Strukturbåret støj

Strukturbåret lyd er lyd, der formerer sig i et fast stof . Dette omfatter fænomener så forskellige som vibrationer og jordskælv , transmission af vibrationer i bygninger, køretøjer, maskiner osv. Eller de ultralydsbølger, der bruges til materialetest .

I bygge- og anlægsbranchen er reduktion af gulv presserende og loft i den underliggende kælder slaglyd gennem foranstaltninger til slaglydisolering vigtig.

Fysisk grundlæggende

Ud over normale belastninger kan et fast stof også absorbere forskydningsspændinger . Derfor kan to forskellige typer strukturbårne lydbølger forplante sig i faste stoffer, som formerer sig uafhængigt af hinanden:

Længdebølger og
Tværgående bølger .

Lydens hastighed $c$ ${\ displaystyle c}$ $c$ er påvirket af

tætheden $\rho$ ${\ displaystyle \ rho}$ $\ rho$
lydens hårdhed
Poissons forhold $\nu$ ${\ displaystyle \ nu}$ $\ nu$
elasticitetsmodulet $E.$ ${\ displaystyle E}$ $E.$ (Langsgående bølger) og forskydningsmodul $G={\frac {E}{2\cdot (1+\nu )}}$ ${\ displaystyle G = {\ frac {E} {2 \ cdot (1+ \ nu)}}}$ ${\ displaystyle G = {\ frac {E} {2 \ cdot (1+ \ nu)}}}$ ^[1] (tværgående bølger):

c_{\text{Festkörper, longitudinal}}={\sqrt {\frac {E\,(1-\nu )}{\rho \,(1-\nu -2\nu ^{2})}}}

{\ displaystyle c _ {\ text {Solid, langsgående}} = {\ sqrt {\ frac {E \, (1- \ nu)} {\ rho \, (1- \ nu -2 \ nu ^ {2} )}}}}}

{\ displaystyle c _ {\ text {Solid, langsgående}} = {\ sqrt {\ frac {E \, (1- \ nu)} {\ rho \, (1- \ nu -2 \ nu ^ {2} )}}}}}

c_{\text{Festkörper, transversal}}={\sqrt {\frac {E}{2\,\rho \,(1+\nu )}}}={\sqrt {\frac {G}{\rho }}}

{\ displaystyle c _ {\ text {Solid, transversal}} = {\ sqrt {\ frac {E} {2 \, \ rho \, (1+ \ nu)}}} = {\ sqrt {\ frac {G } {\ rho}}}}}

{\ displaystyle c _ {\ text {Solid, transversal}} = {\ sqrt {\ frac {E} {2 \, \ rho \, (1+ \ nu)}}} = {\ sqrt {\ frac {G } {\ rho}}}}}

Udbredelse af lyd i tynde komponenter såsom paneler og bjælker er af interesse for tekniske applikationer. Disse komponenter er begrænsede faste legemer med en overflade fri for forskydningsspænding. Dette fører til kobling af langsgående og tværgående bølger, hvilket skaber andre former for strukturbårne lydbølger.

Det vigtigste bølge type er de bøjningsbølger , hvor bøjning deformationer forekomme. Lydhastigheden for disse bølger er væsentligt lavere end længde- og tværbølgernes hastighed, og den er frekvensafhængig ( dispersion ). På den anden side transporterer bøjningsbølger normalt betydeligt mere lydenergi end langsgående eller tværgående bølger, og de er også hovedårsagen til, at luftbåren lyd udsendes .

Menneskelig opfattelse

Strukturbåret lyd kan opfattes taktilt af mennesker, især ved lave frekvenser. Hørbar udstråles kun af den vibrerende solide luftbårne lyd.

En undtagelse er strukturbåret lyd, der overføres til kranieknoglerne , som kan opfattes direkte af det indre øre ( knogleledning ). Denne mekanisme afhænger ikke af mellemøret . Dette bruges i knogleledningshøreapparater og til diagnosticering af ledningsforstyrrelser .

Måling

Afhentninger på musikinstrumenter

Kontaktmikrofoner , strukturbårne lydmikrofoner eller strukturbårne lydoptagere til musikinstrumenter er accelerationssensorer, som for det meste bruger den piezoelektriske effekt til at konvertere accelerationen til elektriske signaler. Sensorerne arbejder i det frekvensområde, der kan opfattes af mennesker og er monteret på instrumentets overflade. Det betyder, at den strukturbårne støj fra et instrument registreres, hvor overfladen accelereres. Signalet fra et instrument optaget med en kontaktmikrofon kan meget ligner signalet fra en mikrofon, som opfanger den luftbårne lyd. For at gøre dette skal det placeres på instrumentet i et passende område.

Overfladevibrationerne på individuelle dele af et instrument (lydbræt, trommehinde, krop osv.) Kan tydeligt høres, selvom de kommer fra det samme instrument.

Den største fordel ved kontaktmikrofoner med det formål at optage tæt på luftbåren lyd er, at der som regel er mindre feedback og krydstale.

Tekniske applikationer

Registrering og analyse af strukturbåren støj spiller en stor rolle i teknologien. På denne måde kan motorkøretøjers akustiske egenskaber eller den tekniske tilstand (lejeslitage, kritiske forhold under bearbejdning) af maskiner og generatorer kontrolleres.
Endvidere kan revnedannelse og materialefejl registreres. Et eksempel på dette er indbrudssensorer på vinduesruder. De pickupper, der blev brugt til dette arbejde, som med musikinstrumenter, på grundlag af den piezoelektriske effekt ( piezo -effekt ). Evalueringen af de opnåede elektriske signaler omfatter at finde karakteristiske frekvenskomponenter og lydamplituder.
Mekaniske ure kan kontrolleres og justeres på timemaskinen med en strukturbåren lydsensor.

Seismiske detektorer bruges til at detektere manipulation af objekter. De er normalt en del af et tyverialarmsystem .

I princippet registrerer seismometre også strukturbåret støj, men med længere bølgelængder. På grundlag af naturlige eller kunstige seismiske begivenheder er man i stand til at bestemme placeringen og typen af begivenhederne samt undersøge jordens indre. Grundlaget for dette er den forskellige formeringshastighed for de langsgående og tværgående bølger samt deres refleksion og diffraktion på lagstrukturer.

Individuelle beviser

↑ W. Demtröder : Experimentalphysik 1 . 7. udgave. Springer-Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-662-46415-1 .

[Demtröder-1] W. Demtröder : Experimentalphysik 1 . 7. udgave. Springer-Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-662-46415-1 .

[1]