Akustik – Stimmgabel

Akustikberechnungen dienen dazu, die Schallabstrahlung und somit die Lärmemission eines Bauteils oder einer Baugruppe zu ermitteln. In einem ersten Schritt werden die Eigenfrequenzen und die Eigenformen berechnet. Das Wissen über die Eigenfrequenzen ist wichtig für eine Beurteilung einer eventuellen Resonanz, also der Gegenüberstellung einer Anregungsfrequenz. Die Eigenform stellt die Form der Schwingung bei der entsprechenden Eigenfrequenz dar. Bei der Stimmgabel ist der Mode 4 jener Mode, welcher den Kammerton von 440Hz erzeugt.

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Akustik – Stimmgabel

Der Grund liegt darin, dass die Schenkel bei diesem Mode zueinander prallen und durch die Luftbewegung Schall erzeugt wird. Alle anderen Modi erzeugen keinen Schall, da die Schallwellen nicht aufeinander prallen. Die Auslenkungen und Spannungen sind bei einer Modalanalyse nicht auswertbar, jedoch ist sie Basis für viele weitere dynamische Berechnungen, beispielsweise einer harmonischen Anregung oder auch einer Erdbebensimulation.

Akustik – Stimmgabel

Mit einer harmonischen Analyse werden im Anschluss an die Modalanalyse die realen Auslenkungen berechnet. Die Maxima treten wiederum beim Kammerton von 440Hz auf. Dargestellt wird dies im sogenannten Bode-Diagramm, in welchem die Amplitude gegenüber der Frequenz aufgetragen wird. Bei der Berechnung ist darauf zu achten, dass die Auflösung im Bereich der Maxima ausreichend fein genug ist. Nur dadurch können die Maximalwerte auch gefunden werden.

Akustik – Stimmgabel

Gleichzeitig können nun auch die Spannungen im Bauteil berechnet werden, dargestellt wiederum im Bode-Diagramm.

Akustik – Stimmgabel

Die realen Verformungen bei der entsprechenden Frequenz (hier 440Hz) sind nicht nur als Amplitudenwerte im Bode- Diagramm, sondern auch als Falschfarbenbild darstellbar.

Akustik – Stimmgabel

Ebenso werden die realen Spannungen im Baueil als Falschfarbenbild dargestellt.

Akustik – Stimmgabel

Im Anschluss an die harmonische Analyse wird die eigentliche Akustikanalyse durchgeführt. Dabei mapped die Software die durch die Bewegung erzeugten Geschwindigkeiten in die akustische Umgebung. Die Schallabstrahlung zeigt, dass das Maximum von 102dB bei 440Hz entsteht.

Akustik – Stimmgabel

Sehr hilfreich für die Lokalisierung von Schallquellen ist die Darstellung des Pegels mittels FEM-Bild.

Akustik – Stimmgabel

Auch die Anwendung von ISO Flächen erleichtert die Lokalisierung von Ausgangsgebieten des Schalls. Bei Maschinen oder Anlagen können mit dieser Art von Berechnung gezielte geometrische Änderungen zunächst am Bildschirm hinsichtlich einer gewünschten Verringerung des Schallpegels überprüft werden.