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Ein Ziel des DFG-AiF-Clusterforschungsvorhabens Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten ist die Reduktion des schalltechnischen Planungsaufwandes bei der Holzmassivbauweise. Hierzu soll das Prognoseverfahren der DIN EN 12354 angepasst werden. Darin ist ein vereinfachter SEA-Ansatz zugrunde gelegt, welcher diffuse Körperschallfelder in den Bauteilen sowie deren schwache Kopplung voraussetzt. Tatsächlich trifft die Annahme diffuser Körperschallfelder nur bei Bauteilen mit geringer Ausbreitungsdämpfung zu. Um ein Maß für die Kopplung der Bauteile zu erhalten, wird ein Energieverhältnis aus den Bauteilschnellen gebildet. In der DIN EN ISO 10848-1 wird eine Vorschrift für die Messung der mittleren Bauteilschnelle beschrieben. Daraus wird ein örtlich und zeitlich gemittelter Schnellepegel je Bauteil berechnet, mit dem die Energie des Bauteils bestimmt wird. In diesem Beitrag werden Messergebnisse von Körperschallfeldern an Brettsperrholzelementen im Hinblick auf die Energiebestimmung diskutiert. Bei der statistischen Auswertung werden die Anzahl der Anregepositionen und der Messpositionen auf dem direkt und indirekt angeregten Bauteil analysiert. In einem weiteren Schritt werden die erforderlichen Messpositionen durch eine geeignete Auswahl reduziert und mit den pauschalen, geometrischen Vorgaben der Messvorschrift aus der DIN EN ISO 10848-1 verglichen. Die Erkenntnisse werden zur Bewertung von Messergebnissen und für Empfehlungen an die Durchführung zukünftiger Messungen herangezogen.
The method is based on a simplified Statistical Energy Analysis(SEA) approach. The energy ratios of various subsystems are the main quantities to predict sound transmission. The method has proven to work sufficiently accurate for masonry and concrete buildings, where the building components like walls, floors etc. can be regarded as rather homogeneous structures. To adapt this method for solid timber constructions it is necessary to prove that basic SEA requirements are fullfilled by orthotropic materials and heterogeneous structures that occur in these building types. In a case study, an isolated T-junction formed by Cross Laminated Timber(CLT) elements is experimentally investigated. The buildings elements are subdivided in segments with typical screwed connections.
In the experiments the diffusivity of the vibration field is investigated, using point excitation with a shaker at several positions and many, randomly chosen response positions. MONTE-CARLO simulations are conducted for random but fix-sized subsets of the measured response positions to find the necessary number of response positions for an accurate determination of the vibrational energy.
As a result the distribution of the mean velocity levels can be approximated.
In a second approach a multiple linear regression model based on the least absolute shrinkage and selection operator(LASSO)is applied, because for lower frequency bands multicollinearity is expected.
In the context of linear regression modelling, data-driven methods are used to select optimal subsets of response positions, to get an estimating equation.
Forschungsbericht 2015
(2016)
Forschungsbericht 2014
(2015)
Zur Prognose der von haustechnischen Anlagen ausgehenden Körperschallübertragung ist als Eingangsgröße die installierte Körperschallleistung erforderlich. Für den Massivbau wurde hierfür ein Ingenieurverfahren, die sogenannte Empfangsplattenmethode entwickelt. Dieses Verfahren ist allerdings nur dann direkt anwendbar, wenn die Empfangsstrukturen eine im Vergleich zur Körperschallquelle deutlich kleinere Anregbarkeit aufweisen.
Im Holzrahmenbau ist oft das Gegenteil der Fall. Zudem weisen Leichtbaustrukturen durch die versteifende Rahmenbauweise örtlich stark variierende Eigenschaften in Bezug auf die Anregbarkeit auf. Aus diesen Gründen müssen für die Berechnung der installierten Körperschallleistung im Holzrahmenbau die Eigenschaften der Quelle und der Struktur für alle Kontaktpunkte bekannt sein. Zudem sind sämtliche Interaktionen zwischen den Kontaktpunkten zu berücksichtigen.
Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde hierfür eine Referenzquelle mit vier Kontaktpunkten entwickelt und messtechnisch vollständig erfasst. Ebenso wurden die Struktureigenschaften einer Holzrahmenbauwand an den jeweiligen Befestigungspunkten messtechnisch bestimmt. Aus diesen Größen konnte die installierte Körperschallleistung exakt berechnet werden. Mögliche Vereinfachungen dieser Berechnungen wurden systematisch untersucht und mit den exakten Werten verglichen. Hierfür wurde der resultierende Schalldruckpegel in einem Empfangsraum herangezogen. Dieser wurde mittels empirischer Übertragungsfunktionen zwischen installierter Körperschallleistung und Schalldruck bestimmt. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden sowohl für eine Laborsituation als auch für eine Bausituation diskutiert.
Vertraulichkeit und ungestörtes Arbeiten mit Raum-in-Raum-Systemen in offenen Bürolandschaften
(2016)
Die Arbeitswelt hat sich in den letzten Jahrzehnten stark gewandelt. Mittlerweile sind in Deutschland 50 % aller Beschäftigten, zumindest teilweise, an einem Büroarbeitsplatz tätig [1]. Das Thema des Bürolärms tritt dabei zunehmend in den Fokus; 43 % der Büroangestellten fühlen sich gelegentlich bis sehr häufig von Lärm gestört [1]. In offenen Bürolandschaften kann durch den Einsatz von Raum-in-Raum-Systemen dieser Problematik begegnet werden. Zum einen soll durch Besprechungsraum der Grundgeräuschpegel im gesenkt werden, zum anderen soll deren Nutzung als Büro ein ungestörter Arbeitsbereich geschaffen werden, an dem auch vertrauliche Gespräche geführt werden können. Unter welchen Voraussetzungen die Anforderungen an Vertraulichkeit bzw. Ungestörtheit erreicht werden können, wurde innerhalb einer Versuchsreihe an einem Raum-in-Raum-System messtechnisch ermittelt.
In der Bauakustik werden bei der Berechnung der schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen ausreichend diffuse Körperschallfelder angenommen. In der Holzmassivbauweise mit modernen Holzwerkstoffen, wie Brettsperrholz, ist die innere Dämpfung der Bauteile im Vergleich zum Mauerwerks- und Betonbau höher, somit die Ausbildung eines Körperschall-Diffusfeldes nicht gesichert. Zum Verständnis der Ausbildung des Körperschallfeldes ist die Messung der Ausbreitungsdämpfung hilfreich. Diese erfolgt über eine Messung des Schnellepegels als Funktion des Abstandes zum Anregungspunkt. Für einen Vergleich mit theoretischen Modellen muss ebenso der Gesamtverlustfaktor bestimmt werden. In diesem Beitrag werden Messergebnisse der Körperschallfelder in unterschiedlichen plattenförmigen Bauteilen und der Vergleich zu theoretischen Ansätzen präsentiert. Zunächst werden homogene Strukturen am Beispiel von Metall- und Gipskartonplatten GKB betrachtet. Diese Messungen erfolgten an frei hängenden Elementen in unterschiedlichen Dimensionen bei punktförmiger Anregung. Im Anschluss wird ein Brettsperrholz-Bauteil BSH als orthotropes Material bei Punkt- sowie bei Linienanregung betrachtet.
This paper investigates the prediction of low-frequency impact sound insulation for a solid timber floor formed from dowel-connected joists with Swiss hardwood.
A finite element model was developed for the dynamic response of the floor as it is neither homogeneous nor isotropic and has complex connections.
With point force excitation, a FEM model for the dynamic response of the floor was validated using experimental modal analysis in the laboratory.
Two different FEM models were developed, one using spring connectors and the other using join connectors. Good agreement between FEM and measurements in terms of the Modal Assurance Criterion (MAC) and eigenfrequencies was achieved for the first 14 modes with the spring connector model and for the first 7 modes with the join connector model.
However, for the vibroacoustic analysis it was necessary to use the join connector model due to the computational instabilities of the spring model above 100 Hz when it was coupled to the acoustic medium.
With mechanical excitation the radiated sound power from the underside of the timber floor was measured with sound intensity in order to calculate the radiation efficiency. Comparison of measurements and FEM showed reasonable agreement between 20Hz and 200Hz
Within the scope of the recently finished cooperate research project "VibWood" at Technical University of Munich and Rosenheim University of Applied Sciences, fully parametrized numerical models for lightweight wooden floor constructions have been developed and calibrated by experimental modal analyses.
Based on a vast parametric study including floating floors and suspended ceilings a database of narrowband sound power levels in the frequency range up to 125 Hz for a wide range of floor dimensions has been set up.
A procedure will be presented on how to process the numerical data and derive single number values that allow a comparison to the standardized rating of impact sound insulation according to DIN EN ISO 717-2.
The derived data is implemented into a graphical user interface (GUI). This GUI is available for free. The database is open for additional geometries and will be enhanced by different constructions in the near future.
Vertraulichkeit und ungestörtes Arbeiten mit Raum-in-Raum-Systemen in offenen Bürolandschaften
(2016)
In der Bauakustik werden bei der Berechnung der schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen ausreichend diffuse Körperschallfelder angenommen. In der Holzmassivbauweise mit modernen Holzwerkstoffen, wie Brettsperrholz, ist die innere Dämpfung der Bauteile im Vergleich zum Mauerwerks- und Betonbau höher, somit die Ausbildung eines Körperschall-Diffusfeldes nicht gesichert. Zum Verständnis der Ausbildung des Körperschallfeldes ist die Messung der Ausbreitungsdämpfung hilfreich. Diese erfolgt über eine Messung des Schnellepegels als Funktion des Abstandes zum Anregungspunkt. Für einen Vergleich mit theoretischen Modellen muss ebenso der Gesamtverlustfaktor bestimmt werden. In diesem Beitrag werden Messergebnisse der Körperschallfelder in unterschiedlichen plattenförmigen Bauteilen und der Vergleich zu theoretischen Ansätzen präsentiert. Zunächst werden homogene Strukturen am Beispiel von Metall- und Gipskartonplatten GKB betrachtet. Diese Messungen erfolgten an frei hängenden Elementen in unterschiedlichen Dimensionen bei punktförmiger Anregung. Im Anschluss wird ein Brettsperrholz-Bauteil BSH als orthotropes Material bei Punkt- sowie bei Linienanregung betrachtet.
In der vorgestellten Fallstudie der Brettsperrholz-Wand ist der modale ¨Uberlappungsfaktor M > 1 oberhalb von f = 315Hz gegeben und damit eine wesentliche SEA-Voraussetzung eines Subsystems erf¨ullt. In der DINENISO10848-1 ist die untere Frequenzgrenze des Messbereiches zur Bestimmung von Stoßstellend¨ammMaßen bereits bei f = 100Hz und die obere ist bei f = 5000Hz.
Zur Ermittlung des mittleren Schnellepegels im diffusen Schallfeld des Bauteils sind Randabst¨ande und Abst¨ande zur Punktanregung auf Grundlage der Bauteileigenschaften berechnet worden. Ein Vergleich der Ergebnisse dieser Fallstudie mit den Vorgaben der Norm [5] zeigt, dass die Messvorschrift der Norm den Hallradius ¨ubersch¨atzt und den Randabstand untersch¨atzt. Eine Unterscheidung der Randabst¨ande in den beiden Hauptrichtungen eines Bauteils aufgrund von Orthotropie ist derzeit in der DINENISO10848-1 nicht ber¨ucksichtigt. Die Messergebnisse zeigen, dass die Annahme eines diffusen Schallfeldes bei Ausschluss von Rand- und Nahfeldgebieten im mittleren Bereich des Messfrequenzbereiches von 100Hz bis 5000Hz zwar gegeben ist, jedoch nicht an den R¨andern. Tieffrequent sind die Pegelunterschiede aufgrund des modalen Verhaltens groß. Hochfrequent sind die Ausbreitungsd¨ampfung und der Pegelabfall an den Elementverbindungsstellen (Abb.1b) Gr¨unde f¨ur große Pegelunterschiede. Dabei zeigte sich erst oberhalb von 3kHz ein signifikanter Pegelabfall an den Elementverbindungen.
Der Beitrag ist Teil des gemeinsam von der TU M¨unchen, der HS Rosenheim und dem ift Rosenheim durchgef¨uhrten DFG-AiF Forschungsvorhabens Vibroakustik im Planungsprozess f¨ur Holzbauten. Das IGF-Vorhaben 18724N der Forschungsvereinigung Internationaler Verein f¨ur Technische Holzfragen e.V. - iVTH, Bienroder Weg 54 E, 38108 Braunschweig wurde ¨uber die AiF im Rahmen des Programms zur F¨orderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium f¨ ur Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gef¨ordert.
Holzrahmenbaukonstruktionen stellen in Bezug auf ihre vibro-akustischen Eigenschaften komplexe Systeme dar. Eine Prognose des bei der Körperschallanregung durch haustechnische Anlagen erzeugten Schalldruckpegels in angrenzenden Räumen ist b.d. nicht möglich und bedarf entsprechender Modelle. In diesem Beitrag wird die Modellierung einer im Labor aufgebauten Holzrahmenbaukonstruktion unter Verwendung der Statistischen Energieanalyse (SEA) vorgestellt. Die Besonderheit der vorliegenden Konstruktion besteht in ihrem sehr einfachen Aufbau mit beidseitig einschaliger Beplankung durch Spanplatten mit Nut- und Federverbindung (N+F), sowie horizontalen und vertikalen Plattenstößen. In dieser Form weist die Konstruktion einen sehr inhomogenen Aufbau auf. Die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen zeigten, dass an den N+F Verbindungen eine signifikante Abnahme der Schwingungsenergie vorliegt. Um diese Erkenntnisse im SEA-Modell zu berücksichtigen, wurden gemessene Kopplungsverluste für die Nut- und Federverbindung verwendet, wohingegen alle weiteren im System benötigten Verlustfaktoren aus Literaturwerten prognostiziert wurden. Ein Vergleich der Ergebnisse aus der SEA-Modellierung mit Messdaten der Schwingschnelle auf den Beplankungslagen sowie der Schalldruckpegel in den Wandhohlräumen wird vorgestellt.
This paper concerns the modelling of sound transmission across a timber-frame wall under mechanical excitation by a point force using Statistical Energy Analysis (SEA). The aim is to develop and experimentally validate a model that would be relevant to machinery such as a heating device or a ventilation system that are often connected to such walls. The prediction is compared against measurements on a wall that forms part of a lightweight test-rig in the Laboratory for Sound Measurement (LaSM) at the University of Applied Sciences Rosenheim. A basic timber frame was built with a single layer of tongue and grooved chipboard on each side of the wall. With this configuration the structure represented a lightweight construction with horizontal junctions in addition to the vertical junctions that are more typical with lightweight constructions formed from plasterboard. A series of SEA models were developed with an increasing degree of complexity regarding the partitioning of the structure into subsystems. Additional experimental work was carried out to determine coupling loss factors across the chipboard joints which were then incorporated in the model. The SEA predictions are compared with measured velocities on both leaves and sound pressure levels in the cavities.