Robotergestützte 3D-Scanning-Laser-Doppler-Vibrometrie an einer omnidirektionalen Schallquelle zur Lärmschutzüberprüfung
Lärmschutz spielt sowohl im beruflichen als auch im privaten Bereich eine wichtige Rolle. Um erforderliche oder bereits getroffene Maßnahmen zur Lärmsenkung prüfen zu können, werden Luftschallmessungen durchgeführt. Die zugrundeliegende Schallerzeugung erfolgt hierbei typischerweise mittels omnidirektionalen Schallquellen – also hochentwickelten 360°-Lautsprechern – welche eine gleichmäßige Schallabstrahlung von einer Punktquelle in alle Richtungen gewährleisten sollen.
Diese innovative Schallquelle eines Dodekaeders dient speziell dem Anwendungsbereich der Raum- und Bauakustik, um beispielsweise Wände auf ihre Schallisolierung zu untersuchen. Damit hohe Schallemissionen über einen möglichst großen Frequenzbereich erzeugt werden können, ist es erforderlich, dass alle integrierten Einzellautsprecher phasensynchron schwingen. Hierbei spielt vor allem die Strukturdynamik der Membranen die entscheidende Rolle, da sie über deren Schwingcharakteristik und damit über das letztliche Abstrahlverhalten jedes Lautsprechers entscheidet.
Die Qualität eines solchen Lautsprechers wird in erster Linie durch eine gleichförmige Abstrahlung bestimmt. Dies wird durch die Amplitudenverhältnisse und die Phasenbeziehungen zwischen den Einzellautsprechern beschrieben. Die automatische Strukturmessstation RoboVib® ermöglicht diese vollständige Schwingungscharakterisierung am omnidirektionalen Lautsprecher der Firma NTEK S.R.L., in Form eines Dodekaeders, aus allen Richtungen.
Betriebsschwingformanalyse an Lautsprecher
Der Versuchsaufbau
RoboVib® fährt hierbei unterschiedliche Positionen an, um jeden Lautsprecher optimal erfassen zu können. Während dem Verweilen in jener dieser Positionen wird mit drei synchronisierten Lasern ein Vibrometer-Scan auf der Oberfläche des jeweiligen Lautsprechers durchgeführt, bevor die Messköpfe dann automatisch zum nächsten Lautsprecher weiterfahren.
Direkte 3D-Visualisierung der Messergebnisse
Als Ergebnis erhält man eine Animation aller Scanpunkte, die Auskunft über Amplitude und Phase jedes Scanpunktes gibt. Wie in der Abbildung 2 dargestellt, lässt sich des Weiteren die RMS-Wert-Verteilung (engl. root mean square, deutsch quadratisches Mittel bzw. Effektivwert) der Geschwindigkeitsamplituden anzeigen. Dank hochaufgelöstem Messgitter lassen sich die Schwingformen des Lautsprechers, die mit zunehmender Frequenz immer komplexer werden, sofort im Anschluss zur Messung visualisieren.
Zur Beurteilung der Phasensynchronität zwischen den verschiedenen Lautsprechern dient ein Vergleich der orthogonalen Schwingung im Zentrum jeder Membran. Hierbei zeigen sich neben den dargestellten Amplitudengängen auch die Phasengänge, mit einem der Lautsprecher als Phasenreferenz.
Die Performance des Dodekaeders hängt neben der Synchronität der einzelnen Lautsprecher auch von der mechanischen Festigkeit und Robustheit des Gehäuses ab. Hier zeigt ein Vibrometer-Scan mit RoboVib® das vibrationsarme Schwingverhalten des Dodekaeder-Gehäuses im Vergleich zu einem der Lautsprecher.
Ein Vorteil der robotergestützten Laser-Scanning-Vibrometrie zeigt sich, insbesondere im Vergleich zu alternativen Messmethoden wie beispielsweise aufzuklebende Beschleunigungsaufnehmer, in der unbegrenzt hohen räumlichen Auflösung. Zudem stellt die hochgenaue Lasermessung unverfälschte Ergebnisse sicher, indem sie berührungslos und somit massefrei arbeitet. Diese unbeeinflussten Messergebnisse werden in der intuitiv zu bedienenden Auswertesoftware als animierte 3D-Betriebsschwingformen visualisiert und bestätigen den Entwicklern und Testingenieuren des NTEK Dodekaeders ein einwandfreies Schwingverhalten.
Wir bedanken uns bei NTEK S.R.L. für die aufschlussreiche Zusammenarbeit.
Bildnachweise: Soweit nachfolgend nicht anders aufgeführt bei der Polytec GmbH.
