Simulationsmodelle verschiedener Fachrichtungen übernehmen seit Jahrzehnten immer mehr Aufgaben in Planungs- und Entwicklungsprozessen. Bei EDAG nutzen wir diese Methoden und Tools im täglichen Gebrauch in Projekten aus Industrie- und Fahrzeugentwicklung, für die Erstellung neuer Produkte nach aktuellen Standards. Zur Definition des Einsatzes des richtigen Materials, am richtigen Ort, in der richtigen Menge setzen wir auf eine große Bandbreite an CAE-Simulationssoftware - für höchste Qualität, auch in akustischer Hinsicht.
Akustikuntersuchungen mit virtueller Simulation
Der Hörsinn ist im Gegensatz zu den anderen Sinnen permanent, also 24/7 „online“ und erfährt somit keine Pausen. Der Hörsinn, der die Akustik in unserer Umgebung wahrnimmt, dient uns zur Orientierung, Kommunikation, Gefahrenabwehr und emotionaler Verbindung. Er ist somit ein Werkzeug, so dass wir verbunden in Gruppen sicher leben können.
Im Rahmen von akustischen Simulationen ist die Bandbreite der Fragestellung, Abmessung und Anwendung sehr vielfältig. Die Anwendungen reichen von Fragen, warum hört ein Delphin manche Töne besser, über die Innenraumakustik von Fahrzeugen, zu Quietsch- und Klappervorgängen, bis hin zu Antriebsgeräuschen und Schallemissionen von Windenergieanlagen in Windparks. Vom Kleinen bis ins Große können entsprechende Vorhersagen mittels virtueller Betrachtung gemacht werden.
Die Akustik befasst sich im Allgemeinen mit der Ausbreitung von Schall, welcher durch Schwingungen und Vibrationen hervorgerufen wird. Die beiden Kernbereiche Körper- und Luftschall sind im Fokus der Entwicklung hochwertiger Produkte.
Körperschall eines Delphinohres
Am Beispiel des Delphinohres konnte bei EDAG aufgezeigt werden, dass diese Meeressäuger innerhalb des Hörbereiches von 20 Hz bis 150kHz eine Bandbreite mit besonders gutem Hörvermögen besitzen. Dieser Bereich macht sich dadurch bemerkbar, dass der Delphin bestimmte Frequenzen im Bereich 60 kHz bis 100 kHz besonderes gut wahrnimmt.
Abb.1: Funktionsprinzip Mittelohr von Delphinen und FE-Modell der Gehörknöchelkette
Mittels FEM-Techniken entwickelten wir ein Körperschallmodell der Gehörknöchelkette, welches aufzeigte, dass man das Hörvermögen qualitativ gut abbilden kann. Hierzu wurde ein inverses Verfahren unter Betrachtung der zu investierenden Sendeleistung angewendet und mit im Experiment notierten Werten verglichen.
Abb. 2: Verlauf Übertragungsfunktion Sendeleistungsbezogen
Diese Untersuchung zeigt die Leistungsfähigkeit der akustischen Simulationen mit FEM-techniken auf, dass innerhalb kleiner Strukturen und einer großen Frequenzbandbreite sehr gute Ergebnisse erzielt werden können. Zwar lässt sich dieses untersuchte mechanische System nicht verbessern, liefert aber Einblicke in das Verhaltensmuster dieser Tiere und lässt Erkenntnisse zu, warum sich in diesem Falle bestimmte Verhaltensweisen ergeben.
Warum gute Raumakustik wichtig ist
Ein weiteres Thema aus dem Bereich Luftschall, mit dem wir uns bei EDAG befassen und Projekte begleiten, ist die Raumakustik, die nachfolgend näher erläutert werden soll.
Die Raumakustik nimmt einen wichtigen Teil in unserem täglichen Leben ein. Wir befinden uns zu einem großen Teil unseres Alltages in geschlossenen Räumen. Die Zunahme an Krankheiten, die sich in der menschlichen Psyche äußern, sind auf Stress, der auf den Menschen einwirkt, zurückzuführen. Solcher Stress wird unter anderem auch durch erhöhte Schall- und Geräuschpegel verursacht.
Konzentriertes Arbeiten in einem Großraumbüro ist nur dann möglich, wenn die Umgebungsgeräusche des Arbeitsplatzes nicht störend von den Mitarbeitern empfunden werden. Ein gute Raumakustikplanung kann diese Geräusche durch eine zielgerichtete Gestaltung und durch die richtige Auswahl der Materialien für den Menschen positiv beeinflussen.
Der Vorteil resultiert nicht nur in der Einhaltung von Vorschriften und Empfehlungen, sondern auch in der Mitarbeiterzufriedenheit. Zufriedene Mitarbeiter erledigen anfallende Tätigkeiten mit mehr Freude und in kürzerer Zeit, da stressinduzierte Pausenzeiten reduziert werden. Die Aspekte des konzentrierten Arbeitens sind nicht nur auf Büroflächen begrenzt, sondern auch im produzierenden Gewerbe der Industrie entscheidend. In Produktionshallen lassen sich die Methoden der Raumakustik ebenso anwenden.
Der Wandel der Industriegesellschaft hin zu einer Dienstleitungsgesellschaft ist in vollem Gange. Somit ist ein steigender Bedarf an Büroflächen, sei es als Neubau oder Umnutzung, zu prognostizieren. Um diesen Bedarf an zu planenden „leisen“ Büro- und Arbeitsflächen mit raumakustischer Simulation zu unterstützen, finden bei uns die notwendigen Standards Anwendung, bevor der erste Stein auf- bzw. abgebaut wird.
Abb.3: Schallpegel (A) vorher und (B) nachher
Im öffentlichen Bereich sind Schwimm-, Sport- und Konzerthallen zu nennen, die einer Berücksichtigung der raumakustischen Auslegung bedürfen. All diese Aufenthaltsorte können durch gute Raumakustik, speziell bei längerer Verweildauer, ihren Mehrwert an Qualität unterstreichen.
Ein nichtalltäglicher Bereich innerhalb unserer Raumakustiksimulation ist die Beurteilung von Schießständen in Form von Raumschießanlagen. Hier gelten ebenso entsprechende arbeitsplatzrechtliche Vorschriften, wie solche Räume zu gestalten sind. Die Verweildauer der jeweiligen Standaufsicht und der Trainer innerhalb der Raumschießanlage, lässt sich durch raumakustische Simulationen vor dem ersten Schuss, über die zu erwartenden Expositionswerte beurteilen.
Abb. 4: Schallausbreitung eines Schusses in 2-D und 3-D
Innerhalb der raumakustischen Simulationen werden die gängigen Bewertungsgrößen, wie Nachhallzeit, Speech-Transmission-index, Abklingraten, etc. betrachtet und mit den gängigen Normen und Vorschriften eingeordnet. Ebenso lässt sich die Klassifizierung der Raumnutzung a-priori beurteilen und so die Planung hin zum anvisierten Ziel steuern.
Wahl von akustischen Maßnahmen
Um die eingangs erwähnte Optimierung von Position, Material und Menge akustischer Maßnahmen auszuführen, können Materialien von gängigen Herstellern bzw. potentiellen Lieferanten berücksichtigt werden. Alternativ stellen wir Kombinationen von akustisch wirksamen Materialien als Kombination zusammen und nutzen die daraus resultierenden Eigenschaften für die raumakustische Optimierung.
So können die zur Verfügung stehenden Wand- und Deckenflächen in Verbindung mit den technisch erforderlichen Frequenzbereichen abgestimmt werden. All dies geschieht ebenfalls auf Basis virtueller Simulationen. Für akustische Fragestellungen setzen wir gängige numerische Verfahren wie FEM, BEM, SEA und Ray-Tracing Methoden ein, um die bestmögliche virtuelle Abbildung darzustellen.
So konnten bereits verschiedene Projekte bewertet und umgesetzt werden. Die Investition in die richtigen Akustikmaßnahmen für eine optimierte Gestaltung führten durch die simulative Unterstützung nicht nur funktional, sondern auch finanziell zu einem Vorteil in der Planung.
Eine initiale akustische Bestandsaufnahme bzw. eine finale Validierung der entwickelten Maßnahmen kann durch das EDAG-eigene Messteam überprüft werden.
Fazit
Die Durchführung von technischen Simulationen ist ein großer Vorteil der heutigen Zeit und Stand der Technik in Entwicklungen unter technischen Gesichtspunkten. Insbesondere die hier dargestellte Simulation der Raumakustik bietet einen Mehrwert in der Ausstattung von Arbeitsstätten und öffentlichen Räumen im Allgemeinen. Der Benefit zahlt sich zum einen in Form von optimierten Investitionen der Ausgestaltung von Arbeitsplätzen und zum anderen in Form von zufriedenen Mitarbeitern bzw. Nutzern aus. Eine Einhaltung der akustischen Arbeitsplatzrichtlinien gilt damit ebenso als erfüllt.
Wenn Sie mehr über den Einsatz akustischer Simulationen zur Optimierung von Raum- und Produktakustik erfahren möchten – von der virtuellen Modellierung bis zur Umsetzung individueller Maßnahmen – steht Ihnen Andreas Pfeiffer, Project Leader NVH gerne für eine persönliche Beratung zur Verfügung. Oder laden Sie sich hier unser Whitepaper “Smart Acoustic Design: Bessere Raumakustik für produktivere Arbeitsumgebungen ” herunter, welches genauer beleuchtet wie simulationsgestützte Planung, gezielte Materialwahl und normgerechte Maßnahmen zu spürbar besserer Arbeitsqualität und Produktivität in modernen Büros führen.
