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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.
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.
Experimentelle Bestimmung des Abstrahlgrades und des inneren Verlustfaktors orthotroper Platten
(2017)
Auf Basis empirischer Daten wurde die Diffusität des Körperschallfeldes von Brettsperrholz-Bauteilen in realistischer Größe beschrieben und Verteilungsschätzungen in Abhängigkeit der verwendeten Antwortanzahl durchgeführt. Ein näherungsweise diffuses Körperschallfeld liegt im Beispiel nur in einigen Terzbändern im mittleren Frequenzbereich vor. Damit ist eine Energiebestimmung mit wenigen Antwortpositionen nur dort möglich.
Die Energiebestimmung über die Schnelle ist bei tiefen Frequenzen für einige Frequenzbänder ohne Moden nicht geeignet, da hier die Voraussetzung nicht gegeben ist, dass die kinetische gleich der potenziellen Energie ist. Hochfrequent hat der Krafteinleitungsort bezogen auf die Elementstöße Einfluss auf die Antwortstreuungen. Darüber hinaus ist bei tiefen wie auch bei sehr hohen Frequenzen eine hohe Antwortanzahl notwendig.
Measured transmission functions from structure-borne sound sources in a timber-frame construction
(2015)
The aim of prEN 15657-2 is to provide engineering methods to estimate the structure-borne sound power input from machinery in situations where the source mobility matches or is lower than the receiver mobility. This situation often affects lightweight constructions such as timber-frame buildings. To estimate the sound pressure level in a room that is adjacent or distant from the room containing the source, the installed structure-borne sound power has to be propagated across at least one junction in the timber-frame construction. However, at present there are no generic, validated calculation models due to the complexity and the large variety of timber-frame constructions. A simplified approach to investigate and compare the structure-borne sound transmission is to treat the framed construction as a black box and only consider one parameter, a transmission function which is the ratio of the sound pressure level in the receiving room to the injected structure-borne sound power level. To get information about the variation of this transmission function in different timber-frame constructions, measurements were made in both the laboratory and the field. Experimental results are presented showing the variation due to different building configurations and the effect of the excitation position on the transmission function.