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Schallleistung

In der Akustik ist der Schallleistungspegel (LW) die grundlegende Messgröße zur Beschreibung der gesamten von einer Quelle pro Zeiteinheit abgestrahlten Schallenergie. Im Gegensatz zum Schalldruckpegel (Lp), der ein skalarer Wert ist, der je nach Messabstand, Richtwirkung und akustischer Umgebung (Reflexionen/Absorption) schwankt, ist der Schallleistungspegel eine intrinsische Eigenschaft der Maschine. Dies macht ihn zu einem wesentlichen Parameter für die internationale Zertifizierung von Geräuschemissionen, die Einhaltung von Vorschriften und den objektiven Vergleich verschiedener Geräte.

Inhalt

Was sind Schallleistung und Schallleistungspegel?

Die Schallleistung (W) ist definiert als die gesamte von einer Quelle pro Zeiteinheit abgestrahlte Schallenergie, gemessen in Watt. Während die Schallleistung die absolute Energieabgabe darstellt, ist der Industriestandard für die Angabe dieses Wertes der Schallleistungspegel (LW), ausgedrückt in Dezibel (dB) relativ zu einem Referenzpegel von
Watt (1 pW). Im Gegensatz zum Schalldruck, der je nach Entfernung, Ausrichtung und Raumakustik schwankt, ist die Schallleistung eine intrinsische Eigenschaft der Quelle. Diese Unabhängigkeit macht sie zur maßgeblichen Messgröße für die Kennzeichnung von Geräuschemissionen, für internationale Zertifizierungen und für den objektiven Vergleich der Leistung von Maschinen in unterschiedlichen Umgebungen.

Die Bestimmung des Schallleistungspegels ist technisch anspruchsvoller als die Messung des Schalldrucks, da sie die Abstrahlung der Quelle über eine komplette geschlossene Hüllfläche charakterisieren muss. Nach internationalen Normen wie ISO 3744 und ISO 9614 dient der Schallleistungspegel als „akustische Ursache“, während der resultierende Schalldruckpegel (Lp) an einem spezifischen Ort die „Wirkung“ darstellt. Durch die Bestimmung des LW können Ingenieure den Schalldruckpegel in jeder beliebigen Entfernung oder akustischen Umgebung genau vorhersagen und so die für die Modellierung von Umgebungslärm und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften erforderlichen grundlegenden Daten bereitstellen.

Warum Schallleistung messen?

Da die Schallleistung eine intrinsische Eigenschaft einer Geräuschquelle ist – unabhängig vom Messabstand oder der Raumakustik – dient sie als maßgeblicher akustischer Parameter für eine bestimmte Maschine. Diese Daten sind die Grundlage für die CE-Kennzeichnung und die internationale Zertifizierung von Industrie- und Konsumgütern und ermöglichen objektive Vergleiche zwischen verschiedenen Modellen. Im Rahmen der EU-Richtlinie über Außenlärm (2000/14/EG) und verschiedener Normen der Reihe ISO 3740 werden Schallleistungspegel verwendet, um zu überprüfen, ob die Geräte die gesetzlichen Lärmgrenzwerte einhalten, bevor sie auf den Markt gebracht werden können.

Die Messung des Schallleistungspegels (LW) ist auch für die Bewertung der Wirksamkeit von Lärmminderungsstrategien in der Praxis unerlässlich. Durch den Vergleich des Schallleistungspegels vor und nach Modifikationen – z. B. der Installation von Schallschutzhauben oder der Umgestaltung interner Komponenten – können Ingenieure die absolute Verringerung der Lärmemission an der Quelle quantifizieren. Darüber hinaus ermöglicht die Kenntnis des Schallleistungspegels eine genaue Bewertung des Arbeitsschutzes und die Erstellung von vorausschauenden Lärmkarten, um sicherzustellen, dass bei der Integration neuer Maschinen in eine Produktionsanlage die zulässigen Grenzwerte für die Lärmbelastung der Arbeitnehmer nicht überschritten werden.

ISO-Vorschriften

Die Norm ISO 3740:2019 dient als primärer internationaler Leitfaden für die Bestimmung von Schallleistungspegeln von Lärmquellen und bietet einen systematischen Rahmen für die Auswahl der am besten geeigneten Grundnormen. Durch die Vereinheitlichung der Messmethoden in allen Ländern, die sich an die ISO- und CEN-Normen (europäische Normen) halten, sorgt diese Reihe für einen transparenten globalen Markt und ermöglicht den objektiven Vergleich von Maschinen verschiedener Hersteller. Diese Protokolle sind für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften wie der CE-Kennzeichnung und der EU-Maschinenrichtlinie unerlässlich und gewährleisten, dass die Geräuschemissionsdaten unabhängig vom Prüfstandort zuverlässig und einheitlich sind.

Die umfassende Reihe, die von ISO 3741 bis ISO 3747 reicht, definiert verschiedene Messverfahren, die auf spezifische akustische Umgebungen und Maschinentypen zugeschnitten sind. So spezifizieren ISO 3741 und ISO 3745 hochpräzise Laborverfahren in Hallräumen oder reflexionsarmen Räumen (Genauigkeitsklasse 1), während ISO 3744 und ISO 3746 Technische Verfahren und Orientierungsverfahren für Halb-FreifeldRäume oder Freiflächen (Klasse 2 und 3) vorsehen. Dieser abgestufte Ansatz ermöglicht es den Ingenieuren, Fremdgeräusche und Reflexionen in der Umgebung zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass der endgültige Schallleistungspegel (LW)
) mit einem bekannten Grad an Unsicherheit berechnet wird.

Mit welchen Methoden messen wir die Schallleistung von Geräten?

In der Akustiktechnik wird der Schallleistungspegel (LW) eines Geräts nach einer der beiden wichtigsten internationalen Methoden bestimmt: dem Schalldruckverfahren oder dem Schallintensitätsverfahren. Die Wahl hängt von der akustischen Umgebung, dem gewünschten Genauigkeitsgrad (Präzision, Technik oder Vermessung) und der physischen Tragbarkeit des zu prüfenden Geräts ab.
Bei der Schalldruckmethode, die in den Normenreihen ISO 3741 bis ISO 3747 geregelt ist, wird die Schallleistung durch Messung des Schalldruckpegels (Lp) auf einer bestimmten Fläche in kontrollierten Umgebungen, z. B. in reflexionsarmen Räumen oder Hallräumen, ermittelt. Im Gegensatz dazu misst die Schallintensitätsmethode, die in ISO 9614-1 (diskrete Punkte) und ISO 9614-2 (Abtastung) definiert ist, den gerichteten Energiefluss (W/m2). Die Intensitätsmethode wird vor allem für In-situ-Messungen in Fabrikhallen verwendet, da sie den Maschinenlärm von hohen Pegeln stetiger Fremdgeräusche isolieren kann, die andernfalls druckbasierte Messungen ungültig machen würden.

Verfügbare Messmethoden

Es ist wichtig, zwischen dem Schalldruckverfahren (ISO 3741-3747) und dem Schallintensitätsverfahren (ISO 9614-1/2) zu unterscheiden. Während die Standarddruckmethoden im Allgemeinen eine Instrumentierung der Klasse 1 (Typ 1) für hochpräzise Ergebnisse erfordern, schreiben die auf der Intensität basierenden Normen (IEC 61043) ebenfalls eine hochwertige Ausrüstung vor, ermöglichen jedoch eine größere Flexibilität in Umgebungen mit hohem Fremdgeräusch.

Schalldruckverfahren (ISO 3741-3747)

Diese Normen bestimmen die Schallleistung durch Messung des Schalldrucks über eine definierte Fläche, wobei die erforderliche Umgebung und die Art des Lärms je nach Norm variieren:

  • ISO 3741 (Genauigkeitsklasse 1): Durchgeführt in einem Hallraum. Die Geräuschquelle muss ein stationäres Spektrum aufweisen (zeitlich stabil).
  • ISO 3743-1/2 (Genauigkeitsklasse 2): Durchgeführt in Prüfräumen mit festen Wänden oder speziellen Hallräumen. Geeignet für die meisten Geräuscharten, schließt jedoch Impulslärm mit hoher Intensität im Allgemeinen aus.
  • ISO 3744 (Genauigkeitsklasse 2): Durchgeführt in einem Halbfreifeldraum (Freifeld über einer reflektierenden Ebene). Dies ist die am weitesten verbreitete Norm für Industriemaschinen und erlaubt beliebige Geräuscharten.
  • ISO 3745 (Genauigkeitsklasse 1): Durchgeführt in einem reflexionsarmen oder halbschalltoten Raum. Dies ist die genaueste Labormethode und eignet sich für jede Art von Lärm.
  • ISO 3746 (Genauigkeitsklasse 3): Eine indikative Methode, die in weniger kontrollierten Umgebungen, wie z. B. in einer normalen Fabrikhalle, für jede Art von Lärm geeignet ist.
  • ISO 3747 (Technik/Vermessung): Konzipiert für Messungen an Ort und Stelle, bei denen die Umgebung ein Hallfeld nachahmt; erfordert ein spezifisches bekanntes Spektrum für die Quelle.

Schallintensitätsverfahren (ISO 9614-1/2)

Diese Methoden nutzen den gerichteten Energiefluss, um die Quelle vom Hintergrund zu isolieren, was sie ideal für komplexe Feldbedingungen macht:

  • ISO 9614-1 (Punkt-zu-Punkt): Kann Präzisions-, Ingenieur- oder Vermessungsgrade erreichen. Es erfordert Messungen an diskreten Gitterknoten und ist auf stationäres Rauschen mit einem stabilen Spektrum beschränkt.
  • ISO 9614-2 (Abtastverfahren): In der Regel eine technische oder Vermessungsqualität. Bei dieser Methode wird die Sonde über die Hüllfläche gescannt. Wie Teil 1 unterdrückt es Fremdgeräusche sehr effektiv, erfordert aber eine stabile Quelle während des Scannens.

Auswahl der Messmethode

Bei der Auswahl des optimalen Verfahrens zur Bestimmung der Schallleistung orientieren sich Akustikingenieure an der ISO-Norm 3740:2019, in der acht entscheidende Kriterien für die Wahl zwischen druck- und intensitätsbasierten Normen beschrieben sind. Das Hauptziel besteht darin, die Genauigkeitsklasse (Präzision, Technik oder Vermessung) mit den praktischen Einschränkungen des Prüfstandorts und den physikalischen Eigenschaften der Maschine in Einklang zu bringen.

Nach ISO 3740 wird der Auswahlprozess von den folgenden Faktoren bestimmt:

  1. Erforderlicher Genauigkeitsgrad: Bestimmung, ob das Projekt Ergebnisse der Klasse 1 (Präzision), der Klasse 2 (Technik) oder der Klasse 3 (Vermessung) erfordert.
  2. Abmessungen und Tragbarkeit des Geräts: Kleine, tragbare Geräte können in reflexionsarme Räume oder Hallräume gebracht werden, während große Industriegeräte vor Ort gemessen werden müssen.
  3. Verfügbare Testumgebung: Beurteilung, ob der Standort ein Freifeld über einer reflektierenden Ebene (Halbschall) oder ein Hallfeld bietet.
  4. Fremdgeräusch-Pegel: Bei hohen Umgebungsgeräuschpegeln wird häufig das Schallintensitätsverfahren (ISO 9614) angewandt, da die druckbasierten Verfahren einen erheblichen Schallgeräuschabstand erfordern.
  5. Charakter der Geräuschquelle: Analyse des Frequenzspektrums, der Bandbreite und der Frage, ob es sich um kontinuierlichen, impulsiven oder tonalen Lärm handelt.
  6. Verfügbare Instrumente: Sicherstellen, dass das Labor über die erforderlichen Schallpegelmessgeräte der Klasse 1 oder phasenangepasste Intensitätssonden verfügt.
  7. Erforderlicher Schallleistungspegel (LW): Feststellung, ob ein einzelner A-bewerteter Wert oder eine vollständige Frequenz-Band-Analyse benötigt wird.
  8. Richtwirkung und Abstrahlungsmuster: Feststellung, ob das Projekt Informationen darüber erfordert, wie der Schall in spezifische Richtungen abstrahlt.

Um den Entscheidungsprozess zu vereinfachen, enthält Anhang D der ISO 3740 ein standardisiertes Auswahldiagramm. Dieser Logikbaum führt den Benutzer auf der Grundlage der Antworten auf diese acht Faktoren zur am besten geeigneten ISO-Norm und stellt sicher, dass die endgültigen Daten technisch gültig und mit den internationalen Anforderungen der CE-Kennzeichnung oder der Maschinenrichtlinie konform sind.

Auswahl einer Testumgebung

Die Auswahl einer Prüfumgebung ist eine wichtige technische Anforderung gemäß ISO 3740, da der physikalische Raum direkt den erreichbaren Genauigkeitsgrad (Präzision, Technik oder Vermessung) bestimmt. Die internationalen Normen kategorisieren diese Umgebungen auf der Grundlage ihrer Fähigkeit, Reflexionen und Fremdgeräusche zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass der resultierende Schallleistungspegel (LW) reproduzierbar ist und den weltweiten Zertifizierungsstandards entspricht.

Die Klassifizierung dieser Umgebungen wird durch die vorgesehene Messmethodik streng definiert:

  • Genauigkeitsklasse 1 (Laborumgebungen): Normen wie ISO 3741 (Hallräume) und ISO 3745 (reflexionsarme/halbschalltote Räume) bieten das höchste Maß an Genauigkeit. In einem Hallraum darf das Volumen des Prüflings 2 % des Raumvolumens nicht überschreiten, um ein Diffusfeld zu erhalten. Diese Räume sind jedoch für Impulslärm ungeeignet, da die langen Nachhallzeiten die Spitzenwerte des Drucks verwischen.
  • Genauigkeitsklasse 2 (Kontrollierte industrielle Umgebungen): Diese Verfahren, wie z. B. ISO 3744, werden in der Regel in einem Halb-FreifeldRaum (ein Freifeld über einer Reflexionsebene) oder in „speziellen Hallräumen“ gemäß ISO 3743-2 durchgeführt. Diese Umgebungen ermöglichen genaue Messungen der meisten Maschinentypen unter stabilen Bedingungen, sind aber empfindlicher gegenüber Fremdgeräuschen, was die Messunsicherheit erhöht.
  • Genauigkeitsklasse 3 (In-Situ-/Feld-Umgebungen): Im Rahmen von ISO 3746 oder ISO 3747 werden Messungen in nicht idealen Umgebungen durchgeführt, z. B. in normalen Produktionshallen oder im Freien. Diese „indikativen Methoden“ werden für schnelle Bewertungen verwendet, bei denen die Umgebung nicht streng kontrolliert werden kann, und bieten die größte Toleranz für Fremdgeräusche, aber auch den größten Grad an statistischer Unsicherheit.
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Messverfahren

Zur Bestimmung des Schallleistungspegels (LW) muss der Messprozess streng nach den in der ISO 3740-Reihe definierten standardisierten Protokollen erfolgen. Die Zuverlässigkeit der ermittelten Daten hängt von der strengen Kontrolle der Betriebsbedingungen, der Umgebungsstörungen und der Genauigkeit der Messgeräte ab.

1. Betrieb und Reproduzierbarkeit der Quelle

Gemäß ISO 3744 und der EU-Maschinenrichtlinie muss die Lärmquelle unter wiederholbaren und repräsentativen Bedingungen getestet werden, wobei der Schwerpunkt auf dem „schlimmsten“ oder lautesten Betriebsmodus liegt, der bei typischer Nutzung auftritt. Bei vielen Industriemaschinen erfordert dies einen stabilen thermischen Zustand und ein spezifisches Lastprofil. Die Konsistenz dieser Parameter ist entscheidend für die Gültigkeit der Daten für die CE-Kennzeichnung, die Produktkennzeichnung oder vergleichende Leistungsvergleiche zwischen verschiedenen Herstellern.

2. Umwelt- und Geräteintegrität

Die Messmethodik muss zwei kritische externe Faktoren berücksichtigen: Fremdgeräusche (K1-Korrektur) und Reflexionen der Umgebung (K2-Korrektur).

  • Fremdgeräusch: Der Fremdgeräuschabstand muss überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Umgebungsbedingungen den Leistungspegel der Quelle nicht künstlich aufblähen.
  • Reflexionen: Je nachdem, ob die Prüfung in einem Halbschallfeld (ISO 3744) oder einem Hallfeld (ISO 3741) stattfindet, muss der Einfluss der umgebenden Oberflächen mathematisch korrigiert werden.
  • Kalibrierung: Alle Messgeräte – einschließlich integrierende, mittelwertbildende Schallpegelmessgeräte der Klasse 1 (Typ 1) und akustische Kalibratoren – müssen über rückführbare Kalibrierungszertifikate verfügen (die in der Regel alle 12 bis 24 Monate aktualisiert werden) und vor und nach jeder Prüfung vor Ort überprüft werden.

3. Räumliche Probenahme und Methodik

Die Anzahl und Lage der Messpunkte wird durch die gewählte ISO-Norm und die Abmessungen der Hüllfläche um die Maschine herum bestimmt. Beim Schalldruckverfahren werden die Punkte in der Regel über eine halbkugelförmige oder quaderförmige Fläche verteilt. Bei der Schallintensitätsmethode (ISO 9614) wird ein Abtast- oder Punkt-zu-Punkt-Gitter verwendet. Dieser umfassende Ansatz stellt sicher, dass die gesamte Schallenergie, die in alle Richtungen abgestrahlt wird, erfasst wird, und liefert einen einzigen, objektiven Wert, der die „akustische Ursache“ der Maschine unabhängig vom Prüfstandort definiert.

Druck-Methode

Das Schalldruckverfahren, das in der Reihe ISO 3740 (insbesondere ISO 3744 und ISO 3745) geregelt ist, ist aufgrund seiner standardisierten Verfahren und seiner hohen Wiederholbarkeit das am häufigsten verwendete Verfahren zur Bestimmung von Schallleistungspegeln (LW). Die Methode erfordert die Definition einer virtuellen Hüllfläche – in der Regel eine Halbkugel oder ein Quader -, die die Schallquelle vollständig umschließt. Dann wird ein Raster diskreter Messpunkte über diese Fläche gelegt, um den durchschnittlichen Schalldruckpegel (Lp) zu erfassen, der mathematisch über die gesamte Fläche integriert wird, um die absolute Schallenergie der Quelle zu berechnen.

Die Genauigkeit der Schalldruck-Methode ist zwar technisch einfacher als bei intensitätsbasierten Verfahren, hängt aber stark von der akustischen Umgebung ab. Am effektivsten ist sie in kontrollierten Umgebungen wie reflexionsarmen Räumen, die die notwendigen Freifeldbedingungen bieten, um durch Schallreflexionen verursachte Messfehler zu vermeiden. Um die internationale Anfechtbarkeit der Daten zu gewährleisten, müssen die Ingenieure spezielle Umgebungskorrekturen (K2) anwenden, um etwaige Restreflexionen zu berücksichtigen, sowie Fremdgeräusch-Korrekturmaße (K1), um sicherzustellen, dass der Umgebungsgeräuschpegel den von der Quelle angegebenen Leistungspegel nicht künstlich aufbläht.

Intensität Methode

Die Schallintensitätsmethode – geregelt durch ISO 9614-1 und ISO 9614-2 – ist das wichtigste Verfahren zur Bestimmung von Schallleistungspegeln (LW) in komplexen, realen Umgebungen. Bei diesem Verfahren werden spezielle Intensitätssonden verwendet, die aus einem phasenangepassten Mikrofonpaar bestehen, um sowohl den Schalldruck als auch die Geschwindigkeit (Schnelle) der Luft zu messen. Durch die Berechnung des Kreuzspektrums dieser beiden Signale bestimmt die Sonde den Schallintensitätsvektor, der den gerichteten Fluss der akustischen Energie (W/m2) darstellt. Dieser Vektoransatz ermöglicht es den Ingenieuren, die Energie zu isolieren, die speziell von der Zielquelle abgestrahlt wird, während Rauschen von externen Quellen mathematisch ausgeschlossen wird, sofern sich diese Quellen außerhalb des definierten Messvolumens befinden.

Der Hauptvorteil der Intensitätsmethode ist ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegen Fremdgeräusche und Nachhall, was sie zum Standard für In-situ-Messungen auf aktiven Produktionsflächen macht, wo der Transport von Maschinen in einen reflexionsarmen Raum unmöglich ist. Das Verfahren ist jedoch technisch anspruchsvoll; es erfordert Geräte der Klasse 1 (Typ 1), die den Normen IEC 61672-1 und IEC 61043 entsprechen. Die Geräte sind wesentlich komplexer als Standard-Druckmessgeräte und erfordern eine strenge Phasenkalibrierung und einen zeitintensiven Messprozess – entweder durch ein diskretes Punkt-für-Punkt-Raster oder eine kontinuierliche Abtastbewegung – um sicherzustellen, dass der Druckintensitätsindex (FpI) innerhalb der für eine gültige Bewertung erforderlichen Grenzen bleibt.

Bewertung der Lärmminderung einer Maschine auf der Grundlage ihres Schallleistungspegels

Messungen des Schallleistungspegels (LW) sind die wichtigste technische Messgröße zur Quantifizierung der absoluten Wirksamkeit von Lärmminderungsstrategien. Durch die Bestimmung des LW vor und nach einem Eingriff – unter Beibehaltung identischer Quellenbetriebsarten und Umgebungsbedingungen – können Ingenieure die genaue Einfügungsdämpfung der Behandlung berechnen. Eine Oktavband- oder Drittel-Oktav-Band-Analyse ist für eine realitätsnahe Bewertung unerlässlich, da die meisten Lärmminderungsmethoden, wie z. B. Schallschutzhauben oder Schalldämpfer, eine frequenzabhängige Leistung aufweisen. Um sicherzustellen, dass die Ergebnisse statistisch signifikant sind, muss die gemessene Minderung die Messunsicherheit der gewählten Methode der ISO 3740-Reihe übersteigen. Daher ist die Wahl einer Methode der Klasse 1 (Präzision) oder der Klasse 2 (Technische Verfahren) entscheidend für die Identifizierung subtiler, aber wichtiger Verbesserungen der akustischen Leistung der Maschine.

Bewertung des Lärms am Arbeitsplatz anhand der Schallleistungspegel von Maschinen

Der Schallleistungspegel von Maschinen dient als grundlegender Input für die vorausschauende Lärmkartierung und die Bewertung der Arbeitssicherheit. Durch die Verwendung von
Daten in Verbindung mit standardisierten Ausbreitungsmodellen – wie z. B. ISO 9613-2 – können Ingenieure die resultierenden Schalldruckpegel (Lp) an spezifischen Geräuschen an Arbeitsplätzen genau abschätzen. Diese Simulationen ermöglichen die Identifizierung von akustischen Hotspots“ und die Einstufung von Lärmquellen nach ihrem Beitrag zum gesamten zeitgewichteten 8-Stunden-Mittelwert (TWA), wodurch sichergestellt wird, dass die Einrichtung die internationalen Expositionsgrenzwerte der OSHA, HSE oder der EU-Richtlinie 2003/10/EG einhält.

Darüber hinaus ermöglichen diese Prognosemodelle dem Management, die Arbeitsplatzgestaltung und die administrativen Kontrollen zu optimieren, noch bevor die Geräte installiert sind. Durch die Simulation verschiedener Betriebsszenarien können Sicherheitsbeauftragte die wirksamsten Strategien zur Lärmminderung ermitteln, wie z. B. akustische Abtrennungen oder eine spezielle Zeitplanung, um die Anzahl der Mitarbeiter in Bereichen mit hohem Dezibel-Wert zu minimieren. Dieser datengestützte Ansatz ist für die Entwicklung eines „Gehörschutzprogramms“ unerlässlich, das technischen Lösungen Vorrang vor sekundären Maßnahmen wie persönlicher Schutzausrüstung (PSA) einräumt.

ISO-3746

Die Norm ISO 3746 (und ihre nationale Übernahme, PN-EN ISO 3746) enthält die internationalen Anforderungen für das Orientierungsverfahren (Genauigkeitsklasse 3) zur Bestimmung des Schallleistungspegels einer Schallquelle. Bei dieser Methode wird der Schalldruck auf einer Hüllfläche – in der Regel eine Halbkugel oder ein Quader – gemessen, die über einer Reflexionsebene angeordnet ist. Sie ist die am wenigsten strenge der ISO 3740-Reihe und wurde für Vor-Ort-Bewertungen in Umgebungen entwickelt, in denen Fremdgeräusche oder Raumreflexionen nicht streng kontrolliert werden können, wie z. B. in aktiven Produktionsstätten oder im Freien. Es ermöglicht zwar einen vereinfachten Messaufbau, birgt aber im Vergleich zu Technischen Verfahren (Klasse 2) oder Präzisionsverfahren (Klasse 1) im Labor eine höhere Messunsicherheit.

Als ein Verfahren der Genauigkeitsklasse 3 (Orientierungsverfahren) bietet ISO 3746 den flexibelsten Rahmen innerhalb der ISO 3740-Reihe zur Bestimmung von Schallleistungspegeln. Sie ist speziell für In-situ-Bewertungen konzipiert, bei denen spezielle Umgebungen wie reflexionsarme Räume nicht zur Verfügung stehen; Messungen können in Innenräumen oder im Freien durchgeführt werden, vorausgesetzt, die Quelle befindet sich auf oder in der Nähe mindestens einer Reflexionsebene. Die Norm erlaubt zwar die Bewertung nahezu aller Geräuscharten – einschließlich gleichmäßiger, schwankender oder impulsiver Geräusche -, schreibt aber dennoch die Verwendung von Geräten der Klasse 1 (Typ 1) vor, um die Integrität der Daten zu gewährleisten.

Die wichtigsten technischen Einschränkungen beschränken sich auf die Korrekturen für Hintergrundgeräusche (K1) und Umgebungsgeräusche (K2), die innerhalb festgelegter Schwellenwerte bleiben müssen, damit der resultierende Schallleistungspegel (LW) eine gültige, wenn auch ungefähre Darstellung der Emissionen der Quelle bleibt.

Die Umweltkorrektur K2

Die Umgebungskorrektur (K2) ist ein technischer Faktor, der auf den mittleren Schalldruckpegel angewendet wird, um den Einfluss von Raumreflexionen und Absorption zu berücksichtigen. Gemäß ISO 3746 (und PN-EN ISO 3746) wird diese Korrektur nach folgender Formel berechnet

K2A= 10 LG[1+4 S/A]dB

wobei S die Fläche der Hüllfläche und die äquivalente schallabsorbierende Fläche des Prüfraums darstellt. Um die Gültigkeit einer Messung der Vermessungsstufe (Klasse 3) zu gewährleisten, darf der K2A-Wert 7 dB nicht überschreiten; wird dieser Schwellenwert überschritten, gilt die akustische Umgebung als zu hallig, um einen zuverlässigen Schallleistungspegel nach dieser Norm zu liefern.

Das Fremdgeräusch-Korrekturmaß K1

Die Fremdgeräusch-Korrekturmaß (K1) ist eine technische Anpassung, die auf den gemessenen Schalldruckpegel angewendet wird, um die Emissionen der Quelle von den Umgebungsgeräuschen zu isolieren. Gemäß ISO 3746 (und PN-EN ISO 3746) wird diese Korrektur durch Berechnung der Differenz zwischen dem Schalldruckpegel bei eingeschalteter Quelle und dem Hintergrundpegel bei deaktivierter Quelle ermittelt. Ist die Differenz größer als 10 dB, wird der Einfluss des Hintergrunds als vernachlässigbar angesehen und die
Korrektur beträgt 0 dB. Für Unterschiede zwischen 3 dB und 10 dB wird die Korrektur nach der logarithmischen Formel berechnet

K1A=-10lg(1-10^(-0.1△L_PA)) dB

Beträgt die Differenz weniger als 3 dB, ist der Fremdgeräuschabstand für eine Standardbewertung zu gering; die Korrektur wird auf 3 dB begrenzt, was im Bericht ausdrücklich als „Obergrenze“ der wahren Schallleistung der Quelle dokumentiert werden muss.

Das Messverfahren

Zur Bestimmung des Schallleistungspegels nach ISO 3746 müssen die energiegemittelten Schalldruckpegel über eine virtuelle Hüllfläche (S) gemessen werden, die die Schallquelle vollständig umschließt. Die Abmessungen dieser Fläche werden von einem Bezugsquader – dem kleinstmöglichen rechteckigen Quader, der die Schallquelle enthält – abgeleitet, wobei kleinere hervorstehende Elemente, die nicht wesentlich zur Schallemission beitragen, außer Acht gelassen werden. Je nach Anlage und den vorhandenen Reflexionsebenen wird die Hüllfläche in der Regel als Halbkugel oder als Quader definiert.

Die endgültige Berechnung beginnt mit der Bestimmung des Oberflächen-Schalldruckpegels (LpA), der der zeitlich gemittelte Wert ist, der um die Faktoren Fremdgeräusch (K1) und Umgebungsgeräusch (K2) korrigiert wird. Der Schallleistungspegel wird dann nach der internationalen Standardformel berechnet:

LW=LpA + 10log(S/S0)

, wobei
S die Gesamtfläche der Hüllfläche ist und
die Bezugsfläche von 1m2 ist. Um die technische Validität für ein internationales Publikum zu gewährleisten, muss der Abschlussbericht eine Unsicherheitsabschätzung (U) enthalten, wobei in Anhang D der Norm spezielle Hinweise zur Berücksichtigung von Schwankungen im Schallfeld und in der Messgeometrie gegeben werden.

Wie setzt man Messpunkte für die Messung?

Die Messmikrofone müssen senkrecht (normal) zur virtuellen Hüllfläche ausgerichtet sein, um den abgestrahlten Schalldruck genau zu erfassen. Nach ISO 3746 (und PN-EN ISO 3746) werden die spezifischen Gitterkoordinaten für diese Mikrofone durch die Geometrie der gewählten halbkugelförmigen oder quaderförmigen Oberfläche bestimmt. Die technischen Protokolle in Anhang C unterscheiden diese Mikrofonanordnungen weiter nach der Nähe der Quelle zu reflektierenden Flächen – wie Boden, Wand oder Ecke -, um sicherzustellen, dass die räumliche Abtastung akustische Reflexionen von zwei oder drei benachbarten Flächen berücksichtigt. Diese standardisierte Platzierung ist entscheidend für die Berechnung eines statistisch gültigen energiegemittelten Schalldruckpegels über den gesamten Messbereich.

Für welche Frequenz bestimmen wir den Leistungspegel?

Gemäß ISO 3746 (und PN-EN ISO 3746) umfasst der Standardfrequenzbereich für die Bewertung von Schallleistungspegeln die Oktavbänder mit Mittenfrequenzen von 125 Hz bis 8.000 Hz. Während der primär gemeldete Wert in der Regel der A-bewertete Schallleistungspegel (LWA) ist, erfordern umfassende technische Bewertungen eine frequenzabhängige Analyse zur genauen Charakterisierung der Lärmquelle.

Werden Messungen in Oktavbändern durchgeführt, müssen die Fremdgeräusch-Korrektur (K1) und die Umgebungskorrektur (K2) für jedes Band einzeln berechnet und angewendet werden, da Fremdgeräusche und die Absorption im Raum je nach Frequenz stark variieren. Dieser frequenzspezifische Ansatz stellt sicher, dass die endgültige A-bewertete Summe mathematisch fundiert ist und die wahren spektralen Eigenschaften des Geräts widerspiegelt.

Beschränkungen der Messmethode

Das in ISO 3746 definierte Verfahren zur Messung des Schallleistungspegels ist als Orientierungsverfahren (Genauigkeitsklasse 3) eingestuft und bietet eine größere Flexibilität, aber eine geringere Präzision als die „Präzisions-“ oder „Technischen Verfahren“ der Laborqualität. Trotz der höheren Messunsicherheit wird diese Norm aufgrund ihrer einfachen Umsetzung und ihrer Fähigkeit, Geräte unter tatsächlichen Betriebsbedingungen vor Ort zu charakterisieren, in der Industrie weit verbreitet. Da sie sich auf bewährte Schalldruckpegel-Messverfahren stützt, die den Fachleuten in der Industrie vertraut sind, dient sie als praktisches Instrument für die rasche Bewertung und das gesetzliche Screening von Maschinen, für die keine speziellen akustischen Prüfkammern zur Verfügung stehen.

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