Senderaum schallhart
Empfangsraum Freifeld
Transmission- und Insertion Loss von
•Bodenblechen + Systemen
•Kofferraumböden + Systemen
•Stirnwänden + Systemen
•Türen + Systemen
Obere Box Empfangsraum schallharter Druckkammer Raum
Untere Box Senderaum schallharter Druckkammer Raum
Einsatzbereich hauptsächlich zur Ermittlung der Einfügedämmung von
• Feder-Masse-Systemen für KFZ Stirnwandisolationen
• Dichtungs-Systemen für Kabel- und Klimatüllen für KFZ-Stirnwände
• Tragplatten für KFZ Kofferraumböden
Diese Untersuchung wurde mit einem Feder-Masse-System bestehend aus:
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
--------------
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
Luftspalt 0,5 mm
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
--------------
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
Luftspalt 10 mm
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
--------------
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
Luftspalt 10 mm
Vlies 1,5 mm
Polycabonatplatte 2,4 kg/m^2
--------------
Polycabonatplatte 4,8 kg/m^2
nur Simulation
Ergebnis:
Fehlende Absorption zwischen den schallharten Platten lässt die Schalldämmung in einem breiten Frequenzbereich um mehr als 6 dB einbrechen.
Diese Untersuchung wurde mit einem Feder-Masse-System bestehend aus 2 kg/m2 Schwerfolie und 15 mm Vlies als „Feder“ auf 0,8 mm dickem Blech durchgeführt.
Bei vollflächiger Belegung des Blechs entsprechen die Ergebnisse den idealen Werten des Insertion Loss, siehe oben.
Ein „Loch“ in der Deckschicht von 1% der Probenfläche reduziert ab 1000 Hz die Einfügedämmung des Feder-Masse-Systems um ca. 15 dB.
Ab 10 - 16% „Lochanteil“ ist die Masse „Schwerfolie“ auf dem Vlies „Feder“ nahezu wirkungslos. Isolations- und Absorptionswirkung des Vlieses allein ergeben ähnliche Dämmwerte.
Ungeschützte „Löcher“ im Blech wirken sich fatal aus.
0,002% bedeuten ca. 5 dB Pegelerhöhung
0,004% bedeuten ca. 20 dB Pegelerhöhung
0,128% bedeuten ca. 40 dB Pegelerhöhung
Messung eines
• Blechs
• Feder-Masse-Systems bestehend aus 20 mm dickem Vlies als „Feder“ und einer Schwerfolie mit 4 kg/m2 Flächenmasse
im:
• APAMAT (Zweikammer Box)
• Deckenprüfstand
Ergebnisse daraus sind:
• Transmission Loss = Wirkung des Feder-Masse-System incl. Blech.
•Insertion Loss = Wirkung des Feder-Masse-System für sich.
Die Ergebnisse der WinFlag Simulation:
• Limp mass 4 kg/m2
• Porous Allard/Johnsen 20 mm, 40 kPa s/m2, ...
• Thin plate 1 mm 7850 kg/m3 210 GPa/m2
belegen die Messungen.
Deutlich zu sehen die Resonanz des Zwei-Massen-Systems mit mittiger „Feder“ bei ca. 200 Hz.
Isolation Hallraum + Schallintensität
(Insertion Loss, Transmission Loss)
ISO 15186-1
Isolation Zweikammerhallraum (APAMAT)
(Insertion Loss, Transmission Loss)
ISO 140
Luftschallisolation
behindert den Schall beim Durchtritt durch eine Wand
Die hier untersuchten Systeme sind in der Regel Zwei-Massen-Systeme mit einer dazwischenliegenden Feder.
• Diese schwingungs-fähigen Systeme besitzen einen „Unterkritischen Bereich“ d.h. Amplituden der „Eingangsseite“ und „Ausgangsseite“ sind gleich hoch.
• Gefolgt von einem „kritischen Bereich“ bei dem eine kleine Eingangsamplitude eine große Ausgangsamplitude hervorruft.
• Und einen „überkritischen Bereich“ bei dem die Eingangsamplitude mehr oder weniger stark gedämpft wird und somit eine kleinere Ausgangsamplituden erzeugen.
<===========>
Materialdaten die die Luftschallisolation eines Werkstoff-Systems beeinflussen:
Deckschicht:
Limp Mass
• Dichte [kg/m^3]
• Dicke [mm]
oder
Thin Plate
• Dichte [kg/m^3]
• Dicke [mm]
• E-Modul
• Querkontraktionszahl
• Verlustfaktor
oder ...
Federsystem:
• Dichte [kg/m^3]
• Dicke [mm]
• Luftströmungs-widerstand [Pa s/m]
• Porosität: „Luftanteil“ im Werkstoff
• Tortuosity für poröse Fasersysteme: Kapilarenkrümmung im Werkstoff
• Viscous length für Schaumwerkstoffe.
Tragschicht:
• Dichte [kg/m^3]
• Dicke [mm]
• E-Modul
• Querkontraktionszahl
• Verlustfaktor
<===========>
Eine Verdopplung der „Masse“ lässt die Schallisolation um 6 dB ansteigen (gilt für Einwandsysteme und Feder-Masse-Systeme).
Man muss allerdings mit zunehmenden Wandstärken mit Koinzidenzeinbrüchen im hörbaren Frequenz-bereich rechnen.
Eine Verdopplung der „Federdicke“ (weichere Feder = kleinere Federkonstante) bei Feder-Masse-Systemen lässt die Schallisolation um ca. 6 dB ansteigen.
Dadurch lässt sich, genügend Bauraum vorausgesetzt, Gewicht einsparen.
Die Resonanzfrequenz f = √(c/m) des Systems wird entsprechend kleiner.
<===========>
Dämmmaß
Transmission Loss
Definiert als Schall-leistungsverlust zwischen Senderaum und Empfangsraum
Beispiel:
• Deckschicht: Biegeweiche Schwerfolie (Limp Mass) z.B 4 kg/m^2
• Feder: Vliesstoff 20 mm (Porous Allard/Johnsen)
• Tragschicht: Stahlblech 1 mm (Solid Thin Plate)
Einfügedämmung
Insertion Loss
Definiert als Wirkung eines Werkstoffsystems dass auf eine „Wand“ aufgebracht wird.
Beispiel:
• Deckschicht: Biegeweiche Schwerfolie (Limp Mass) z.B 4 kg/m^2
• Feder: Vliesstoff 20 mm (Porous Allard/Johnsen)
<===========>
Die Isolationswirkung eines Feder-Masse-Systems kann nur dann vollständig wirksam werden, wenn:
• In der „Tragschicht“ keine Spalte oder Löcher vorhanden sind. Selbst kleinste nicht abgedeckte Löcher reduzieren die Isolation erheblich.
• Die „Tragschicht“ möglichst vollflächig mit Dämpfungsmaterial und Deckschicht bedeckt ist. Auch hier gilt, 1% Lochanteil in Deckschicht und Dämpfung reduzieren die Wirksamkeit des Feder-Masse-Systems bereits deutlich.
<===========>
Die Berechnung des Transmission Loss einwandiger Platten erfolgt nach dieser Gleichung:
TL = 20*lg(m) + 20*lg(f) - 47,2
„m“ als Masse [kg/m^2] und „f“ als Frequenz [Hz]
<===========>
Die Isolationswirkung unterschiedlich großer und wirksamer Feder-Masse-Systeme (Zweiwand Systeme) lässt sich wie folgt berechnen:
IL = 10*lg(Σi Ai) - 10*lg(Σi Ai*10^(-ILi/10)) mit
IL = Insertion Loss
Σi Ai = Gesamtfläche des Bauteils
Ai*10^(-ILi/10) = „Teil-Transmission Loss“ der „Teil-Fläche“ Ai. Gilt natürlich auch in Frequenzspektren für einzelne Terzen oder Oktaven.
Beispiele:
1 = Blech 0,7 mm + Feder-Masse-System 20 mm Vlies + 4 kg/m^2 Schwermasse
2 = Blech 1 mm
Σi Ai = A1 m^2 + A2 m^2 = 1 m^2
Bei 6300 Hz ergeben sich für
IL1 = Blech + Feder-Masse-System ca. 90 dB Dämmung
IL2 = Blech ca. 43 dB Dämmung
A1 = 0,5 m^2; IL1 = 90 dB
A2 = 0,5 m^2; IL2 = 43 dB
IL = 46,01 dB
A1 = 0,8 m^2; IL1 = 90 dB
A2 = 0,2 m^2; IL2 = 43 dB
IL = 49,99 dB
A1 = 0,9 m^2; IL1 = 90 dB
A2 = 0,1 m^2; IL2 = 43 dB
IL = 53 dB
A1 = 0,99 m^2; IL1 = 90 dB
A2 = 0,01 m^2; IL2 = 43 dB
IL = 62,99 dB
A1 = 0,9999 m^2; IL1 = 90 dB
A2 = 0,0001 m^2; IL2 = 43 dB
IL = 82,21 dB
...
Man sieht, dass wirklich gute Dämmung erst mit vollkommen geschlossenem Feder-Masse-System erreicht wird.