Psychoakustik und subjektive Beurteilung drehzahlvariabler, hydraulischer Antriebe

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Die Elektrifizierung im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen setzt sich im Kompaktsegment immer weiter durch. Insbesondere im Bereich der mobilen Maschinen (Bagger, Radlader, etc.) führt dies dazu, dass die hydraulische Antriebstechnik, die bisher im Geräuschpegel des Verbrennungsmotors unterging, für das menschliche Ohr hörbar wird und in den Vordergrund des Betriebsgeräuschs tritt. Pumpen sind die dominierende Geräuschquelle in hydraulischen Systemen. Sie wandeln mechanische Energie in hydraulische Energie um und sind in fast allen Maschinen zu finden. Die Geräuschemission hängt von der Pumpenbauart ab und ist immer noch Gegenstand der aktuellen Forschung. Dabei wird jedoch nur der Geräuschpegel betrachtet, nicht die psychoakustischen Parameter. Die psychoakustische Einordnung, wie Menschen die Geräusche verschiedener Pumpentypen - insbesondere in Abhängigkeit von Drehzahl und Druck - subjektiv wahrnehmen und bewerten, ist noch nicht erforscht. Darüber hinaus können bestehende psychoakustische Modelle nicht zur Vorhersage der subjektiv empfundenen Belästigung herangezogen werden, da sie nur produktspezifische Aussagen zulassen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die akustischen und psychoakustischen Eigenschaften von drehzahlvariablen Pumpen untersucht

 

Nutzen	Vorgehen
Betrachtung des subjektiven Hörempfindens drehzahlvariabler hydraulischer Antriebe	Schallmessungen (Axialkolbenpumpe und Innenzahnradpumpe) im Schallmessraum
Vergleich unterschiedlicher Pumpenbauarten (Vergleich Axialkolbenpumpe mit einer Innenzahnradpumpe) bezüglich psychoakustischer Größen	Auswertung der Schallmessungen bezüglich Schalldruckpegel und psychoakustischen Messgrößen (Lautheit & Schärfe)
Korrelation bezüglich gemessenen psychoakustischen Größen und dem realen subjektiven Hörempfinden	Durchführen von Hörversuchen durch das Institut für Psychologie (IfP)
Modell zur Beurteilung des subjektiven Hörempfinden für drehzahlvariable hydraulische Antriebe	Modellbildung zum subjektiven Hörempfinden

 

Psychoakustik von Pumpen

Die Elektrifizierung des industriellen Maschinenbaus nimmt sowohl in stationären als auch mobilen Anwendungen immer weiter Einzug. Dies führt, insbesondere im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen (Bagger, Radlader etc.), dazu, dass die bisher im Geräuschpegel des Verbrennungsmotors untergehende hydraulische Antriebstechnik für den Menschen hörbar wird und perzeptiv ggf. sogar in den Vordergrund dringt. Die dominierende Geräuschquelle in hydraulischen Systemen sind Pumpen. Diese wandeln mechanische in hydraulische Energie und sind in nahezu allen Systemen zu finden. Die Geräuschabstrahlung ist abhängig von der Pumpenbauart und weiterhin Gegenstand der aktuellen Forschung. Dabei wird allerdings ausschließlich der Geräuschpegel betrachtet, nicht aber die psychoakustischen Messgrößen. Dahingehend ist die psychoakustische Einordung, wie Menschen die von verschiedenen Pumpentypen emittierten Geräusche – insbesondere je nach Drehzahl und Last – subjektiv wahrnehmen und bewerten (z.B. bzgl. Belästigung) bisher noch nicht erforscht. Darüber hinaus können bestehende psychoakustische Modelle um subjektiv empfundene Belästigung (engl. annoyance) vorherzusagen, nicht übernommen werden, da sie jeweils nur produktspezifische Aussagen zulassen. Im Rahmen des Projektes werden die akustischen und psychoakustischen Eigenschaften drehzahlvariabler hydraulischer Antriebe untersucht.

Zielsetzung

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden die Betriebsgeräusche drehzahlvariabler Antriebe untersucht. Dazu wurden in Schallmessungen die Betriebsgeräusche einer Axialkolbenpumpe und einer Innenzahnradpumpe instrumentell erfasst und die psychoakustische Kenngrößen mit subjektiven Wahrnehmungsurteilen und Geräuschbewertungen, aus Hörversuchen, in Zusammenhang gesetzt. Dabei arbeitet das ifas mit dem Institut für Psychologie (IfP) an der RWTH Aachen zusammen.

 

Schallmessung drehzahlvariabler hydraulischer Antriebe

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden eine Axialkolbenpumpe und eine Innenzahnradpumpe untersucht. Dazu wurden beide Pumpenbauarten im Schallmessraum vermessen und instrumentell der Geräuschpegel, die Lautheit und die Schärfe erfasst. Die wesentlichen Betriebsparameter Druck und Drehzahl wurde gezielt variiert.

 

Durchführen von Hörversuchen und Regressionsanalysen zur Vorhersage des subjektiven Hörempfindens

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden am Institut für Psychologie (IfP) Hörversuche durchgeführt. Bei den Hörversuchen wurden den Probanden jeweils paarweise die Geräusche der Pumpen vorgespielt und diese mussten bewerten, welches der beiden Geräusche als angenehmer empfunden wird, Diese Methode wird als Dominanzpaarvergleich bezeichnet. Nach Abschluss der Hörversuche wurden durch Regressionsanalysen die Ergebnisse analysiert und Modelle zur Beurteilung des subjektiven Hörempfindens erstellt.

 

Danksagung

Dieses Forschungsvorhaben wurden im Rahmen des Projekts OPSF507 "Psychoakustik und subjektive Beurteilung drehzahlvariabler, hydraulischer Antriebe" durchgeführt, das im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder zur Förderung von Wissenschaft und Forschung an deutschen Hochschulen gefördert wurde.

Es handelte sich um ein Verbundvorhaben, welches das ifas zusammen mit dem Institut für Psychologie (IfP) mit Univ.-Prof. Dr. Sabine Schlittmeier durchführte.

 

Veröffentlichungen

Titel	Autor(en)
Audiovisuelle und kognitive Effekte bei der Lautheitsbeurteilung eines Baggers mit Hydraulikpumpe Abstract (2021)	Georgi, Markus Pietrzyk, Tobias Schmitz, Katharina Schlittmeier, Sabine Janina
Psychoacoustic Evaluation of Hydraulic Pumps Buchbeitrag, Fachzeitschriftenartikel (2021)	Pietrzyk, Tobias Georgi, Markus Schlittmeier, Sabine Janina Schmitz, Katharina (Corresponding author)
Messtechnische Erprobung einer elektro-hydraulischen Linearachse mit High-Speed Antrieb Buchbeitrag, Beitrag zu einem Tagungsband (2021)	Pietrzyk, Tobias (Corresponding author) Schmitz, Katharina