Psychoakustik

Wie soll der Ventilator klingen?

| Autor / Redakteur: Dr. Marc Schneider / Sandra Häuslein

Wenn wir durch ein Geräusch beeinträchtigt werden, uns also zum Beispiel von ihm gestört fühlen, sprechen wir von Lärmbelästigung. Wann dies der Fall ist, hängt von vielen Faktoren ab.
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Wenn wir durch ein Geräusch beeinträchtigt werden, uns also zum Beispiel von ihm gestört fühlen, sprechen wir von Lärmbelästigung. Wann dies der Fall ist, hängt von vielen Faktoren ab. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Warum empfinden wir ein Geräusch angenehm oder eher lästig? Damit beschäftigt sich die Psychoakustik. EBM-Papst berücksichtigt Ergebnisse aus entsprechenden Untersuchungen dazu bei der Ventilator-Entwicklung.

Unsere Ohren fangen 24 Stunden am Tag Geräusche auf, denn das Gehör arbeitet permanent, ohne Pause. Etwa 15.000 Hörzellen im Inneren der Ohren fangen die Schallwellen jedes Tons ab, verarbeiten sie zu Signalen und schicken diese ans Gehirn. Dort werden sie bewertet. Hier setzt die Psychoakustik als Teilgebiet der Psychophysik an. Sie befasst sich mit der Beschreibung des individuellen Geräuschempfindens im Verhältnis zu messbaren Schallpegel, will also definieren, warum wir ein Geräusch als angenehm oder lästig empfinden. Mittlerweile berücksichtigen auch Hersteller die aus entsprechenden Untersuchungen gewonnenen Ergebnisse bei der Ventilatoren-Entwicklung.

Wenn wir durch ein Geräusch beeinträchtigt werden, uns also zum Beispiel von ihm gestört fühlen, sprechen wir von Lärmbelästigung. Wann dies der Fall ist, hängt von vielen Faktoren ab. Unter anderem spielt die Situation eine Rolle, in der wir uns gerade befinden, die Lautstärke und die Art des Geräuschs. Das gilt auch für Ventilatoren, die je nach Situation und Einsatzort unterschiedliche Anforderungen erfüllen sollten. Sind sie z. B. an einem Wärmetauscher im Kühllager eingesetzt, kommt es weniger auf geringe oder angenehme Geräusche an, denn ein solcher Raum wird nur selten betreten. Luft- und Klimageräte für den Wohn- und Arbeitsbereich müssen da ganz andere Erwartungen erfüllen. Das heißt allerdings nicht, dass Ventilatoren dann geräuschlos arbeiten sollen. Bei vielen Anwendungen dient ihr Arbeitsgeräusch als Funktionskontrolle; ein typisches Beispiel dafür ist die Dunstabzugshaube über dem Küchenherd.

Grafik 1: Durch den Einsatz eines Flowgrid-Vorleitgitters lässt sich eine beachtliche Geräuschreduktion erreichen, in Kombination mit dem Diffusor Axitop sogar noch mehr.
Grafik 1: Durch den Einsatz eines Flowgrid-Vorleitgitters lässt sich eine beachtliche Geräuschreduktion erreichen, in Kombination mit dem Diffusor Axitop sogar noch mehr. (Bild: EBM-Papst)

Das Geräuschspektrum eines Ventilators

Bei Ventilatoren ist die Geräuschentwicklung deshalb oft kaufentscheidend. Neben den aerodynamischen Daten (Luftleistung) wird die Schallleistung zur wichtigen Kenngröße. Das Geräuschspektrum eines Ventilators enthält in der Regel tonale und breitbandige Komponenten. Ihre Entstehungsmechanismen sind völlig unterschiedlich: Ursache für die meisten tonalen Komponenten ist die Interaktion des rotierenden Laufrades mit Störungen in der angrenzenden Luftströmung, die durch Streben, Leitschaufeln, asymmetrischen Einlauf usw. verursacht werden. Sie sind damit abhängig von der Einbausituation des Ventilatorlaufrades. Oft lassen sie sich durch verbesserte Anordnung des Laufrads reduzieren oder sogar vermeiden.

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Die meisten breitbandigen Geräuschkomponenten dagegen werden durch die unvermeidbare Turbulenz der Zuströmung und die prinzipbedingte Strömung um die Schaufeln verursacht. Die breitbandigen Anteile bestimmen das Grundniveau des Geräuschspektrums eines Ventilators. Hier hat die Herstellerindustrie bereits einiges bewirkt und es sind viele Möglichkeiten zur Geräuschreduktion bei Ventilatoren bekannt. Dazu gehören z. B. strömungstechnisch optimierte Lüfterräder, Winglets, Diffusoren und Vorleitgitter, mit denen Schallleistung und Schallpegel der Ventilatoren deutlich sinken. Grafik 1 zeigt ein Beispiel für die beachtliche Geräuschreduktion, die sich durch den Einsatz des Vorleitgitters Flowgrid und des Diffusors Axitop erreichen lässt.

Grafik 2: Das Schallspektrum eines Musikstücks (blau) und eines EC-Ventilators der Baugröße 250 (rot) ist zwar ähnlich, werden aber dennoch sehr unterschiedlich wahrgenommen.
Grafik 2: Das Schallspektrum eines Musikstücks (blau) und eines EC-Ventilators der Baugröße 250 (rot) ist zwar ähnlich, werden aber dennoch sehr unterschiedlich wahrgenommen. (Bild: EBM-Papst)

Unterschiedliche Wahrnehmung trotz gleicher Lautstärke

Sinkt der Schallpegel um einige Dezibel, bedeutet das, der Ventilator arbeitet deutlich leiser. Ob wir das verbleibende Geräusch als angenehm oder lästig empfinden, darüber sagt der physikalisch im Teststand gemessene Schallpegel aber nichts aus. Trompetenspiel beispielsweise und der Bagger auf einer Baustelle haben nämlich ungefähr die gleiche Schallleistung, werden aber psychoakustisch völlig unterschiedlich bewertet. Grafik 2 zeigt ein weiteres Beispiel: In diesem Fall sind die Spektren zwar zu unterscheiden (es sind ja gerade die beiden Kurven), aber der Gesamtpegel ist (nahezu) gleich: 69,7 dB(A). Entscheidend ist hier, dass aufgrund des Spektrums keine Aussage über die Lästigkeit/Angenehmheit des Geräuschs gemacht werden kann, eventuell würde man aufgrund der tieffrequenten Anteile das blaue Spektrum (Musik!) als störender vermuten. Das menschliche Gehör ordnet die Geräusche aber völlig anders ein.

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