Psykoakustik – Hvordan skal en ventilator lyde?

Støj er ikke bare støj, f.eks. kan et stykke musik og en ventilator have samme lydniveau, mens der er stor forskel på vores opfattelse af, hvad vi hører. Hos ebmpapst arbejdes der med at udvikle ventilatorer med en behagelig lyd.

Torben Lintrup KirkholtAf Torben Lintrup Kirkholt, adm. dir. ebmpapst

Vores høresans er konstant på arbejde og holder aldrig fri, så vores ører modtager lyde 24 timer i døgnet. Omkring 15.000 hårceller i det indre øre fanger bølger fra alle lyde, konverterer dem til signaler og videresender signalerne til hjernen, hvor de behandles.

Dette er psykoakustikkens felt, som er en del af psykofysikken. Det handler om at beskrive personlig lydopfattelse i relation til målbare støjniveauer, dvs. det har til formål at definere, hvorfor vi opfatter lyde som behagelige eller ubehagelige. Hos ebmpapst tager vi altid resultaterne af relevant forskning med i betragtning, når der udvikles ventilatorer.

Når vi bliver negativt påvirket af en lyd, hvis den f.eks. forstyrrer os, er der tale om støjforurening. Om dette er tilfældet afhænger af mange faktorer. Vores aktuelle situation spiller bl.a. en rolle, ligesom lydstyrke og lydtype. Det samme gælder med ventilatorer, som skal opfylde forskellige krav, afhængigt af hvor de bruges.

Den gode støj
ebmpapst har et lydtæt rum med plads til otte testpersoner, som lytter til optagede ventilatorlyde i forskellige konfigurationer.

Hvis ventilatorer bruges på en varmeveksler i et kølerum, hvor folk ikke opholder sig ret længe ad gangen, betyder lav lydstyrke og behagelig lyd ikke så meget. Men ventilations- og airconditionanlæg i bolig- og arbejdsområder skal opfylde en lang række forskellige forventninger. Det betyder dog ikke, at ventilatorer skal fungere lydløst. Deres driftsstøj fungerer i mange anvendelser som en funktionskontrol. Et typisk eksempel på dette er en emhætte.

En ventilators støjspektrum og støjudvikling er ofte en vigtig overvejelse, når man skal beslutte sig for, hvilken ventilator man skal anvende. Udover de aerodynamiske data (luftydelse), så spiller lydeffektniveauet en vigtig rolle. Ventilatorens støjspektrum omfatter generelt tone- og bredbåndskomponenter. De måder hvorpå, de komponenter opstår, er vidt forskellige.

ebmpapst udvikler ventilatorer med behagelig lyd
Udvikling af ventilatorer med behagelig lyd: Dette er et lydtæt rum med plads til otte testpersoner, som lytter til optagede ventilatorlyde i forskellige konfigurationer.

De fleste tonekomponenter opstår fra interaktionen mellem det roterende ventilatorhjul og forstyrrelser i den tilstødende luftstrøm, som kan forårsages af stag, montagedele, ledeskovle, asymmetrisk lufttilførsel osv. Deres oprindelse afhænger således af, hvordan ventilatorhjulet er monteret. Ofte kan de reduceres eller endda helt undgås ved at forbedre placeringen af ventilatorhjulet.

På den anden side er de fleste bredbåndsstøjkomponenter forårsaget af uundgåelig turbulens i tilførslen af luft ind i ventilatorhjulet og det naturlige flow rundt om ventilatorskovlene. Bredbåndskomponenterne bestemmer det grundlæggende niveau i en ventilators støjspektrum.

Støj reduktion med ebmpapst AxiTop-diffuser
Figur 1: Der kan opnås en betydelig reduktion af støj med et FlowGrid luftindsugningsgitter. Støjen kan reduceres endnu mere sammen med en AxiTop-diffusor.

Her har producenterne gjort fremskridt, og de kender mange måder til at reducere ventilatorstøj på, herunder aerodynamiske optimerede ventilatorhjul, små vinger, diffusorer og luftindsugningsgitre, som gør, at ventilatorens lydeffekt og støjniveauer reduceres betragteligt. Figur 1 viser et eksempel på den væsentlige støjreduktion, der kan opnås ved at bruge et FlowGrid-luftindsugningsgitter og en AxiTop-diffusor.

Stilhed er ikke nok
Et fald på et par enkelte decibel i støjniveauet betyder, at ventilatoren kører mere lydsvagt. Støjniveauet, som bestemmes af de fysiske målinger i et testsystem, siger dog intet om, hvorvidt vi opfatter lyden som behagelig eller ubehagelig. Trompetmusik og en gravemaskine på en byggeplads har omtrent den samme lydeffekt, men vores psykoakustiske vurdering af dem er vidt forskellig.

Figur 2 viser endnu et eksempel: I dette tilfælde kan de to kurver skelnes fra hinanden, men deres overordnede niveau er næsten identisk: 69,7 dB(A). Det, der er vigtigt her, baseret på spektret, er, at det er umuligt at drage konklusioner om, hvorvidt lyden opfattes som behagelig eller ubehagelig. Man kunne forestille sig, at det blå spektrum (musik!) med den højere del af lave frekvenser ville være mere ubehageligt. Men den menneskelige hørelse vurderer lyde ret forskelligt.

Stilhed er ikke nok længere. Set fra et subjektivt synspunkt er en vigtig egenskab, hvor “rå” eller “skarp” en lyd opfattes at være. Disse opfattelser kan opstå, når et lydsignal giver en midlertidig struktur ved ændringer i frekvensen eller amplituden. Mange lyde omfatter også tonekomponenter, som har en stærk irriterende effekt, der adskiller sig fra person til person, hvilket yderligere komplicerer deres vurdering.

Støjniveauet i et stykke musik og en ventilator kan være ens men opfattes forskelligt.
Figur 2: Støjniveauet i et stykke musik (blå) og en ventilator i størrelse 250 EC (rød) er identisk, men opfattes meget forskelligt.

Som ventilatorspecialister hos ebmpapst har vi gjort noget ved dette problem og vil med nye tiltag optimere yderligere på vores produkter og vise en mulig vej indenfor psykoakustikken. Vi vil jo gerne have, at vores ventilatorer har en behagelig lyd. I forbindelse med denne udvikling vil et nyttigt, langsigtet mål være en producent-uafhængig standard for støjgener på linje med de eksisterende bestemmelser for støjbekæmpelse.

Selvom en luftvarmepumpe, der er monteret udendørs, f.eks. lever op til de givne tekniske retningslinjer for støj, kan den alligevel genere naboer med dens irriterende summen i en sådan grad, at der skabes problemer. I disse tilfælde er det bedre at arbejde med ventilatorer, der er blevet optimeret i henhold til psykoakustiske kriterier.

Psykoakustisk laboratorium
Vi søger efter at udvikle ventilatorer og dermed kundeapplikationer med behagelig lyd.  Til udførelse af testene har ebmpapst oprettet et såkaldt psykoakustisk laboratorium, “AudiMax” . Dette er et lydtæt rum med plads til otte testpersoner, som lytter til optagede ventilatorlyde i forskellige konfigurationer. Efterfølgende udspørger medarbejderne testpersonerne for at skabe en videnskabelig baseret database ud fra følgende psykoakustiske parametre: lydstyrke (enhed: son), skarphed (enhed: akum), tonehøjde (enhed: mel), ruhed (enhed: asper) og udsvingsstyrke (enhed: vacil). Andre vigtige kvantiteter er tonalitet og impulsitivitet. De kan måles med mikrofoner og sammenlignes med kommentarer fra testpersonerne.

Vurderingerne fra testpersonerne er analyseret med statistiske og psykologiske metoder. Resultaterne bruges til produktudvikling. De gør det muligt at finde ud af, hvilke forholdsregler der er effektive til at reducere støjgener, som er forårsaget af ventilatorer, og hvilke der ikke er.

Reducering af generne forårsaget af støj er et vigtigt udviklingsmål fra et miljømæssigt perspektiv, eftersom støj er en form for forurening. Irriterende støj kan forringe livskvaliteten og ligefrem føre til sygdom. Det psykoakustiske laboratorium “AudiMax” bidrager således med en yderligere forbedring af vores ventilator-teknologi både mht. motorer, elektronik og ventilatorhjul. Det ultimative mål er at udvikle en ventilator, der opfattes som behagelig af så mange testpersoner som muligt.

Psykoakustisk laboratorium
Det psykoakustiske laboratorium hos ebmpapst har særligt placerede mikrofoner til optagelse af psykoakustiske parametre.
ebmpapst Denmark