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Luft- und körperschallbasierte psychoakustische Analyse von Getriebegeräuschen

Moritz, Karsten :
Luft- und körperschallbasierte psychoakustische Analyse von Getriebegeräuschen.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2017)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Luft- und körperschallbasierte psychoakustische Analyse von Getriebegeräuschen
Language: German
Abstract:

Die Arbeit thematisiert die Erfassung und Nutzung psychoakustischer Attribute von Getriebegeräuschen. Dabei ist neben der Analyse der Einflüsse bestimmter Getriebeparameter auf die psychoakustischen Attribute Lautheit, Rauigkeit und Schärfe auch die Prognose der psychoakustischen Lästigkeit von Getriebegeräuschen anhand von Körperschallsignalen ein Hauptbestandteil der Arbeit. Nach der Einleitung ins Thema und der Recherche bisheriger Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Getriebegeräuschbewertung, im Besonderen hinsichtlich Psychoakustik, werden in Kapitel 1 auch die Ziele der Arbeit und erste Erwartungen an die Ergebnisse formuliert. In Kapitel 2 folgt eine Einführung in die Thematik der technischen Akustik und der Psychoakustik, soweit sie zum Verständnis der Untersuchung wichtig sind. Es werden Grundlagen der Getriebegeräuschentstehung behandelt und bereits eingesetzte Verfahren zur schwingungstechnischen Zustands¬überwachung und Fehlererkennung eingeführt. Darauf aufbauend wird der theoretische Ansatz der Arbeit näher erläutert. In Kapitel 3 wird der Aufbau eines Getriebeprüfstandes für die durchzuführenden Messungen ausführlich beschrieben und validiert sowie die Planung der Messreihen erläutert. Es werden Störfaktoren aufgezeigt, die bei Luftschallmessungen zu Verfälschungen der Ergebnisse sowohl bei technischen als auch bei psychoakustischen Größen führen, was gleichzeitig ein wichtiges Argument für die untersuchte Nutzung von Körperschallsignalen darstellt. Kapitel 4 befasst sich mit der Erfassung des Istzustandes des Prüfgetriebes und der Änderung der Luftschallpsychoakustik aufgrund verschiedener Einflüsse wie Drehzahl- und Drehmomentänderung, Serienstreuung der Zahnradsätze, Fehlschliff und Zahnschädigung. Die Änderungen der psychoakustischen Attribute durch Schädigung fallen dabei deutlich geringer aus als erwartet. Im 5. Kapitel wird die Eignung von Körperschallsignalen zur Prognose der Psychoakustik im Luftschall eingehend untersucht. Mit Hilfe von Scatterplots und Korrelationsfaktoren werden die Körperschalldaten mit den Luftschalldaten verglichen. Zusätzlich zur direkten Nutzung von Beschleunigungssignalen wird die Auswirkung eines Korrekturfaktors diskutiert und in letzter Konsequenz auch ein Verfahren zur Nutzung der Schnellesignale entwickelt, um systembedingte Abweichungen der psychoakustischen Analyse bei luftschallfremden Größen zu minimieren. Eine Validierungsmessung an einem Vergleichsobjekt bestätigt die zuvor gewonnenen Ergebnisse ebenso wie der Vergleich mit Hörversuchen. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse und ein Ausblick auf mögliche weitere Untersuchungen und Anwendungsfälle in Kapitel 6 schließen die Arbeit ab.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The thesis deals with the acquisition and usability of psychoacoustic characteristics of gear noise. In addition to the analyses of the influences of certain gear parameters on the psychoacoustic characteristics loudness, roughness, and sharpness, the prediction of the perceived annoyance using structure-borne sound is the main topic of this PhD thesis. An introduction and an outline on prevailing research results on the topic of psychoacoustic analysis of gear noise are given in Chapter 1. Further, the aim of this study and first expec-tations on its results are defined. In Chapter 2, the basics of technical acoustics and psychoacoustics are explained, as far as necessary for the understanding of the study. Fundamentals of gear noise and means of vibrational monitoring and diagnostics already used to date are described. Based thereon the theoretical approach is explained. In Chapter 3, the design and construction of the test rig used for the acquisition of gear noise are thoroughly described. The test rig is validated and the test series is planned. It is shown that interference factors lower the quality of the technical acoustic analysis as well as of the psychoacoustic analysis when using airborne sound. Hence, the usage of structure-borne sound seems to be advisable. In Chapter 4, the standard state of the gear is evaluated and deviations caused by variations of rotational speed and torque as well as the exchange of gear wheels, i.e. production-state gear-wheels, damaged gear-wheels, and intentionally faulty-grinded gear-wheels, are analysed. Analysis shows that the change of psychoacoustic characteristics caused by damage is far less than expected. In Chapter 5, the feasibility of structure-borne sound in psychoacoustic analyses is examined in detail. Using scatterplots and correlation coefficients, the data of airborne and structure-borne sound are compared. In addition to the use of the raw acceleration signals, the use of a correction factor as well as a method to use the velocity signals to minimise systematic deviations caused by the usage of non-airborne sound in psychoacoustic analyses are discussed. The results are validated by a second test series using a gearbox excited by a shaker. Furthermore, the calculated perceived annoyance based on structure-borne sound is compared to previous hearing tests and shows high correlation. The PhD thesis concludes with Chapter 6, including a summary of the obtained results and an outlook on possible future developments, benefits, and areas of application of the developed methods.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)
Date Deposited: 14 Dec 2017 10:42
Last Modified: 14 Dec 2017 10:42
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-69985
Referees: Melz, Prof. Dr. Tobias and Beidl, Prof. Dr. Christian
Refereed: 8 November 2017
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/6998
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