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Ing. Büro Dr. Jordan für Akustik
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ICP/IEPE steht für Integrated Circuit Piezoelectric bzw. Integrated Electronics Piezo-Electric. Es handelt sich dabei um einen Standard für ursprünglich piezoelektrische Sensoren mit integrierter Elektronik, die heutzutage häufig in der industriellen Messtechnik eingesetzt werden.
Diese Technologie wurde ursprünglich für Piezo-Beschleunigungssensoren entwickelt. Piezo-Sensoren liefern zunächst eine (hochohmige) elektrische Ladung als Ausgangssignal. Diese Ladung ist proprtional zur Beschleunigung. Die älteren Mess-Systeme bestanden aus einem reinen Piezo-Sensor, einem Kabel und einem speziellen Ladungsverstärker, der schließlich eine Spannung proportional zur Beschleunigung liefert. Problematisch ist dabei, dass das Sensor-Signal sehr hochohmig ist. Man benötigt spezielle und teure Kabel um Einstreuungen über das Kabel zu verringern. Längere Leitungen waren nicht möglich. Daher integrierte man den Ladungsverstärker direkt in den Sensor. Das Ausgangssignal ist dadurch niederohmig und unempfindlich gegenüber Einstreuungen. Signal und Spannungsversorgung werden über ein einfaches Koaxialkabel übertragen. Grundsätzlich findet man die gleichzeitige Übertragung von Versorgungsspannung und Signal auch bei der Phantomspeisung P48. ICP/IEPE verwendet jedoch eine Stromeinspeisung, also eine völlig andere Technologie.
ICP/IEPE-Sensoren werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B.:
Im Wesentlichen sind ICP und IEPE identisch.
ICP/IEPE verwendet meist den klassischen BNC Stecker, den man auch an üblichen Oszilloskopen findet. ICP/IEPE benötigt aber die spezielle Stromeinspeisung. Ein ICP Mikrofon kann man zwar mechanisch direkt anschließen, aber es funktioniert nicht, da die Versorgung fehlt. Immerhin kommt es dabei zu keinen Beschädigungen.
Sie benötigen vielmehr spezielle ICP/IEPE Versorgungseinheiten, die den Konstantstrom liefern und ggf. einen zusätzlichen Verstärker. Ausgangsbuchse ist dann auch häufig BNC. Diese Ausgangsbuchse kann dann an das oben erwähnte Oszilloskop bzw. Messgerät angeschlossen werden. In der Praxis führt das gerne zu Verwechselungen.
Solche Versorgungs-Module sind in professionellen Schallpegelmessern bereits integriert.
Sie finden aber auch Module für die Phantomspeisung P48 oder Versorgung über USB mit 5V
Die 48V-Phantomspeisung (kurzform P48) ist eine Gleichspannung, die über ein Mikrofonkabel zur Versorgung von Kondensatormikrofonen verwendet wird. Sie wird "Phantom" genannt, weil sie über die gleichen Adern übertragen wird, die auch das Audiosignal führen.
Hier sind die wichtigsten technischen Details:
Das Audiosignal wird differentiell über PIN 2 und 3 übertragen. Die P48 liegt gleichmäßig an PIN 2 und 3 an und hat daher keinen Einfluss auf die Differenzspannung.
Kondensatormikrofone benötigen eine externe Stromquelle, um den Vorverstärker zu versorgen. Historisch diente die 48V Spannung auch als Polarisationsspannung für die Mikrofonkapsel selbst. Früher wurde das Mikrofon über separate Kabel oder Batterien verwendet. Die Phantomspeisung vereinfachte dies, indem sie die Stromversorgung über das Mikrofonkabel selbst ermöglicht.
Varianten:
Neben der 48V-Variante gibt es auch noch die 12V-Phantomspeisung (P12), die seltener verwendet wird. Gelegentlich findet man auch 24V.
Nicht alle Geräte halten sich strikt an die Norm. Es gibt ältere Mikrofone, die andere Spannungen benötigen. Vor dem Anschließen eines Mikrofons immer die Spezifikationen überprüfen!
Die Phantomspeisung ermöglicht auch die Verwendung von aktiven DI-Boxen und anderen Geräten mit geringem Strombedarf. Für manche Anwendungen, z. B. im mobilen Einsatz, kann die Phantomspeisung auch über Batterien oder Akkus bereitgestellt werden.
Dynamische Mikrofone benötigen keine Phantomspeisung. Daher existieren auch viele Vorverstärker, die eine solche Spannung nicht liefern. Hier helfen Adapter, die die 48V aus Batterien oder aus 5V USB erzeugen.
Durch die Widerstände ist der Stromfluss begrenzt. Die 48V können aber spürbar sein. Die meisten Geräte sind an den Eingängen vor der P48 geschützt. Es gibt im Zweifelsfall aber auch Adapter, die die P48V gezielt blockieren.
Unser Audioanalysator APX555 benötigt einen solchen Adapter, da ansonsten Schutzschaltungen aktiviert werden und die automatische Bereichsumschaltung verwirrt ist.
Der Standard P48 mit dem XLR Stecker kommt aus der Studio-Technik und ist nicht für Anwendungen in der Messtechnik konzipiert. Klassische Messmikrofone verwenden eine Polarisationsspannung von 200V. Wobei dieser Punkt gleich relativiert werden kann. 200V Systeme findet man heute nur vereinzelt, da vorpolarisierte Kapseln entsprechend ausgereift und langlebig sind. Problematisch ist nur die begrenzte Dynamik. Vorverstärker, die eine Mikrofonkapsel in ihrer Dynamik voll ausreizen, benötigen eine höhere Spannung und mehr Strom. (Hintergrund zur Dynamik von Mikrofonkapseln) Eine übliche 1/2"-Kapsel liefert bis zu 15V-RMS, das sind ca. +/-20V (bei Schallpegeln >140dB) Diese Anforderungen betreffen aber nur Messtechnik im High-End Bereich. Man findet auf dem Markt einige Schallpegelmesser mit diesem Anschluss u.a. NTI XL2 und XL3 sowie den SM30/50/90 und AM100 von Bedrock. Für die üblichen Anwendungen in der Messtechnik ist dies völlig ausreichend.
Es gibt Adapter, die aus den 48V eine ICP/IEPE Konstanstromspeisung erzeugen Es gibt P48 Vorverstärker, die auch die 200V erzeugen und so mit klassischen Mikrofonkapseln betrieben werden können. Dies ist z.B. der MV225 P48 von Microtech-Gefell
Dieser Vorverstärker liefert beachtliche 7.5V RMS
Version DIN45680:2020 (Entwurf)
In den letzten Jahren hat die Bedeutung der Erfassung tiefer Schallereignisse deutlich zugenommen. Tiefe Frequenzen bedeutet der Bereich unter 100Hz. Gerade der Bereich Wärmepumpen und Windenergienanlagen ist in den letzten Jahren Gegenstand vielfältiger Untersuchungen.
Messen konnte man den physikalischen Schallpegel in diesem Frequenzbereich seit Ewigkeiten mit hoher Genauigkeit.
Gegenstand aktueller Normierungsbemühungen und der Forschung ist es jedoch, die Wirkung auf den menschlichen Körper zu bewerten. Schall besteht in der Praxis nicht nur aus einzelnen Tönen oder Rauschen. Diese kann man durch Hörtests relativ einfach erfassen. Reale Schallereignisse (vielfältige Motorengeräusche, Presslufthammer, Lüftungsanlagen usw.) lassen sich nur schwer von einem rein physikalischen Schallpegel in eine wahrgenommenen Lautstärke umrechnen. Dies ist der Schwerpunkt der Psychoakustik, die mit komplexen Modellen versucht, das menschliche Hörvermögen nachzubilden.
Viele Schallpegelmessungen orientieren sich an der TA_Lärm (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm). Diese verweist bei tiefen Frequenzen auf die DIN45680 (Messung und Beurteilung tieffrequenter Geräuschimmissionen).
Gültig ist bisher und immer noch die DIN45680 von 1997 (Stand März 2025). Diese wird jedoch vielfach kritisiert, da keine praxistauglichen Bewertungen durchgeführt werden konnten. Daher gab es 2013 einen neuen Anlauf, der jedoch zurückgezogen wurde. Aktuell gibt es einen Entwurf vom Sommer 2020, der möglicherweise als eine gültige Norm übernommen wird. Dadurch würde es endlich eine klare Messvorschrift für diesen Frequenzbereich geben.
Der Standardisierungsprozess erweist sich als sehr zäh, da anscheinend verschiedenste Interessengruppen keinen Konsens finden.
Diese Norm ist in höchstem Maße politisch, da sie erheblichen Einfluss auf die Energiewende hätte. Stichwort Wärmepumpen, Windkraftanlagen, Blockheizkraftwerke usw.
Im privaten Umfeld häufen sich die Beschwerden über laute Luft-Wärmepumpen des Nachbarns, die die Nachruhe rauben.
Gerade in ländlichen Neubaugebieten mit relativ enger Bebauung sind Luft-Wärmepumpen ein Problem. In diesen ländlichen Wohngebieten ist es normalerweise nachts extrem ruhig. Bei typischer Bauung mit Grundstücksgrößen von 500qm befinden sich Luft-Wärmepumpen nur wenige Meter vom Schlafzimmer entfernt. Die Abstrahlung ist zudem tieffrequent <100Hz. Dieser Schall wird von Fenstern nur geringfügig verringert. Weiterhin schalten die Anlagen zwischen verschiedenen Leistungsstufen hin und her, das Geräusche ändert sich unregelmässig. Ist die Anlage erstmal installiert, hat ein gestörter Nachbar kaum ein Chance. Die Anlage liegt nicht in seinem Einflussbereich. Eigene Schallschutzmassnahmen sind schwierig bis unmöglich. Das Schlafzimmer ist meist unter dem Dach. Die Wärmedämmung hilft nicht gegen tieffrequenten Lärm. Wirksam sind nur aktive Absorber oder in bestimmten Fällen Helmholtz-Resonatoren. Momentane ruhe verschaffen nur aktive Noise-Canceling Kopfhörer. Aktuell gibt es hier aber den Verdacht, dass der dauerhafte Gebrauch unsere Sinneswahrnehmung dauerhaft schädigt.
Die Hersteller von Wärmepumpen haben das Problem durchaus erkannt. Die Fa. Bosch wirbt ausdrücklich mit leisen Geräten und bietet auch sehr anschauliche Simulationen.
oder auch Fa. Buderus https://www.buderus.de/de/waermepumpe/lautstaerke
Ich vermisse aber in den Darstellungen den deutlichen Hinweis auf tiefe Frequenzen und das Anlaufverhalten.
In der Praxis kommt es selbst bei relativ leisen Anlagen durch eklatante Installtionsfehler zu unnötigen Belästigungen.
Rechtsgrundlage für die Beurteilung der Schallausbreitung im Freien ist die 32. BImSchV, die auf die Technische Anleitung Lärm (TA Lärm)
zurückgreift. Die TA Lärm legt die Immissionsrichtwerte in Abhängigkeit von den Gebietstypen und den Tageszeiten fest.
Auf vielen Webseiten tummeln sich viele Angaben von Schallpegeln in dB. Dies sind wertlos, wenn nicht angegeben wird, wo gemessen wird. Denn es macht eien erhblichen Unterschied, ob man direkt vor dem Geräte oder im Schalfzummer misst.
Der maßgebliche Immissionsort befindet sich 0,5 m vor der Mitte des geöffneten Fensters (außerhalb des Gebäudes) des vom Geräusch am stärksten betroffenen schutzbedürftigen Raumes (in der Regel das Schlafzimmer).
Die TA Lärm begrenzt nicht die Schallimmission durch eine einzelne Schallquelle, sondern die Gesamtbelastung eines schutzbedürftigen Raumes durch alle relevanten Schallquellen. Hierzu wird der Regel ein schalltechnisches Gutachten benötigt. Diese Vorgehensweise ist nicht erforderlich, wenn die Belastung durch die Wärmepumpe den Immissionsrichtwert um mindestens 6 dB(A) unterschreitet.
In reinen Wohngebieten beträgt der Grenzwert 35dB(A) nachts.
Gerade in ländlichen Gebieten ist der Pegel nachts ohne technische Anlagen in windstillen Nächten unter 20dB(A), da fallen dann rechtskonfome Anlagen doch deutlich auf. Insbesondere Anlaufgeräusche und eben der tieffrequente Charakter können sehr störend sein und werden durch die aktuellen Normen nur unzureichend abgebildet.
Die Wahrnehmnung ist auch sehr individuell, den einen beruhigt das Geräusch, den anderen raubt jedes Anlaufen den Schlaf.
Diese Thematik werde ich in eigenen Beiträgen vertiefen.
Für den Bereich unter 100Hz kann man auch mit sehr einfachen Schallpegelmessungen eine Bewertung durchführen. Dabei verwendet man die weit verbreitete A und C Bewertungen, die das Hörvermögen bei unterschiedlichen Frequenzen beschreiben. Die A-Kurve filtert tiefe Frequenzen weitaus stärker als die C-Kurve. Ist der mittlere Schallpegel in dB(C) deutlich höher als der Wert in dB(A), so ist dies ein erster Hinweis auf ein tieffrequenten Anteil . In der DIN45680:1997 wurde ein Grenzwert dB(C)-dB(A) >20dB angenommen. In der 2013 Version wurde der Grenzwert auf 15dB verschärft. Im aktuell Entwurf von 2020 wurde dieses Kriterium jedoch ganz entfernt.
Gegenüber DIN 45680:1997 und DIN 45680 Beiblatt 1:1997 wurden folgende Änderungen vorgenommen:
Der neue Entwurf besteht im wesentlichen aus einem speziellen Bewertungsverfahren für die Terzpegel im Bereich vom 1Hz bis 100Hz. Es gibt Zuschläge für Tonalität oder Impulsivität. Diese Zuschläge werden jedoch objektiv aus dem Spektrum berechnet und nicht als subjektiver Zuschlag definiert.
Insgesamt kommt man damit einer objektiven gehörgerechten Bewertung deutlich näher.
Neu ist in diesem Entwurf ein Bewertungsverfahren für den Bereich von 1Hz-20Hz, also der klassische Infraschallbereich. Der Entwurf weist jedoch auf den nach wie vor deutlichen Forschungsbedarf in diesem Bereich hin. Daher ist dieser neue Frequenzbereich nur informativ aber richtungsweisend. Verbindlich ist jedoch der Frequenzbereich zwischen 8Hz und 100Hz.
Anmerkungen:
In dem neuen Entwurf von 2020 werden "frühe" Schwellwerte vermieden. Dies sind die Vorerhebung (ehemals LCeq - LAeq) und die Hörschwelle. Durch "harte" Schwellwerte wurden in den älteren Normen bzw. Entwürfen Schallereignisse verworfen oder einzelne Frequenzbereiche nicht berücksichtigt, da diese unterhalb der Schwellwerte waren. Aktuellere Forschungsergebnisse zeigten, dass solche Schallereignisse in Summe doch hörbar waren. Daher werden jetzt zunächst alle Terzpegel ausgewertet und zum Schluss Grenzwerte bzw. Empfehlungen für die ermittelten Beurteilungspegel angegeben.
Eigenschaften von Schall mit tiefen Frequenzen unter 100Hz
Schall ist bis etwa 20Hz hörbar. Tieffrequentere Signale werden dann als Erschütterungen / Vibrationen wahrgenommen. Die bewusste Wahrnehmung ist umstritten (aktuelle Forschungen gehen von einer Wahrnehmungsgrenze ab 8Hz aus), allerdings scheinen tieffrequente Anteile für Störungen im Wohlbefinden verantwortlich zu sein.
Die Ursachen für Brummen sind meist technischer Natur
Tieffrequenter Schall und Infraschall wird aber auch im hohen Maße durch Wind und Wellen erzeugt, ganz ohne menschliches Einwirken.
Mit Akulap können Sie auf einfache Weise Messberichte für die DIN45680 erstellen
Die DIN45680:2020 betrachtet den Frequenzbereich in den Terzbändern von 8Hz bis 100Hz. In Sonderfällen werden auch die Bänder 1Hz bis 20Hz gesondert berücksichtigt. Dieser Infraschallanteil ist ausdrücklich nicht normativ.
Grundlage der Bewertung nach DIN45680 ist der Beurteilungspegel Lr. Dieser setzt sich zusammen aus:
Berechnung
Das Bewertungsverfahren verwendet:
A-bewerteter Energie-äquivalenter Dauerschallsummenpegel für die Terzbänder mit den nominalen Mittenfrequenzen von 8 Hz bis 100 Hz, in Dezibel
Dieser Zuschlag berücksichtigt tonale Komponenten, die zu einer erhöhten Belästigung führen können.
Dieser Zuschlag liegt im Bereich 0 bis 20dB.
Im Gegensatz zu den älteren Versionen der DIN45680 ist die Berechnung gleitend. Die Zuschlag wird immer berechnet und es gibt keine Grenzwerte. In der älteren Fassung von 1997 gab es erhebliche Unterschiede im Ergebnis, je nachdem ob der Grenzwert überschritten war oder nicht. In dieser älteren Fassung konnte es vorkommen, dass ein Geräusch als tonal eingestuft wurde, weil ein einzelner Ton das Kriterium erfüllt hatte. Dieser Ton war jedoch gar nicht für die Belästigung verantwortlich. Trotzdem wurde dann das Geräusch als tonal ausgewertet und führte dann zu Fehlinterpretationen.
Dieser Zuschlag berücksichtigt zeitlich Auffälligkeiten (Impulse /Modulationen), die zu einer erhöhten Belästigung führen können.
Dieser Zuschlag liegt im Bereich 0 bis 10dB.
Der Beurteilungspegel berücksichtigt einen Zuschlag, in dem die Gesamteinwirkdauer Tr und die Beurteilungszeit Tr einfließen.
Zeitlicher Zuschlag (in dB)=10*log10(Te/Tr)
Bei der Berechnung des Beurteilungspegels Lr(8Hz-100Hz) beträgt die Beurteilungszeit für den Tag (06:00 Uhr bis 22:00 Uhr) 16 h, für die Nacht (22:00 Uhr bis 06:00 Uhr) 1 h (ungünstigste Stunde), sofern in den einschlägigen Regelwerken keine anderen Festlegungen getroffen sind. Die Beurteilungszeit richtet sich nach den Festlegungen in den einschlägigen Regelwerken.
Unabhängig von der Art der Schallübertragung (Luft- oder Körperschall) wird das tieffrequente Geräusch innerhalb des Wohngebäudes in dem am stärksten betroffenen schutzbedürftigen Raum nach DIN 4109-1:2018-01 bei geschlossenen Fenstern und Türen und üblicher Raumausstattung gemessen. Maßgeblich ist der Ort mit der höchsten Belastung im am stärksten betroffenen Raum.
Welche Stelle im Raum am stärksten betroffen ist, können im Allgemeinen die Bewohner angeben. Fehlen Hinweise, sollten bei der Bestimmung des maßgeblichen Messortes orientierende Messungen in den üblichen Aufenthaltsbereichen der in Frage kommenden Räume vorgenommen werden.
Der Abstand des maßgeblichen Messortes zu reflektierenden Flächen, wie z. B. Wänden, muss mindestens 0,5m betragen.
In geschlossenen Räumen treten aufgrund von Raumresonanzen große ortsabhängige Unterschiede im Schalldruckpegel auf (Raummoden). Maximale Werte sind häufig weniger im Raumzentrum, sondern vor allem an den Wänden und in den Ecken zu finden.
Die Messdauer richtet sich nach der Einwirkdauer und der Zeitstruktur des Geräusches am Messort und muss repräsentativ für die Art des Geräusches sein. Sie kann sich aus einzelnen, voneinander getrennten Zeitabschnitten zusammensetzen. Bei periodischen Vorgängen muss sich die Messdauer über mindestens drei typische Geräuschzyklen erstrecken. Bei Vorgängen mit kurzer Dauer müssen die Messdaten für mindestens drei repräsentative Einzelereignisse bestimmt werden. Anhaltspunkte gibt auch die VDI 3723 Blatt 1. In der Regel lässt sich aus der Art des Geräusches auf dessen Zeitstruktur (konstant, regelmäßig/unregelmäßig variierend, regelmäßig/unregelmäßig pausierend etc.) schließen oder die Betroffenen können Hinweise dazu geben. Die Messdauer ist so anzulegen, dass der Verlauf innerhalb der Beurteilungszeit vollkommen erfasst ist. Bei Vorkenntnis kann diese wesentlich kürzer sein als die Beurteilungszeit und sich darauf beschränken, die Messung in ein oder mehreren repräsentativen Zeitabschnitten unter Protokollierung der Einwirkdauer durchzuführen. Sollte kein Vorwissen vorhanden sein, so ist gegebenenfalls auch eine Messung über einen mindestens die Beurteilungszeit umfassenden Zeitbereich durchzuführen.
Langzeitmessungen können durchgeführt werden, wenn überhaupt das Auftreten eines Geräusches ermittelt werden soll oder wenn die Quelle und für diese der Ort der höchsten Belastung im Raum bereits bekannt sind, und der genaue zeitliche Verlauf zu ermitteln ist. Eine Langzeitmessung kann zweckmäßig sein, wenn ein Geräusch zu ermitteln ist, dessen Auftreten nicht vorhergesagt werden kann. In diesen Fällen sollten Betroffene den Zeitpunkt des Auftretens des zu den Beschwerden führenden Geräusches dokumentieren, damit dieses in den automatischen Aufzeichnungen identifiziert werden kann.
Treten am Messort Fremdgeräusche auf und ist die Schallquelle identifiziert, so ist grundsätzlich nur dann zu messen, wenn erwartet werden kann, dass der äquivalente Dauerschallpegel des Fremdgeräusches in jedem für die Beurteilung relevanten Frequenzband um mindestens 6 dB unter dem des zu bewertenden tieffrequenten Geräusches liegt. Dies muss, soweit möglich, vor Beginn der Messung durch Ein- und Ausschalten der entsprechenden Schallquelle überprüft werden. Wird das Fremdgeräusch durch Pausen unterbrochen und ist in diesen Pausen das zu beurteilende Geräusch pegelbestimmend, kann in den Pausen gemessen werden.
Bei diesen tiefen Frequenzen werden auch die Einschwingzeiten der Terzfilter entsprechend lang. Daher sind die ersten 5s einer Messung nicht auszuwerten.
In der Fassung DIN 45680:1997-03 wurde der LpAFmax als eine maßgebliche Beurteilungsgröße festgelegt. Da hier keine neuen Erkenntnisse vorliegen, wird in Anlehnung an diese Fassung die Größe Lp(8Hz-100Hz)AFmax als neue maßgebliche Beurteilungsgröße festgelegt. Aufgrund der in der damaligen Fassung definierten Vorerhebung war gewährleistet, dass nur Geräusche beurteilt wurden, bei denen die Hauptenergie eines Geräusches in einem Frequenzbereich lag, bei dem die Differenz zwischen der C- und dem A-Bewertung mehr als 20 dB betrug. Das ist erst bei Terzen unter 100 Hz der Fall. Da die Vorerhebung aufgrund anderer Schwächen jedoch in diesem Dokument verworfen wurde, ist der LpAFmax nun auf den relevanten Frequenzbereich begrenzt worden, um die Vergleichbarkeit beider Beurteilungsgrößen zu gewährleisten.
Der aus den LpTerzAFmax berechnete Lp(8Hz-100Hz)AFmax kann von dem tatsächlichen Lp(8Hz-100Hz)AFmax abweichen. Allerdings liegen die möglichen Abweichungen in einem Toleranzbereich, der insbesondere bei tiefen Frequenzen deutlich enger ist als der Akzeptanzbereich für die A-Bewertung nach DIN EN 61672-1:2014-07. Aus diesem Grund ist im tieffrequenten Bereich auch eine rechnerische Wichtung der Terzpegel mit der standardmäßigen A-Bewertung gegenüber einer A-Filterung eindeutig zu bevorzugen.
Bei der Verwendung der Fmax-Ermittlung ist jedoch zu beachten, dass ein einzelnes sehr kurzes Ereignis in einer länger dauernden Messung den Wert des Lp(8Hz-100Hz)AFmax bestimmen kann, wodurch diese Größe relativ störanfällig ist. Daher ist bei der Ermittlung dieses Wertes besonders darauf zu achten, dass keine Fremdgeräusche wie Türenschlagen oder Ähnliches diesen Maximalwert bestimmen.
Im Anhang A1 der DIN45680:2020 sind Anhaltswerte für den Beurteilungspegel (Lr) und den Spitzenwert Lp angegeben. Diese Werte gelten für Wohnräume oder Räume mit vergleichbarer Schutzwürdigkeit im Sinne der DIN4109-1-2018-1.
| Beurteilungszeit | Lr(8Hz–100Hz) in dB | Lp(8Hz-100Hz)AFmax in dB |
|---|---|---|
| 06:00 Uhr bis 22:00 Uhr | 35 | 45 |
| 22:00 Uhr bis 06:00 Uhr1 h (ungünstigste Stunde)a | 25 | 35 |
Im Allgemeinen liegen keine erheblichen Belästigungen durch tieffrequente Geräuschimmissionen vor, wenn die Anhaltswerte von den beiden Pegeln Lr(8Hz–100Hz)und Lp(8Hz-100Hz)AFmax nicht überschritten werden.
Die DIN45680 verwendet an dieser Stelle den Begriff „Anhaltswert“. Damit wird ausgedrückt, dass es sich nicht um gesicherte Grenzwerte handelt, sondern um empfohlene Werte, die sich auf die bisherigen Erfahrungen bei der Beurteilung tieffrequenter Geräuschimmissionen in der Nachbarschaft von Anlagen stützen.
Mit Akulap können Sie auf einfache Weise Messberichte für die DIN45680 erstellen
Akulap erzeugt ein HTML Dokument, das alle relevanten Messwerte und Grafiken enthält.
Eine Messung und Auswertung mit Akulap besteht aus folgenden Schritten
Start von Akulap
Kalibrierung mit einem Schallpegelkalibrator
Durchführung einer Messung mit Terzanalyse
Speichern einer Messung
Laden einer Messung
Auswahl eines Bereichs
Auswertung nach DIN45680
Beim Einzelmesswert handelt es sich um einen Schalldruckpegel, der zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Messgerät erfasst und angezeigt wird. Man spricht dann auch von einem Momentan-Pegel. In schalltechnischen Gutachten oder Berichten erfolgt die Schallpegelangabe mit dem Buchstaben L gefolgt von Indizes welche die Bewertungen kennzeichnen. LAF(t) steht demnach für einen A-bewerteten (im Frequenzbereich) Schalldruckpegel. Eine zeitliche Bewertung (Mittelung) erfolgt mit der Einstellung F (fast=125ms)
Der Maximalpegel LAFmax kennzeichnet den höchsten Schalldruckpegel eines Einzelereignisses innerhalb eines Messzeitraumes. Er wird zur Kennzeichnung von kurzeitigen Geräuschspitzen nach TA Lärm herangezogen.
Beim Mittelungspegel handelt es sich um einen durchschnittlichen, während der Messung auftretenden Schalldruckpegel, der aus den Einzelmesswerten nach DIN 45641 im zeitlichen Verlauf gebildet wird. Dabei handelt es sich um eine energetische Mittelung über einen gewissen Zeitraum. Er ist für die Einwirkzeit TE die typische Kenngröße und wird als LAeq (energieäquivalenter Dauerschallpegel) angegeben.
Der Beurteilungspegel Lr ist ein aus dem Mittelungspegel umgerechneter Pegel, bei dem durch Pegelkorrekturen die Einwirkdauer, Ton- und Informationshaltigkeit, Impulshaltigkeit einzelner Schallquellen, der Anteil der Ruhezeiten und Störgeräusche sowie die Messunsicherheit zusätzlich berücksichtigt werden. Er wird als Beurteilungsgröße für die Lärmsituation mit den vorgegebenen Orientierungs-, Anhalts- oder Immissionsrichtwerten verglichen.
Für die Angabe des Schallpegels existieren eine Vielzahl von Meßgrößen. Dies sind zum Beispiel LAEQ LCEQ LAFMAX LCPEAK usw
Alle Werte werden in dB gemessen. Dies führt häufig zu Verwechslungen. Die Werte unterscheiden sich jedoch erheblich.
Haben Sie hier noch den Überblick?
in diesem Artikel möchten wir den Hintergrund dieser Parameter und deren Anwendung erläutern.
Die wichtigsten Messgrößen sind in der TA-Lärm und der DIN61672 exakt definiert.
Dies sind insbesondere:
Der physikalische Schalldruck wird mit einem Mikrofon aufgenommen und liefert eine rein physikalische Größe den Schalldruck in Pascal.
Dieser eine Parameter würde völlig ausreichen, um den Schalldruck zu beschreiben. Schall ist jedoch nicht nur eine rein physische physikalische Größe, sondern wir möchten die Wirkung auf unser Ohr- unsere Wahrnehmung - beschreiben.
Vereinfacht gesagt wie laut ist es?
Diese Fragestellung ist ein sehr wichtiger Bereich im Bereich der Psychoakustik. Hier wurde und wird durch umfangreiche Hörtests unsere Wahrnehmung untersucht. Ein „Nebenprodukt“ dieser Forschungen sind auch digitale Kompressionsverfahren wie MP3.
Heutzutage gibt es hochentwickelte Verfahren, die unser Lautheitsempfinden gut abbilden. Historisch bedingt werden jedoch wesentlich einfache Verfahren wie Frequenz- und Zeitbewertung verwendet. Diese Verfahren stellten zur damaligen Zeit das technisch machbare dar. Wir reden hier über den Zeitraum in dem Zeigerinstrumente Stand der Technik waren. Hier benötigte man einfache analoge Schaltungstechniken, die unser Hörvermögen ansatzweise abbilden. Daher sind die A und C Kurven, sowie die F/S Zeit Bewertung praktisch wie in Stein gemeißelt, Man kann diese Auswertungen einfach technisch umsetzen und es gibt eine Vielzahl von Messvorschriften und Grenzwerten. Daher werden sich diese einfachen Auswertungstechniken noch lange halten, obwohl es wesentlich leistungsfähigere Messgrößen wie z.B. die Lautheit in Sone gibt.
Im ersten Schritt wird der Schalldruck logarithmiert da auch unsere Wahrnehmung logarithmisch ist. Als Bezugspegel nimmt man Schalldruck von 2 E-5 Pascal. Wir erhalten dadurch den Schalldruck in deziBel (dB) Unsere untere Wahrnehmungsgrenze liegt bei 0dB. Die obere Wahrnehmung bei 120dB.
Unser Ohr hat jedoch ein bestimmtes Verhalten im Frequenzbereich und ein bestimmtes Verhalten im Zeitbereich. Wir nehmen unterschiedliche Frequenzen anders war und auch Impulse unterscheiden sich deutlich von konstanten Signalen.
Meßgrößen für Schallpegel verwenden daher grundsätzlich eine Frequenz-Bewertung und eine Zeit-Bewertung. Als Frequenzbewertung werden in den meisten Fällen die A und C Kurve verwendet. Diese Kurven berücksichtigen, dass wir tiefe und hohe Frequenzen geringer wahrnehmen als mittlere Frequenzen im Bereich von 2000Hz.
Als Zeitbewertung werden fast (F) und slow (S) verwendet.
Historisch bezieht sich dies auf die Dämpfung eines Zeigerinstrumentes, da unser Auge den schnellen Bewegung des Zeigers sonst gar nicht hätte folgen können.
Wir finden aber auch Maximalwerte und Minimalwerte und insbesondere verschiedene Mittelwerte.
In der Praxis müssen wir den Schall über einen längeren Zeitraum auswerten. Natürlich können wir pro Sekunde 1000 Messwerte aufnehmen und erhalten so eine Vielzahl von Messwerten. Das ist aber wenig aussagefähig. Daher werden Mittelwerte eingesetzt. Am häufigsten wird der energieäquivalente Mittelwert (EQ) verwendet. Es ist offensichtlich, dass ein Schallpegel von 90dB und 80dB nicht ein Mittelwert von 85dB ergibt. Die Mittelung erfolgt grundsätzlich vor dem Logarithmieren des Schalldrucks in Pascal. Eine arithmetische Mittelung wird so gut wie nie verwendet, vielmehr werden die Messwerte des Schalldrucks erst quadriert und dann arithmetisch gemittelt. Diesen Mittelwert bezeichnet man als Energieäquivalenten Mittelwert. Er wird häufig mit EQ bzw. eq abgekürzt und ist eine der wichtigsten Meßgrößen im Bereich der akustischen Messtechnik.
Günstige Schallpegelmesser können diesen Parameter in der Regel nicht anzeigen dazu der Auswertung schon ein Prozessor benötigt wird mit rein analoger Schaltungstechnik ist dies nur schwer möglich.
Am häufigsten finden wir den LAEQ und den LCEQ. Beim LAEQ wir die A-Bewertung verwendet beim LCEQ die C-Kurve.
Man bildet auch häufig die Differenz dieser beiden Größen. Diese Differenz wird als Hinweis zur Anwesenheit von tieffrequenten Anteilen verwendet. Selbstverständlich kann man tiefe Töne mit einer FFT oder mit einem Terz-Analysator erkennen. Günstigere Schallpegelmesser können diese spektrale Darstellung jedoch nicht und so kann man aber bereits mit der Differenz einen Anhaltspunkt über tieffrequente Komponenten gewinnen.
Zur Bildung von LAFMAX wird der Schallpegel A und F bewertet und in einem frei wählbaren Zeitfenster der Maximalwert bestimmt.
Beim LCPEAK wird das Signal mit der C-Kurve bewertet und der Maximalwert bestimmt. Es findet keine zeitliche Bewertung statt. Dadurch können auch sehr kurze Signalspitzen erfasst werden.
LCPEAK darf nicht mit LCFMAX verwechselt werden. Bei LCFMAX verwendet man eine zeitliche Bewertung mit der Zeitkonstanten F. LCFMAX kann daher wesentlich geringer sein als LCPEAK.
LCPEAK verwendet man häufig im Arbeitsschutz, um Impulsspitzen zu erkennen, die zu Gehörschäden führen können.
Der Taktmaximalpegel ist eine Besonderheit im deutschsprachigen Raum und kommt aus der Zeit, als die Messgeräte den energieequivalenten Mittelwert noch nicht berechnen konnten.
Der Taktmaximalpegel ist der Maximalwert des Schalldruckpegels LAF(t) (A und F bewertet) während der zugehörigen Taktzeit T von 5 Sekunden. Alle 5s wird ein neuer Taktmaximalpegel bestimmt.
Aus dem Taktmaximalpegel wird der Taktmaximal-Mittelungspegel LAFTeq nach DIN 45641:1990 durch energieequivalente Mittelung berechnet. Der Taktmaximal-Mittelungspegel LAFTeq wird zur Beurteilung impulshaltiger Geräusche verwendet. Zu diesem Zweck wird die Differenz LAFTeq – LAEQ als Zuschlag für Impulshaltigkeit verwendet.
Die Schallleistung Lw wird auch in dB angegeben und führt häufig zu Verwechslungen. Die Schallleistung ist jedoch nicht eine besondere Bewertung des Schalldrucks (siehe IEC61672) sondern eine physikalische Eigenschaft einer Schallquelle. Angaben über die Schallleistung findet man häufig bei Maschinen aller Art ( z.B. Staubsauger, Rasenmäher usw.) Die Schalleistung beschreibt die akustische abgestrahlte Leistung des Schalls der Maschine. Je nach Umgebung (hallig oder absorbierend) kann man einen bestimmten Schalldruck im Abstand zur Maschine messen. Dieser Schalldruck ist aber umgebungsabhängig und nicht ausschließlich eine Eigenschaft der Maschine. Bei den Angaben zu einer Maschine möchte man aber die Eigenschaften der Maschine erfassen und nicht die der Umgebung. Je nach Schallfeld kann man die Größen Schalldruck und Schallleistung ineinander umrechnen.
Alle hier beschriebenen Messgrößen werden in dB angegeben. Die Werte weichen jedoch erheblich von aneinander ab. Es stecken schließlich auch völlig unterschiedliche Messverfahren dahinter. Das führt zur Verwirrung, aber auch zum Missbrauch. Möchte man ein möglichst lautstarkes Gerät anpreisen, sucht man sich schlicht den größten Wert aus z.B. LCPEAK.
Daher: Angaben zum Schalldruck in dB ohne die Messvorschrift sind wertlos.
Viele Messungen in der Akustik benötigen eine Schallquelle mit der der Testaufbau angeregt werden kann. Am häufigsten sind dies Messungen in der Raumakustik, hier wird der Raum mit einer Schalkquelle angeregt und das Abklingverhalten des Raumes gemessen. Oft findet man Schallquellen aber auch an der Bauakustik mit denen das Schalldämmaß zwischen zwei Räumen gemessen werden kann. Schallquellen verwendet man auch, um Mikrofone zu vermessen.
Am häufigsten verwendet man elektroakustische Wandler. Aber es werden auch viele andere akustische Schallquellen genutzt. Sei es ein platzender Ballon, eine Pistole oder ein Ventilator.
Im Folgenden legen wir den Schwerpunkt auf elektroakustische Wandler. Ein solcher Wandler sitzt ein elektrisches Signal in Schall um. Am häufigsten werden elektrodynamische Lautsprecher benutzt. Ein solcher Lautsprecher verwendet eine Spule, die sich in einem Magnetfeld befindet. Durch Stromfluss wird die Spule bewegt und damit auch die Membran und Schall erzeugt. Es gibt aber auch weitere Wandler, z.B. elektrostatische Lautsprecher oder durch Ausnutzen des Piezoeffekts. Aktuelle Entwicklungen beschäftigen sich mit MEMS.
Welche Eigenschaften sollte ein Lautsprecher haben?
Gerade in der Baukaustik werden häufig hohe Schallpegel benötigt. Beträgt der Ruhepegel im Empfangsraum z.B. 40dB. Wie nehmen an, die Schalldämmung der Wand beträgt grob 60dB. Dann sollte der Lautsprecher mindestens ein Pegel von 110dB erreichen. Wir haben in diesem Bespiel noch 10dB Sicherheitsreserve zum Ruhepegel berücksichtigt.
Technisch ist es wesentlich einfacher, hohe Pegel bei höheren Frequenzen zu erreichen. Unter 200Hz werden die Lautsprecher zunehmend größer, da die Wellenlänge entsprechend größer wird. Bei Messungen im Bereich von 50Hz und darunter werden bereits große und schwere Boxen benötigt.
Einen Ausweg stellt die Chirp-Methode dar. Durch Ausnutzung moderner Verfahren der Signalanalyse können Messungen bereits mit geringsten Schallpegeln durchgeführt werden.
Das menschliche Ohr besitzt einen Frequenzumfang von 20Hz bis 20kHz. Dieser Bereich kann durch einen einzelnen Lautsprecher nicht abgedeckt werden. Daher verwendet man mehrere Lautsprecher, die jeweils in einem eigenen Frequenzbereich arbeiten. Durch einen Frequenzweiche wird das Eingangssignal in unterschiedliche Frequenzbereiche aufgeteilt. Die Anordnung der Lautsprecher und die Phasengänge führen zu einem komplexen räumlichen Abstrahlverhalten.
Durch moderne Signalprozessoren, kann der Frequenzgang eines einzelnen Lautsprechers so angeglichen werden, dass der Frequenzgang in einem weiten Bereich linear ist. Bei Sprachverständlichkeitsmessungen nach DIN60268-16 wird häufig eine Talkbox eingesetzt. Hier wird durch solche Signalverarbeitung (Equalizer) der Frequenzbereich von 100Hz bis 10kHz linearisiert.
Bei vielen Messungen im Bereich der Raum- und Baukaustik ist man an einem diffusen Schallfeld interessiert. Daher solle die Schallquelle möglichst gleichmäßig in alle Richtungen strahlen. Im Idealfall eine reine Punktquelle.
Am häufigsten findet man in diesem Bereich den Dodekaeder. Er besteht aus 12 Lautsprechern, die eine kugelförmige Abstrahlung annähern. Anforderungen an solche Lautsprecher finden sich in der ISO3382 und ISO140.
Typische Dodekaeder haben eine Größe (Durchmesser) von 20 bis 50cm. In der Praxis versucht man stets einen Kompromiss zwischen geringem Gewicht und maximalem Schallpegel zu finden.
Eine Schallquelle für raumakustische Messungen muss keine 15kg wiegen, 2.5kg reichen auch
Akustische Messungen werden klassischerweise mit rosa Rauschen durchgeführt. Dieses Verfahren ist Stand der Technik seit den 1950Jahren und es werden vielfach enorme Schallpegel der Quelle benötigt. In der Konsequenz sind die Lautsprecher gross und schwer.
Durch Ausnutzung von Korrelationsverfahren (ab 1980) können die notwenigen Schallpegel zur akustischen Messung erheblich verringert werden.
Stand der Technik ist die Chirp-Methode. Siehe auch DIN EN ISO 18233:2006-08 (Akustik - Anwendung neuer Messverfahren in der Bau- und Raumakustik)
Hintergrund Informationen zur Chirp Methode
Mit unserer Software Akulap können Sie raumakustische Messungen mit der Chirp-Methode auf einfache Weise durchführen.
