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Unsicherheit bei der Bestimmung der Schallabsorption mithilfe des Kundt’schen Rohres

Grebel, Antje (2020):
Unsicherheit bei der Bestimmung der Schallabsorption mithilfe des Kundt’schen Rohres.
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.25534/tuprints-00011455,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Unsicherheit bei der Bestimmung der Schallabsorption mithilfe des Kundt’schen Rohres
Language: German
Abstract:

Das Kundt’sche Rohr mit zwei Mikrofonen bietet die Möglichkeit, das Spektrum des Schallabsorptionsgrades von Schaumstoffen schnell und kostengünstig zu bestimmen. Die Berechnungsmethode sowie das Vorgehen beim Messen selbst sind in der Norm DIN EN ISO 10534-2 beschrieben. Trotz Normung treten – in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern – starke Abweichungen zwischen den Messungen in berechneten Schallabsorptionsgradspektren auf. Aus der Literatur ist der Einfluss des Durchmessers auf das ermittelte Schallabsorptionsgradspektrum bekannt, wird aber kontrovers diskutiert. In Ringversuchen, d. h. Versuchen zur Bestimmung der Schallabsorption an identischen Materialien in verschiedenen Laboratorien, werden viele Effekte vermischt, weshalb sich aus diesen Untersuchungen keine eindeutigen Parameter mit Einfluss auf das Schallabsorptionsgradspektrum ableiten lassen. Daher wird an einem Polyurethanschaum der experimentelle Messprozess zur Bestimmung des Schallabsorptionsgradspektrums im Kundt’schen Rohr systematisch untersucht. Dabei werden Faktoren identifiziert, die das Ergebnis des Schallabsorptionsgradspektrums beeinflussen: der Durchmesser der Probe, die Probendicke, die Art des Einbaus und des Zuschnitts der Probe und auch die Erfahrung der Person, die die Probe zuschneidet. Zum Überprüfen aller Faktoren wurden verschiedene vollfaktorielle Versuchspläne aufgestellt. Außer der grafischen Auswertung und dem visuellen Vergleich verschiedener gemittelter Schallabsorptionsgradspektren zur Einschätzung eines Einflusses auf das Schallabsorptionsgradspektrum werden Einzahlwerte berechnet, die als Zielgrößen bei der Berechnung von Varianzanalysen verwendet werden. Aus der Bauakustik ist der α_w-Wert als Einzahlwert zur Angabe der Schallabsorption von Dämpfungselementen bekannt. Weiterhin werden außer dem arithmetischen Mittelwert der berechneten Absorptionsgrade, die klassischen Kennzahlen einer Kurvenanalyse genutzt: mittlere absolute Abweichung, Varianz, Schiefe und Wölbung. Die Varianzanalyse zeigt, ob Parameter einen Einfluss haben oder nicht. Eine anschließende Effektberechnung zeigt, wie groß der Einfluss der getesteten Parameter tatsächlich ist. Der visuelle Vergleich von Absorptionsgradspektren ermöglicht detaillierte Aussagen zu Einflüssen der Faktoren auf das Spektrum in bestimmten Frequenzbereichen. Durch die Berechnung von Einzahlwerten aus dem Spektrum des Absorptionsgrades kann mithilfe der Effektberechnung der Einfluss quantifiziert werden. Die Berechnung der Varianzanalyse zeigt, dass alle Faktoren einen signifikanten Einfluss auf den Absorptionsgrad haben – unabhängig von der gewählten Zielgröße. Die Effektberechnung hingegen zeigt, dass beispielsweise der Durchmesser und auch die Einbaurichtung keinen für die Praxis relevanten Einfluss auf den Einzahlwert des berechneten Absorptionsgrades haben, der Effekt durch den Faktor Mensch aber nicht vernachlässigbar ist. Die Ergebnisse der berechneten Absorptionsgradspektren werden mit den Berechnungen der Absorptionsgradspektren aus den Materialmodellen verglichen. Die systematische Auseinandersetzung mit den Faktoren, die den Absorptionsgrad beeinflussen, erlaubt die Beurteilung von Ergebnissen unter der gegebenen Unsicherheit.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
An impedance tube with two microphones offers the possibility of determining the sound absorption coefficient spectrum of foam materials quickly and cost-effectively. The calculation method and the measurement process itself are described in Standard DIN EN ISO 10534-2 and ASTM-E 1050-08, respectively. Despite the standardization, there are strong deviations between the calculated sound absorption coefficients obtained in measurements of the same sample. From the literature, the influence of the diameter of the sample on the determined sound absorption spectrum is known but discussed in a controversial manner. Round robin tests, i.e. tests to determine the sound absorption coefficient at identical materials in different laboratories, show, that there are different results in determines sound absorption between the labs. Various effects are mixed in that setting, which explains why no explicit parameters with influence on the sound absorption spectrum can be derived. Therefore, in that thesis, the experimental measurement process is examined at a polyurethane foam to systematically determine the sound absorption spectrum in the impedance tube. Parameters are identified that influence the result of the sound absorption spectrum: diameter of the sample, sample thickness, mounting conditions and cut of the sample, as well as the expertise of the person that cuts the sample. To verify all factors, different full-factorial designs of experiment were set up. Besides the graphic evaluation and visual comparison of different averaged sound absorption coefficient spectra for the assessment of influence of above mentioned parameters on the sound absorption coefficient spectrum, single-number values are calculated as target values to be used for the calculation of the analysis of variance. From the architectural acoustics, the α_w-value is known as a single-number value for indicating the sound absorption of an absorber. Furthermore, the classical parameters of a curve analysis are used as target value: the arithmetic mean, mean absolute deviation, variance, skewness, and kurtosis. The analysis of variance indicates whether parameters have an influence or not. A subsequent effect evaluation shows the true extent of the tested parameters’ influence. The visual comparison of the absorption spectra allows detailed statements about the influences of factors on the spectrum in certain frequency ranges. By calculating single-number values from the sound absorption spectrum and using effect evaluation results, the influence of certain parameters can be quantified. The analysis of variance shows that all factors have a significant influence on absorption, independent of the chosen target value. Calculating the effects, however, shows that the diameter and even the mounting direction, for example, have no practice-relevant influence on the single-number values of the calculated absorption, even though it also shows that the effect of the human factor is not negligible. The results of the calculated absorption spectra are compared with the results of the calculated absorption coefficient spectra from material models. The thesis shows that a systematic confrontation with factors that influence the sound absorption spectrum will allow for evaluation of the results under the given uncertainty.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Research group System Reliability, Adaptive Structures, and Machine Acoustics (SAM)
16 Department of Mechanical Engineering > Research group System Reliability, Adaptive Structures, and Machine Acoustics (SAM) > Control of structure-borne and airborne sound
Date Deposited: 14 Oct 2020 10:09
Last Modified: 14 Oct 2020 13:19
DOI: 10.25534/tuprints-00011455
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-114559
Referees: Melz, Prof. Dr. Tobias and Tichelmann, Prof. Dr. Karsten
Refereed: 18 December 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/11455
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