Strukturbåren støy

Strukturbåren lyd er lyd som forplantes i et solid . Dette inkluderer fenomener så forskjellige som vibrasjoner og jordskjelv , overføring av vibrasjoner i bygninger, kjøretøyer, maskiner osv. Eller ultralydbølgene som brukes til materialtesting .

I byggebransjen er reduksjon av av gulv haster og tak i den underliggende kjelleren trinnlyd gjennom tiltak for trinnlyddemping er viktig.

Fysiske grunnleggende

I tillegg til normale belastninger, kan et fast stoff også absorbere skjærspenninger . Derfor kan to forskjellige typer strukturbårne lydbølger forplante seg i faste stoffer, som forplanter seg uavhengig av hverandre:

• Langsgående bølger og
• Tverrgående bølger .

Lydens hastighet påvirkes av ${\ displaystyle c}$

• den tetthet ${\ displaystyle \ rho}$
• at hardheten av den lyden
• den Poissons tall ${\ displaystyle \ nu}$
• en elastisitetsmodul (longitudinale bølger) og skjærmodul (transversale bølger):${\ displaystyle E}$ ${\ displaystyle G = {\ frac {E} {2 \ cdot (1+ \ nu)}}}$

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

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

Forplantning av lyd i tynne komponenter som paneler og bjelker er av interesse for tekniske applikasjoner . Disse komponentene er begrenset med faste legemer med en overflate uten skjærspenning. Dette fører til kobling av langsgående og tverrgående bølger, noe som skaper andre typer strukturbårne lydbølger.

De viktigste er typen bølgebøyningsbølger der bøying - deformasjoner oppstår. Lydhastigheten til disse bølgene er betydelig lavere enn for de langsgående og tverrgående bølgene, og den er frekvensavhengig ( spredning ). På den annen side transporterer bøyende bølger vanligvis betydelig mer lydenergi enn langsgående eller tverrgående bølger, og de er også hovedårsaken til at luftbåren lyd sendes ut .

Menneskelig oppfatning

Strukturbåren støy kan oppfattes taktilt av mennesker, spesielt ved lave frekvenser . Hørbar utstråles bare av den vibrerende solide luftlyden.

Et unntak er strukturbåren lyd som overføres til hodebenet , som kan oppfattes direkte av det indre øret ( beinledning ). Denne mekanismen er ikke avhengig av hvordan mellomøret fungerer . Dette er i beinledende høreapparater og for diagnose ved bruk av lydledningsforstyrrelser .

Mål

Pickups på musikkinstrumenter

Kontaktmikrofoner , strukturbårne lydmikrofoner eller strukturbårne lydopptakere for musikkinstrumenter er akselerasjonssensorer , som for det meste bruker den piezoelektriske effekten for å konvertere akselerasjonen til elektriske signaler. Sensorene fungerer i frekvensområdet som kan oppfattes av mennesker og er montert på instrumentets overflate. Dette betyr at den strukturbårne støyen til et instrument registreres der overflaten akselereres. Signalet til et instrument plukket opp med en kontaktmikrofon kan være veldig likt signalet fra en mikrofon, som plukker opp den luftbårne lyden. For å gjøre dette må det plasseres på instrumentet i et passende område.

Overflatevibrasjonene til de enkelte delene av et instrument (lydplate, trommehinne, kropp osv.) Kan tydelig variere hørbart, selv om de kommer fra samme instrument.

Den største fordelen med kontaktmikrofoner, for å ta opp nær lydbåren lyd, er at det vanligvis er mindre tilbakemelding og overhør.

Tekniske applikasjoner

Opptak og analyse av strukturbåren støy spiller en viktig rolle i teknologien. Motorenes akustiske egenskaper eller den tekniske tilstanden (lagerslitasje, kritiske forhold under maskinering) av maskiner og generatorer kan kontrolleres.
Videre kan sprekkdannelse og materialfeil registreres. Et eksempel på dette er innbruddssensorer på vindusruter. De pickups brukes for dette arbeid, som med musikkinstrumenter, på basis av den piezoelektriske effekt ( piezo-effekten ). Evalueringen av de oppnådde elektriske signalene inkluderer funnet av karakteristiske frekvenskomponenter og lydamplituder.
Mekaniske klokker kan kontrolleres og justeres på timemaskinen med en strukturbåren lydsensor .

Seismiske detektorer brukes til å oppdage manipulering av gjenstander. De er vanligvis en del av et innbruddsalarmsystem .

I prinsippet registrerer seismometre også strukturbåren støy, men med lengre bølgelengder. Ved hjelp av naturlige eller kunstige seismiske hendelser er man i stand til å bestemme hendelsenes beliggenhet og type, samt å utføre undersøkelser av jordens indre. Grunnlaget for dette er de forskjellige forplantningshastighetene til de langsgående og tverrbølgene, så vel som deres refleksjon og diffraksjon på lagstrukturer.

Individuelle bevis

1. ↑ W.Demtröder : Eksperimentell fysikk 1 . 7. utgave. Springer-Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-662-46415-1 .