Abbildung 1: Bei der Messung verwendetes Kondensator-Mikrofon
Folgende physikalischen Größen wurden messtechnisch erfasst:
Die Schallmessungen wurden mit Kondensator-Mikrofonen durchgeführt (Abbildung 1). Diese Mikrofone sind genau, sehr empfindlich und können Schallschwingungen über einen weiten Frequenzbereich erfassen. Bei diesem Mikrofontyp wird eine elektrisch geladene Metallmembran durch die Schallwellen zum Schwingen gebracht.
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1: Bei der Messung verwendetes Kondensator-Mikrofon
Die dadurch bewirkte geringfügige Ladungsänderung wird elektronisch verstärkt und das verstärkte Spannungssignal anschließend dem eigentlichen Messgerät zugeführt. Dieses ermittelt die Frequenzzusammensetzung des momentanen Geräusches und bestimmt für die einzelnen Frequenzbereiche (1) sowie für das Gesamtsignal die momentanen Werte des Schalldruckpegels (2). Die Ergebnisse werden 10 mal pro Sekunde abgespeichert und können direkt vor Ort oder auch nachträglich ausgewertet werden. Gleichzeitig wurden digitale Tonbandaufnahmen mit einem DAT-Recorder gemacht, sodass das Originalgeräusch ohne Qualitätsverlust bei Bedarf im Labor weiter untersucht werden konnte. Abbildung 2 zeigt die komplett aufgebauten Messgeräte.
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2: Schallmessgeräte
Bei der Messung niedriger Schallpegel muss das Eigenrauschen des Mikrofons und der Messgeräte beachtet werden. Unabhängig von Einwirkung durch Schallschwingungen, können auch empfindliche Geräte intern kleine Signale erzeugen und diese den eigentlichen Messsignalen überlagern.
Tendenziell kann dies zu überhöhten, bei kleinen Schallschwingungen zu grundlegend falschen Messergebnissen führen. Bei der Auswahl der verwendeten Geräte wurde deshalb – neben der hohen Empfindlichkeit – besonders auf ein geringes Eigenrauschen geachtet.
Die hohe Empfindlichkeit und das geringe Rauschen der Messgeräte reichte aus, um in einzelnen Frequenzbereichen Schallpegel von weniger als 0 dB nachzuweisen. Das entspricht einer Schallintensität von 0,000 000 000 001 W/m². Eine vergleichbare Intensität wird durch das Licht einer 100 W Glühbirne in 630 km Entfernung hervorgerufen.
Zur Erfassung der Erschütterungen kamen Schwinggeschwindigkeitsaufnehmer zum Einsatz (Abbildung 3). Bei ihnen befindet sich eine frei bewegliche Spule im Magnetfeld eines Dauermagneten.
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3: Aufnehmer zur Messung der Schwinggeschwindigkeit
Durch Erschütterungen hervorgerufene Bewegungen der Spule erzeugen Spannungssignale, die weiter verstärkt und dann durch einen AD-Wandler digitalisiert werden. Die Messwerte werden an einen PC übertragen (siehe Abbildung 4) und können dort direkt ausgewertet oder für eine spätere Auswertung abgespeichert werden. Da nur Bewegungen in Richtung der Spulenachsen zu einem Signal führen, werden zur vollständigen Erfassung der Erschütterungen drei Aufnehmer verwendet.
Das Mess-System registriert Erschütterungen mit Frequenzen zwischen 1 Hz und 314 Hz, wobei noch Schwinggeschwindigkeiten von 0,001 mm/s nachweisbar sind. Das entspricht bei einer Frequenz von 16 Hz einer Bewegung des Bodens um 0,00001 mm (rund 100 Atomdurchmesser).
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4: Messplatz für die Schwingungsmessung
Bei der Magnetfeldmessung fanden als Messwertaufnehmer drei senkrecht aufeinander stehende Induktionsspulen mit einer Messfläche von je 100 cm² Verwendung (siehe Abbildung 5). Die darin induzierten Spannungen sind proportional zur magnetischen Flussdichte und damit ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes. Die Nachweisgrenze beträgt 0,001 µT, der Messbereich erstreckt sich bis zu einem Maximalwert von 10 000 µT. Mit den verwendeten Spulen können Wechselfelder im Frequenzbereich von 10 bis 2500 Hz nachgewiesen werden. Neben der Gesamtfeldstärke wurde auch der Anteil der einzelnen Frequenzen mit einer Bandbreite von 10 Hz bestimmt. Die Messungen erfolgten automatisch in Abständen von einer Minute.
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5: Messsystem zur automatische Magnetfeldmessung
(1) Terzbandfrequenzen nach DIN EN
61260
(2) mit der Zeitbewertung FAST nach DIN EN 60651