf Prüfobjekte mit ausgeprägten Strukturen in seitlicher oder vertikaler Richtung angewendet werden. Messungen mit solchen Objekten im Impedanzrohr sollten mit Vorsicht interpretiert werden.

Diese Norm räumt numerischen Auswerteverfahren gegenüber grafischen Verfahren den Vorrang ein, da davon ausgegangen wird, dass Computer zur Verfügung stehen, die diese Berechnungen durchführen können. Einige der Mengen in der Formel sind komplex. Die Argumente trigonometrischer Funktionen liegen im Bogenmaß vor.

• ISO 10534-2 Teil 2: „Zwei-Mikrofon-Technik für normalen Schallabsorptionskoeffizienten und normale Oberflächenimpedanz“ beschreibt ein Prüfverfahren, bei dem ein Impedanzrohr, zwei Mikrofonpositionen und ein Frequenzanalysesystem verwendet werden, um den Schallabsorptionskoeffizienten von schallabsorbierenden Materialien bei normalem Schalleinfall zu bestimmen. Es kann auch angewendet werden, um die akustische Oberflächenimpedanz oder den komplexen Oberflächenleitwert von schallabsorbierenden Materialien zu bestimmen. Als Erweiterung kann es auch verwendet werden, um die intrinsischen Eigenschaften homogener akustischer Materialien zu bewerten, wie z. B. charakteristische Impedanz, charakteristische Wellenzahl, dynamische Massendichte und dynamischer Volumenmodul.

Dieses Prüfverfahren ähnelt dem in ISO 10534-1 festgelegten Prüfverfahren, da es ein Impedanzrohr verwendet, an dessen einem Ende eine Schallquelle angeschlossen ist und an dessen anderem Ende ein Prüfling auf dem Rohr montiert ist. Allerdings ist die Messtechnik unterschiedlich. Bei diesem Prüfverfahren werden in einem Rohr durch eine Schallquelle ebene Wellen erzeugt. Die Trennung des Interferenzfelds wird dadurch erreicht, dass der Schalldruck an zwei festen Punkten mithilfe von an der Wand montierten Mikrofonen oder einem im Rohr befindlichen Kreuzkopfmikrofon gemessen wird. Anschließend werden die komplexe akustische Übertragungsfunktion und die im vorherigen Absatz angegebenen Größen berechnet. Dieses Prüfverfahren soll eine alternative und im Allgemeinen deutlich schnellere Messtechnik zum ISO-Standard 10534-1 bieten.

Normal einfallende Absorptionskoeffizienten aus Impedanzrohrmessungen können nicht mit zufällig einfallenden Absorptionskoeffizienten verglichen werden, die in Echokammern gemäß der Norm ISO 354 gemessen werden. Mit der Hallraummethode wird der Schallabsorptionsgrad bei gestreutem Schalleinfall (unter idealen Bedingungen) ermittelt. Allerdings erfordert die Echokammermethode recht große Testproben. Die Impedanzrohrmethode ist auf Untersuchungen bei senkrechtem und ebenem Einfall beschränkt und erfordert Prüfobjektproben von der gleichen Größe wie die Querschnittsfläche des Impedanzrohrs. Bei Materialien, die nur lokal reagieren, können die Absorptionskoeffizienten des gestreuten Schalls aus den Messergebnissen der Impedanzrohrmethode abgeschätzt werden.

Für die Zwecke dieser Standards gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• Der Schallabsorptionskoeffizient ist das Verhältnis der in die Oberfläche des Testobjekts eintretenden Schallleistung (ohne Rücklauf) zur einfallenden Schallleistung bei einer ebenen Welle bei senkrechtem Einfall.
• Der Schalldruckreflexionsfaktor bei senkrechtem Einfall ist das komplexe Verhältnis der Druckamplitude der reflektierten Welle zur einfallenden Welle in der Referenzebene für eine ebene Welle mit senkrechtem Einfallswinkel.
• Die Referenzebene ist der Abschnitt des Impedanzrohrs, an dem der Reflexionsfaktor bzw. die Impedanz oder der komplexe Leitwert bestimmt wird und ist normalerweise die Oberfläche flacher Testobjekte.
• Die Feldimpedanz ist das Verhältnis des Schalldrucks an einem Punkt im Schallfeld zur Partikelgeschwindigkeit in Richtung des Testobjekts.
• Die Impedanz in der Referenzebene ist das Verhältnis des Schalldrucks zur Geschwindigkeit des Schallteilchens in der Referenzebene.
• Der Schallabsorptionskoeffizient bei senkrechtem Einfall ist das Verhältnis der im Inneren des Prüfobjekts verteilten Schallleistung zur einfallenden Schallleistung einer ebenen Welle bei senkrechtem Einfall. Eine ebene Welle beschreibt hier eine Welle, deren Wert zu jedem Zeitpunkt in jeder Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung konstant ist. Der Normaleinfall definiert die Richtung der längsten Achse des Impedanzrohrs.
• Der Reflexionskoeffizient des Schalldrucks bei senkrechtem Einfall ist das komplexe Verhältnis der Schalldruckamplitude der reflektierten Welle zur Amplitude der einfallenden Welle auf der Referenzebene für eine ebene Welle bei senkrechtem Einfall.
• Die Referenzebene ist der Abschnitt des Impedanzrohrs, an dem der Reflexionsfaktor bzw. die Impedanz oder der komplexe Leitwert bestimmt wird und ist normalerweise die Oberfläche des Testobjekts, wenn es flach ist.
• Die normale Oberflächenimpedanz ist das Verhältnis des komplexen Schalldrucks zur normalen Komponente der komplexen Schallpartikelgeschwindigkeit bei einer einzelnen Frequenz, die in der Referenzebene als 0 definiert ist. Der Partikelgeschwindigkeitsvektor hat eine positive Richtung, die ins Innere des zu testenden Objekts zeigt.

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Rahmen werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen nach der Norm „ISO 10534 Akustik – Bestimmung des Schallabsorptionsgrades und der Impedanz in Impedanzrohren“ angeboten.