Structure-borne sound sources in buildings

Lievens, Matthias; Vorländer, Michael

doi:4748

Structure-borne sound sources in buildings = Körperschallquellen in Gebäuden

Lievens, Matthias (Author)

2013

VerantwortlichkeitsangabeMatthias Lievens

ImpressumBerlin : Logos-Verl. 2013

UmfangV, 99 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-8325-3464-6

ReiheAachener Beiträge zur technischen Akustik ; 15

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Vorländer, Michael (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-05-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-47489
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229320/files/4748.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Technische Akustik (613510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bauakustik (Genormte SW) ; Waschmaschine (Genormte SW) ; Körperschall (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Körperschallquellen (frei) ; Normalkomponenten (frei) ; structure-borne sound sources (frei) ; washing machine (frei) ; normal components (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
pacs: 43.20.Hq * 43.40.-r * 43.40.+s

Kurzfassung
Körperschallquellen sind Vibrationsquellen, die mit der Gebäudestruktur in Kontakt stehen. Eine solche mechanische Anregung des Gebäudes führt zur Schallabstrahlung. Gerade bei modernen Gebäuden in Leichtbauweise stellen Körperschallquellen wichtige Lärmquellen dar. Die Vorhersage des Schalldruckpegels von Körperschallquellen ist besonders kompliziert, weil die Kopplung zwischen Quelle und Empfangsstruktur eine hohe Komplexität aufweist. Die aktuelle Norm zur Charakterisierung von Körperschallquellen in Gebäuden - EN 12354-5 - macht Aussagen zu Quellen auf massiven Strukturen (Quellen mit hoher Admittanz), aber bis heute existiert keine Methode, die eine Vorhersage bei starker Kopplung zwischen Quelle und Empfangsstruktur zulässt, wie es bei Gebäuden in Leichtbauweise der Fall ist. Um eine praxisnahe Vorhersagemethode zu entwickeln, ist es elementar, die wichtigsten Freiheitsgrade zu identifizieren, damit die Anzahl der zu betrachtenden Freiheitsgrade reduziert werden kann. Die Kopplung zwischen Quelle und Empfangsstruktur kann theoretisch mithilfe der Admittanzmethode mit sechs Freiheitsgraden pro Kontaktpunkt beschrieben werden. Das führt jedoch zu einer enormen Datenmenge, die ebenfalls reduziert werden muss. Daher wird in der Bauakustik oft von der Annahme ausgegangen, dass alleinig die Normalkomponenten von Bedeutung sind. Diese These wird innerhalb der vorliegenden Arbeit anhand einer Fallstudie mit einer Waschmaschine auf einer Holzbalkendecke genauer untersucht. Der direkt gemessene Schalldruck wird verglichen mit dem vorhergesagten Schalldruck, wobei die Voraussage lediglich auf Normalkomponenten basiert. Die Momentanregung wird durch eine geringe Kontaktfläche zwischen Quelle und Empfangsstruktur minimiert; Scherkräfte werden vernachlässigt. Im ersten Teil der Dissertation werden Messungen im gekoppelten Zustand durchgeführt. Es wird gezeigt, dass die alleinige Betrachtung der Normalkomponenten ausreicht, um den Schalldruckpegel vorherzusagen. Dies trifft jedoch nur für den gekoppelten Zustand von Quelle und Empfangsstruktur zu. Im zweiten Teil wird eine Vorhersage aus voneinander unabhängig gemessenen Quell- und Strukturgrößen berechnet. Der Vergleich von vorhergesagtem und direkt gemessenem Schalldruck zeigt erhebliche Unterschiede von bis zu 20 dB bei tiefen Frequenzen auf. Daraus folgt, dass die ausschließliche Betrachtung der Normalkomponenten im entkoppelten Zustand für eine Vorhersage der Kopplung zwischen einer Waschmaschine und einer Holzbalkendecke nicht ausreicht.

Structure-borne sound sources are vibrational sources connected in some way to the building structure. The mechanical excitation of the building structure leads to sound radiation. This is an important source of annoyance in modern light-weight buildings. The prediction of the sound pressure level from structure-borne sound sources is highly complicated because of the complexity involved in the coupling between source and receiver structure. The current standard on characterisation of service equipment in buildings EN 12354-5, can deal with sources on heavy structures (high-mobility source) but to date, there is no engineering method available for the case of coupling between source and receiver. To develop a practical engineering method it is crucial to determine the important degrees of freedom. The coupling between source and receiver can theoretically be described by a mobility approach through six degrees of freedom at every contact point. This leads to an enormous amount of data that has to be simplified. One of the assumption frequently made in the field of building acoustics is to use the normal components only. This aspect is investigated in this thesis on a case study of a washing machine on a wooden joist floor. The directly measured sound pressure level is compared with the predicted sound pressure level. The prediction is based on normal components only. Moment excitation is minimised by reducing the contact area between source and receiver while the in-plane components are assumed negligible. In the first part of this thesis, measurements in the coupled state are conducted. It is shown that the normal components are sufficient to predict the sound pressure level. However, this only applies to the coupled state. In the second part, a true prediction is calculated from independently measured source and receiver quantities. The difference between predicted and directly measured sound pressure level leads to considerable errors of up to 20 dB at low frequencies. This shows that the normal components are not sufficient to predict the coupling between a washing machine and a wooden floor.

Fulltext:
PDF