Bauphysik

• Bauphysik I

  Grundlagen der Akustik

  
• Inhalte der heutigen Vorlesung

  • Bereiche der Akustik im Bauwesen
  • Physikalische Grundlagen des Schalls
  • Schwingungen und Wellen
  • Frequenzen im Bauwesen
  • Schallpegel und Lautstärke
  • Pegeladdition
  • Schallausbreitung
  • Schallimmission

  
• Bereiche der Akustik im Bauwesen


  • Schallimmissionsschutz
  • Bauakustik
  • Raumakustik
• Schallimmissionsschutz


  Reduktion der Schallausbreitung im Freien
• Schallimmissionen

  • Regelmäßige Immissionen aus Industrie, Anlieferbetrieb oder Verkehr
  • Unregelmäßige Immissionen aus Veranstaltungen (Musik, Feiern etc.)
• Bauakustik

  Reduktion der Schallübertragung in fremde Wohn- und Arbeitsbereiche im Gebäude und Schutz gegen Lärm von außen

  
• Schallübertragungsarten

  Luftschall<|>Trittschall

  
• Raumakustik

  Verbesserung der Sprachverständlichkeit<|>Verbesserung der musikalische Klangqualität<|>Lärmpegelreduktion durch Reduktion der Nachhallzeit
• Raumakustische Maßnahmen

  • Reflektoren zur Schalllenkung im Hörsaal
  • Modell zur Raumakustischen Berechnung eines Großraumbüros
• Maßnahmen des Schallimmissionsschutzes, der Raumakustik und der Bauakustik

  Beeinflussen sich gegenseitig
• Mechanische Schwingungen

  Ursache des Schalls<|>Übertragung der Schwingungen in Form von Wellen über ein elastisches Medium (z.B. Luft)
• Ungedämpfte, harmonische Schwingung

  Mechanische Schwingungen entstehen, indem ein Körper gegen eine Rückstellkraft aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird<|>Ohne Reibungsverluste schwingt ein einmal ausgelenkter Körper zeitlich unbegrenzt
• Überlagerung von Schwingungen

  Kann zur Auslöschung führen<|>Ausnutzung des Effekts durch elektroakustische Anlagen möglich
• Schallgeschwindigkeit

  In Luft bei 20 °C: 343 m/s
• Wellenlänge


  λ = c/f
• Frequenzbereiche im Bauwesen


  • Infraschall
  • Sprache
  • Musik
  • max. Hörbereich
  • Bauakustik
  • Raumakustik
  • Technischer Lärmschutz
  • Ultraschall

  
• Frequenzeinteilung im Bauwesen

  Terzbänder<|>Oktavbänder

  
• Eigenfrequenz

  Frequenz, mit der ein schwingfähiges System als Eigenform selbst schwingen kann<|>Nahe der Eigenfrequenz zweischaliger Bauteile ist die Schalldämmung reduziert
• Anwendungen von Eigenfrequenzen im Bauwesen

  • Design von Bauteilen mit Herabsetzung der Eigenfrequenz
  • Verwendung von Schwingungsdämpfern
  • Erdbebenschutzmaßnahmen
• Eigenfrequenz

  Eine Frequenz, mit der ein schwingfähiges System nach einmaliger Anregung als Eigenform selbst schwingen kann
• Nahe der Eigenfrequenz zweischaliger Bauteile ist die Schalldämmung reduziert
• Die Eigenfrequenz sollte außerhalb des akustisch bewerteten Bereichs von 100 Hz – 3150 Hz liegen

  
• Eigenfrequenz im Bauwesen


  1. Design von Bauteilen mit Herabsetzung der Eigenfrequenz

  2. Verwendung von Schwingungsdämpfern zur starken Dämpfung im Bereich der Maschinenfrequenz

  3. Erdbebenschutzmaßnahmen zur Schwingungsreduzierung
• Taipei Financial Center


  • 660 Tonnen schwere Stahlkugel zwischen 87. und 92. Stock
  • Durchmesser 5,5 m
  • Schwingungsreduzierendes Pendel
  • Ausgleich der Schwankungen des Gebäudes um 50%
• Schalldruckpegel Lp


  Logarithmisches Maß für den vom Menschen wahrnehmbaren Schalldruckbereich
• Beispiele für Schalldruckpegel Lp [dB]

  • Hörschwelle (0 dB)
  • Blätterrauschen (15 – 20 dB)
  • Tickende Uhr (20 – 30 dB)
  • Ruhige Wohnlage (30 – 40 dB)
  • Leise Unterhaltung (40 – 50 dB)
  • Normale Unterhaltung (50 – 60 dB)
  • Starker Straßenverkehr (70 – 80 dB)
  • Schreien, Rufen (80 – 85 dB)
  • Laute Fabrikhalle (90 – 100 dB)
  • Vorbeifahrender Schnellzug (100 – 110 dB)
  • Rockkonzert (110 – 120 dB)
  • Flugzeug in geringem Abstand (120 – 130 dB)
• Schalldruckpegel Lp


  Logarithmisches Maß für den vom Menschen wahrnehmbaren Schalldruckbereich, berechnet als Lp = 20log(p/p0) [dB]
• Lautstärke ist nicht physikalisch messbar
• Phone-Skala


  Kurven gleich empfundener Lautstärke, ermittelt aus frequenzabhängigen Befragungen
• Bei gleichen Schalldruckpegeln werden tiefe Töne als leiser empfunden als hohe Töne
• Schall-Leistungspegel LW


  Beschreibt den Schallpegel, der von einer Schallquelle abgegeben wird, unabhängig von Entfernung oder Umgebung
• Beispiele für Schall-Leistungen W [W] und entsprechende Schall-Leistungspegel LW [dB]

  • Kühlschrank (10-7 W, 50 dB)
  • Normale Unterhaltung (10-5 W, 70 dB)
  • Waschmaschine (10-4 W, 80 dB)
  • Klavier (10-2 W, 100 dB)
  • Stemmhammer (1 W, 120 dB)
  • Sirene (103 W, 150 dB)
  • Flugzeugtriebwerk (104 W, 160 dB)
  • Raketentriebwerk (106 W, 180 dB)
• Schallausbreitung und Schalldruckpegel Lp

  Der Schalldruckpegel Lp [dB] verringert sich mit größerer Entfernung zur Schallquelle
• Berechnung von Schalldruckpegeln Lp

  1. Für kugelförmig abstrahlende Punktschallquellen: Lp = LW - 11 - 20log(r)

  2. Für halbkugelförmig abstrahlende Punktschallquellen: Lp = LW - 8 - 20log(r)

  3. Für zylinderförmig abstrahlende Linienschallquellen: Lp = LW - 8 - 10log(r)

  4. Für halbzylinderförmig abstrahlende Linienschallquellen: Lp = LW - 5 - 10log(r)
• Beispiel 1: Schalldruckpegel an einer Bahn


  • Annahme: Schall-Leistungspegel LW = 110 dB, halbzylinderförmig abstrahlend

  Schalldruckpegel in 10 m Entfernung: Lp = 110 dB - 5 dB - 10 dB = 95 dB

  Schalldruckpegel in 20 m Entfernung: Lp = 110 dB - 5 dB - 13 dB = 92 dB

  Schalldruckpegel in 100 m Entfernung: Lp = 110 dB - 5 dB - 20 dB = 85 dB
• Beispiel 2: Schalldruckpegel Presslufthammer


  • Annahme: Schall-Leistungspegel LW = 120 dB, halbzylinderförmig abstrahlend

  Schalldruckpegel in 20 cm Entfernung: Lp = 120 dB - 5 dB - 1 dB = 114 dB

  Schalldruckpegel in 2 m Entfernung: Lp = 120 dB - 5 dB - 7 dB = 108 dB

  Schalldruckpegel in 20 m Entfernung: Lp = 120 dB - 5 dB - 13 dB = 102 dB
• einer Bahn


  Schalldruckpegel im Abstand von einer Bahntrasse
• Schall-Leistungspegel


  Durch das Vorbeifahren eines Zuges wird er mit Lw = 110 dB angenommen
• Berechnung des Schalldruckpegels


  1. Lp = Lw - 5 - 10 * log r

  2. Lp,10m = 95 dB

  3. Lp,20m = 92 dB

  4. Lp,100m = 85 dB
• Presslufthammer


  Schalldruckpegel im Abstand eines Presslufthammers