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Erläuterung zur schalltoten Kammer: Arten, Konstruktionsnormen und wie man auch ohne eine solche Kammer testet

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Ein praktischer Leitfaden zu schalltoten Kammern, wichtigen Normen, Auslegungsfaktoren und alternativen akustischen Prüfverfahren.

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Ein schalltoter Raum ist ein Raum, der so konzipiert ist, dass er Schallreflexionen absorbiert und eine kontrollierte akustische Umgebung schafft. Seine Wände, die Decke und – bei einem vollständig schalltoten Raum – auch der Boden sind mit keilförmigen Absorbern verkleidet, die verhindern, dass Schallwellen in den Raum zurückreflektiert werden.
Dadurch entstehen Freifeldbedingungen, ähnlich wie bei der Messung einer Schallquelle im Freien ohne nahegelegene reflektierende Oberflächen. Für akustische Messungen wie Schallleistung, Richtcharakteristik und Frequenzgang trägt diese Art von kontrollierter Umgebung dazu bei, wiederholbare und normkonforme Ergebnisse zu erzielen. Ohne sie können Raumreflexionen die Messung beeinflussen und dazu führen, dass die Ergebnisse stärker vom Raum als vom zu prüfenden Produkt abhängen.

Voll- und Halb-Schalltote Kammern
Absorbierende Oberflächen: Voll-Schalltote Kammer: Alle 6 Oberflächen sind absorbierend, einschließlich Wände, Decke und Boden. Halb-Schalltote Kammer: 5 Oberflächen sind absorbierend, einschließlich Wände und Decke, während der Boden reflektierend bleibt.
Boden: Voll-Schalltaue Kammer: Drahtgitter oder perforiertes Metallgitter, das über Absorbern aufgehängt ist. Halb-Schalltaue Kammer: massiver, tragfähiger Beton- oder Stahlboden.
Akustische Bedingungen: Voll-Schalltaue Kammer: Freifeldbedingungen ohne Reflexionen aus irgendeiner Richtung. Halb-schalltoter Raum: Freifeldbedingungen über einer reflektierenden Ebene.
Tragfähigkeit: Vollständig schalltoter Raum: begrenzte Tragfähigkeit, da schwere Geräte nicht direkt auf den abgehängten Boden gestellt werden können. Halb-schalltoter Raum: geeignet für Fahrzeuge, Maschinen und Industrieanlagen.
Primärnormen: Voll-Schalltrockenraum: wird üblicherweise für die präzise Schallleistungsmessung nach ISO 3745 verwendet. Halb-Schalltrockenraum: wird üblicherweise für die technische Schallleistungsmessung nach ISO 3744 und in einigen Fällen auch nach ISO 3745 verwendet.
Typische Anwendungen: Voll-Schalltoter Raum: Mikrofonkalibrierung, Lautsprechercharakterisierung und Hörforschung. Halb-Schalltoter Raum: NVH im Automobilbereich, Geräuschprüfungen an Produkten und Prüfungen an Industriemaschinen.
Kosten: Voll-Schalltoter Raum: höhere Kosten, da die Bodenbehandlung den Aufbau komplexer macht. Halb-schalltote Kammer: Geringere Kosten, da der Boden nicht schallabsorbierend behandelt werden muss.
Bei industriellen Akustikprüfungen sind halb-schalltote Kammern häufiger anzutreffen, da viele Prüfobjekte, wie beispielsweise Autos, Haushaltsgeräte, Kompressoren und Elektrowerkzeuge, für einen abgehängten Drahtgitterboden zu schwer sind.

Normen, die den Einsatz einer schalltoten Kammer erfordern können
ISO 3745: Präzisionsmessung der Schallleistung. Dies ist eine zentrale Norm zur Bestimmung der Schallleistung. Sie schreibt eine vollschalltote oder halbtote Kammer vor, die über den gesamten erforderlichen Frequenzbereich strenge Grenzwerte für die Abweichung vom Freifeld einhält. Die Kammer muss nachweisen, dass das Abstandsgesetz an den Messpositionen innerhalb der festgelegten Toleranz eingehalten wird.
Typische Grenzfrequenz: Die nutzbare Untergrenze im Tieftonbereich liegt oft bei etwa 80 bis 200 Hz, abhängig von der Kammergröße und der Keiltiefe. Unterhalb der Grenzfrequenz verhält sich die Kammer nicht mehr wie ein echtes Freifeld.
ISO 3744: Messung der Schallleistung. Diese Norm ist weniger streng als ISO 3745, erfordert jedoch dennoch eine geeignete halbehallfreie Umgebung. Sie erlaubt Umgebungskorrekturen, wenn der Raum nicht vollkommen hallfrei ist, was sie für Prüfzellen in der Fertigung und andere Räume, die Freifeldbedingungen annähernd erfüllen, praktikabel macht.
ISO 26101: Qualifizierung von Freifeldumgebungen. Diese Norm legt fest, wie überprüft wird, ob ein Raum die Anforderungen an ein Freifeld erfüllt. Sie dient dazu, eine schalltote oder halbtote Kammer zu qualifizieren und zu bestätigen, dass ihre akustische Leistung den angegebenen Leistungsmerkmalen entspricht.
Weitere verwandte Normen: ECMA-74 für die Geräuschmessung von IT-Geräten; ANSI S12.55 und ANSI S12.56 als nordamerikanische Entsprechungen von ISO 3744 und ISO 3745; sowie ISO 11201 bis ISO 11205 für Verfahren zur Bestimmung des Schalldruckpegels, von denen einige Freifeldbedingungen erfordern.

Wichtige Konstruktionsaspekte
Kammergröße und nutzbares Volumen: Die physikalische Größe der Kammer beeinflusst die tiefste nutzbare Frequenz. Als Faustregel gilt, dass die Kammer groß genug sein sollte, damit der Abstand zwischen der Schallquelle und jedem Messmikrofon bei der tiefsten interessierenden Frequenz mindestens eine Wellenlänge beträgt.
Beispiel: Bei einer Grenzfrequenz von 100 Hz beträgt der Abstand zwischen Schallquelle und Mikrofon etwa 3,4 Meter. Das bedeutet, dass die Innenabmessungen einer halb-echofreien Kammer, ohne Keile, etwa 7 bis 8 Meter pro Seite betragen müssen.
Absorptionskeile: Die Tiefe der Absorptionskeile bestimmt die Leistung im Tieftonbereich. Tiefere Keile absorbieren tiefere Frequenzen.
Keil-Tiefe: 200 mm entsprechen einer ungefähren Niederfrequenz-Grenzfrequenz von 500 Hz. 500 mm entsprechen etwa 200 Hz. 1000 mm entsprechen etwa 80 bis 100 Hz.
Keilmaterialien: Zu den gängigen Materialien gehören Melaminschaum und Glasfaser. Melaminschaum ist leicht und schwer entflammbar, während Glasfaser eine stärkere Absorption tiefer Frequenzen bietet, dafür aber schwerer ist.
Hintergrundgeräusche: Ein schalltoter Raum muss zudem gegen Außengeräusche isoliert sein. Der Umgebungsgeräuschpegel im Inneren der Kammer sollte mindestens 6 dB, vorzugsweise 15 dB, unter dem vom Prüfobjekt an den Messpositionen erzeugten Schalldruckpegel liegen.
Schallschutzkonstruktion: Dies erfordert in der Regel mehrere Schichten schwerer Baumaterialien wie Beton und Stahl sowie eine schwingungsisolierte Befestigung, um die Übertragung von Körperschall zu reduzieren.
Schwingungsisolierung: Für NVH-Prüfungen, insbesondere in der Automobilindustrie, benötigt der Boden unter Umständen schwingungsisolierte Fundamente oder Luftfeder-Aufhängungssysteme. Dadurch wird verhindert, dass Schwingungen des Straßensimulators oder des Dynamometers die akustische Messumgebung beeinträchtigen.

Prüfungen ohne vollwertige schalltote Kammer
Eine speziell errichtete schalltote Anlage kann eine erhebliche Investition erfordern, sodass nicht jedes Unternehmen eine vollwertige Kammer rechtfertigen kann. Je nach Produkt und Messziel können mehrere praktische Alternativen zum Einsatz kommen.
Schallintensitätsmethode: Schallintensitätsmessungen, wie in ISO 9614 beschrieben, reagieren weniger empfindlich auf Raumreflexionen, da die Intensität eine Vektorgröße ist. Sie kann den von der Quelle ausgehenden Schall von dem von den umgebenden Oberflächen reflektierten Schall unterscheiden. Dies ermöglicht Schallleistungsprüfungen in gewöhnlichen Räumen ohne vollständige schallabsorbierende Ausstattung. Der Nachteil ist, dass hierfür spezielle Intensitätssonden und komplexere Verfahren erforderlich sind.
Akustikprüfboxen: Für kleine Produkte wie Elektronik, Bauteile und Wandler kann eine akustische Prüfbox in Tischgröße eine kontrollierte, geräuscharme Umgebung innerhalb eines definierten Frequenzbereichs bieten. Sie ist wesentlich kompakter und kostengünstiger als eine vollausgestattete Kammer und kann direkt an einer Produktionslinie eingesetzt werden.
Optionen für akustische Prüfkammern von CRYSOUND: Die pneumatische akustische Prüfkammer CRY723 ist eine kompakte Prüfbox in Schalenbauweise, die für Smartphones und drahtlose Wearables geeignet ist. Die pneumatische akustische Prüfkammer CRY725 ist für größere drahtlose Geräte wie Laptops und Walkie-Talkies ausgelegt. Die pneumatische Akustikprüfkammer CRY7865 bietet sowohl akustische Isolierung als auch HF-Abschirmung für Audio- und Geräuschprüfungen drahtloser elektronischer Geräte in der Produktionslinie. Die ultraleise Kammer CRY7412 nutzt eine Doppelschalenkonstruktion zum Testen sehr leiser Töne in lauten Umgebungen.
Vorteil in der Fertigungslinie: Diese akustischen Prüfkammern unterstützen den pneumatischen Betrieb und ermöglichen so ein schnelles und wiederholbares Einlegen der zu prüfenden Geräte. Sie sind praktische Alternativen, wenn für die jeweilige Anwendung keine vollwertige schalltote Kammer erforderlich ist.
Tragbare akustische Arrays: Akustische Bildgebungskameras können Geräuschquellen in Fabriken, Fertigungslinien und im Außeneinsatz ohne schalltechnische Maßnahmen identifizieren und lokalisieren. Sie sind kein Ersatz für normkonforme Schallleistungsmessungen, aber sie sind wertvoll für die schnelle Diagnose von Geräuschquellen.
Akustikkamera „SonoCam Pi“ der Serie CRY8500: Diese tragbare akustische Bildgebungskamera ermöglicht die Visualisierung von Schallquellen in Echtzeit und eignet sich für Forschungs- und Entwicklungsingenieure, die an der Identifizierung von Geräuschquellen in den Bereichen NVH im Automobilbau, bei Industrieanlagen und in der Unterhaltungselektronik arbeiten.
Schallleistungsmessung vor Ort: Die Norm ISO 3744 erlaubt die Verwendung von Umgebungskorrekturfaktoren, um Raumreflexionen zu berücksichtigen. Ist die Korrektur gering – oft weniger als etwa 2 dB –, kann die Schallleistungsmessung in einem angemessen ruhigen Industriebereich ohne spezielle Messkammer durchgeführt werden.
SonoDAQ Pro und OpenTest: Das Datenerfassungssystem SonoDAQ Pro unterstützt in Kombination mit der OpenTest-Software automatisierte Schallleistungsberechnungen mit Umgebungskorrekturen und hilft Anwendern so, normkonforme Messungen ohne spezielle schalltote Kammer durchzuführen.

Häufig gestellte Fragen
Wie viel kostet eine schalltote Kammer? Die Kosten hängen von der Kammergröße, den Leistungsanforderungen und der Grenzfrequenz ab. Ein kleiner halbschallter Raum für die Prüfung von Bauteilen ist bereits ab etwa 100.000 bis 300.000 US-Dollar erhältlich, während eine große Kammer in Automobilqualität mehr als 2 Millionen US-Dollar kosten kann. Für kleinere Produkte bieten akustische Prüfboxen eine nützliche Isolierung zu deutlich geringeren Kosten.
Was ist der Unterschied zwischen einem schalltoten Raum und einem schalldichten Raum? Ein schalldichter Raum verhindert das Eindringen von Außengeräuschen, absorbiert jedoch nicht unbedingt interne Reflexionen. Ein schallter Raum blockiert sowohl Außengeräusche als auch interne Reflexionen und schafft so eine Freifeldumgebung für präzise akustische Messungen.
Können akustische Prüfungen auch ohne einen schalltoten Raum durchgeführt werden? Ja. Je nach Anwendungsfall gibt es Alternativen wie akustische Prüfboxen für kleine Produkte, Schallintensitätsverfahren gemäß ISO 9614, tragbare akustische Bildgebungskameras wie die CRY8500 SonoCam Pi sowie In-situ-Messungen mit Umgebungskorrekturen unter Verwendung von Systemen wie SonoDAQ Pro.
Welchen Frequenzbereich deckt ein schalltoter Raum ab? Der nutzbare Bereich hängt von der Keiltiefe und den Kammerabmessungen ab. Viele Kammern sind von ihrer Grenzfrequenz, oft 80 bis 200 Hz, bis zu 20 kHz oder höher wirksam. Unterhalb der Grenzfrequenz ist die Absorptionsleistung nicht mehr ausreichend.
Wie wird eine schalltote Kammer qualifiziert? Die Kammerqualifizierung erfolgt gemäß ISO 26101. Dabei wird überprüft, ob der Schalldruck gemäß dem Abstandsgesetz – typischerweise 6 dB pro Verdopplung der Entfernung – innerhalb der geforderten Toleranz an den Messpositionen abnimmt.

Fazit
Schalltote Kammern gehören nach wie vor zu den zuverlässigsten Lösungen für präzise akustische Messungen, sind jedoch nicht die einzige Option. Die richtige Lösung hängt vom Produkt, der Prüfnorm, der geforderten Genauigkeit und den verfügbaren räumlichen Gegebenheiten ab.
Für manche Anwendungen ist eine vollschallabsorbierende oder haltschallabsorbierende Kammer erforderlich. Für andere können eine kompakte Akustikprüfkammer, ein tragbares akustisches Bildgebungssystem, das Schallintensitätsverfahren oder die Schallleistungsmessung vor Ort einen praktischen und kostengünstigen Weg darstellen.
CRYSOUND bietet Lösungen an, die von speziell angefertigten schalltotem Kammern bis hin zu tragbaren akustischen Prüfboxen, akustischen Bildgebungskameras, Datenerfassungssystemen und Messsoftware reichen, und unterstützt Anwender dabei, unter unterschiedlichen Testbedingungen genaue akustische Ergebnisse zu erzielen.