Testbericht Böllertest 2014

Anfangs ein Hinweis: Rechtlich gesehen bin ich befähigt solche Versuche (Böller Aufschneiden) durchzuführen, privat ist das ohne entsprechende Genehmigung nicht erlaubt!

Zu beginn zitiere ich erst einmal meinen eigenen Beitrag aus dem Thread "Wars das mit den Nico-Böllern" wo ich ein paar Dinge zu Lautstärkemessungen allgemein geschrieben habe und zu meiner Meßmethode:

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Da ich selber ein Böllerfan bin und mich natürlich interessiert was an den Ganzen Geschichten um spezielle Böller und die guten, alten Böller dran ist habe ich mir anfang letzten Jahres mal Gedanken darüber gemacht und im Laufe des Jahres etwas experementiert (und viele, viele Böller gekauft und gezündet). Als vergleichbare Größe ist natürlich die Lautstärke ein sinnvolles Maß. Nur gibt es ein ganz grundsätzliches Problem dabei: Schallpegelmessungen mit den üblichen Meßgeräten machen nur Sinn bei kontinuierlichen Schallwellen, ein Knall eines Böllers ist aber eine kurze (rund 200 Mikrosekunden), unipolare Druckwelle. Die Meßgeräte sind schließlich kalibriert mit Generatoren die mittels Schallwandler einen kontinuierlichen sinusförmigen Schallpegel erzeugen. Die Peakmessung eines solchen Gerätes ist dabei ebenfalls mit einer Integrationszeit verbunden die ja bei Frequenzen bis 20 Hz herunter mindestens 50 ms betragen muss. Nun ist es so das der Kurze, extrem starke Druckpeak zum einem ein Ausschwingen der Mikrofonmembran führt und die Auswertung des Meßgerätes versucht daraus irgendeinen Effektivwert des Schalldruckpegels zu machen. Der Angezeigte Wert setzt sich also in der Höhe zusammen aus der Amplitude der Druckwelle (der gesuchte Wert), aber auch dem Frequenzsspektrum und der Integrationszeit. Eventuell sogar vom Mikrofon das Verwendet wird. Man kann also durch variation der Auswertung im Meßgerät fast beliebige Werte erzeugen ohne das bei der Kalibrierung des Gerätes für Schalldruckpegel eine Abweichung festgestellt wird. Somit erklärt sich auch wieso in manchen Tests normale Böller schon mit 120 dB gemessen werden und der King Cobra trotz dieser Grenze eine BAM-Zulassung hat. Vermutlich ist fireevent einfach diese Tatsache aufgefallen und es wurde in einem Labor gemessen wo die Geräte entsprechend auswerten. Nur eine Vermutung, aber ich sehe hier ganz klar ein Fehler in der Norm, da man so keine reproduzierbaren Ergebnisse bekommt was sich ja auch bei Böllermessungen immer wieder Zeigt.


Nun aber wie es geht (und ja bei Sprengungen auch gemacht wird), so habe ich dann auch meine Messungen gemacht:

Man verwendet einen sehr schnellen Absolutdrucksensor der direkt und Linear einfach nur die Höhe der Druckwelle mittels DSO (Oszi) ausmisst. Problem ist das diese Sensoren üblicher Weise recht unempfindlich sind und von daher schon eine ordentliche Druckwelle brauchen um gut meßbare Signale zu produzieren. Bei meinen Messungen ging ich so vor das ich in einem Labor ein festen Aufbau gewählt habe und nur 1m Abstand zum Sensor habe. Damit habe ich eine recht hohe Druckwelle, Reflexionen messe ich auch nicht mit da diese ja erst später Ankommen als die erste, direkte Druckwelle und ich das am Oszi ganz klar trennen kann (auch ein Problem bei Messung mittels Schallpegelmeßgerät). Zudem ist kein Einfluss von Wind wie bei Freiluftmessungen, eine Messung in freien bei 8m Entfernung geht eigentlich nur bei absoluter Windstille halbwegs zuverlässig.

Meine ergebnisse zeigten das die maximalen Druckpegel sowieso sehr viel höher liegen (auch auf 8m runtergerechnet) als dies 120dB entspräche. Man kommt in 1m Entfernung bei guten D-Böllern auf bis zu 170 dB im peak und mehr, aber eben nur als kurzer peak. Was sich aber vollkommen bestätigt ist das im Schnitt die alten Böller einfach lauter sind, da kommen alte Pyrocracker schon an heutige, standard D-Böller ran. Der Booster ist mit der beste D-Böller, es gab aber auch aktuelle Ware die da rankommt. Und der KC ist jenseits von Gut und Böse...

Nun die Frage was mehr Sinn macht. Nun, die Druckpeakmessung ist eine wissenschaftliche Messung die reproduzierbare Werte liefert. Für eine Bewertung wie laut das empfunden wird bzw. in wiefern das Gehör gefährdet ist bedarf es noch einer Frequenzanalyse und Bewertung, man kann da nicht nur den Peakwert nehmen. Es bräuchte also nur für dieses Thema eine spezielle Auswertemethode was diese Messungen teuer macht. Es wird nicht das Mittel der Wahl sein.

Die Messung mit Schallpegelmeßgerät kann durch die Mittelung eher reproduzieren was der Böller an den Ohren bewirkt, man müßte jedoch einige Parameter dieser Meßgeräte in der Norm fixieren, insbesondere Integrationszeit, Auswerteverfahren und Mikrofonkapsel (ich würde diese auch in diesem Fall durch einen Drucksensor ersetzen, macht man schon lange bei Schallpegelmessungen in Fahrzeugen bei Schalldruckwettbewerben). Ein Audio-Meßgerät welches nur dafür gebaut und kalibriert ist zu verwenden führt zu fast willkürlichen Werten. Das macht keinen Sinn.


Nur zum Verständnis wie die sehr wiedersprüchlichen Ergebnisse zustande kommen...
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Dem möchte ich noch hinzufügen das Videos natürlich sehr interessant anzuschauen sind und vor allem sehr viel über die Zerlegung etc. Aussagen, aber für Lautstärkevergleiche natürlich gänzlich ungeeignet sind da die Kameras ja eine Pegelregelung durchführen um die Empfindlichkeit der Lautstärke anzupassen. Zudem dürfte der Ausioteil schnell in der Begrenzung sein (also den möglichen Maximalpegel erreichen), alles was darüber liegt ändert nichts mehr an der aufgezeichneten Lautstärke.
Wer mit ein und dem selben Schallpegelmeßgerät hingegen unter identischen Bedingungen mißt und sicherstellt das der Pegel nicht in der Begrenzung liegt (test ist das bei Halbierung der Entfernung der Pegel etwa 6dB zunehmen müsste) kann natürlich vergleiche machen. Zwar sagt der Absolutwert nicht wirklich etwas aus, aber die Relationen passen.

Wer jetzt einwirft das meine Tests von der Statistik her gerade bei der Streuung in der Qualität von Chinaböllern höchst fraglich ist hat natürlich vollkommen recht. Ich habe vielleicht 2-3 Böller je Typ gemessen, eigentlich bräuchte es locker 20-30. Aber das war schlichtweg nicht machbar, Zeit, Kosten und Tonerde-Sauerei im Labor sprachen absolut dagegen. Dennoch war das sehr interessant.

Nun zu meinem Test mit vielen, vielen Bildern:


Reihenfolge der Bilder entspricht der Tabelle und ist der Böllergröße entsprechend sortiert, Ausnahme die nachgetesteten KC/RK!!!

















BAM-PII-0832

BAM-PII-0593





Mein Lieblingsböller schlechthin

BAM-PII-0834

BAM-PII-0834

VORSICHT: In der Tabelle als Keller aufgeführt!!!





Der mit 20 mb



























Ist natürlich der SB1

























Hier die Tabelle mit den Messungen:



Und hier eine kleine Zusammenfassung mit relativen, logarithmisch aufgetragenen Werten ohne KC und Korsar!




Und hier der Aufbau:




Ich hoffe das ist für ein paar Böllerfans interessant. Nochmal würde ich so einen Aufwand nicht betreiben da sich ja ohnehin zeigt das man jedes Jahr aufs Neue überrascht wird wie man si einen Böller doch noch etwas schlechter machen kann. Man mag es kaum glauben, aber die Chinesen finden da immern noch einen Weg...

 

Vielen Dank für den Hinweis!

Das die Druckwelle bei allen Böllern eine Breite von rund 100-200 Mikrosekunden hatte konnte ich sehr gut reproduzieren, ich hatte auch einmal parallel zum Drucksensor ein Mikrofon welches das bestätigte (ich hatte bedenken ob der Sensor wirklich schnell genug ist). Für die Ansolutwerte hatte ich keine Referenz. Ich komme halt bei Umrechnung in dB und A-Bewertung (hier etwa 1) selbst bei 8m Entfernung (-18 dB) immer noch zu Werten bis zu 160 dB. Das ist der Grund wieso ich nur die mbar-Werte angegeben habe, ich möchte aufgrund des nicht klaren Zusammenhanges mit Schallpegelmessungen nicht unbedingt eine Verknüpfung suggerieren. Zum Vergloiech taugt das da wie gesagt die Form der Druckwelle immmer sehr ähnlich ist. Deshalb habe ich auch keine Kanoneschläge oder BKS- Böller verglichen, da ist die Kurvenform ganz anders und ein Vergleich ist nicht zulässig.

Mich würde einmal interessieren wie genau bei der BAM gemessen wird und wie die Geräte kalibriert werden, schließlich dürfte klar sein das der KC definitiv nicht einen 120 dB-Äquivalenten Druckpeak in 8m Entfernung erzeugt, da bin ich sehr sicher...


Gruß
Thomas

 

Erst einmal vielen Dank für Euer Lob, es freut mich sehr das der Test so gut ankommt. Auch wenn das gezeigte eher ein Trauerspiel ist...

Zur Messung:


Erst einmal Danke an Vesuvio für die Ausführungen, es ist wohl so wie ich es quasi "forderte" und die wichtigen Parameter sind fixiert. Die Tatsache das der KC aber kaum lauter ist als andere Böller zeigt das wohl doch nicht ganz das widergepiegelt wird was durch das menschliche Ohr empfunden wird. Theoretisch sollten 2 dB Unterschied nicht wirklich wahrnehmbar sein.

Als Ingenieur mißtraue ich natürlich meiner eigenen Messung als erstes, ich erwähnte ja das gerade bezüglich der Absolutwerte alles nicht auf die Goldwaage gelegt werden darf. Deshalb habe ich bewußt nicht in dB umgerechnet um nicht zu Vergleichen mit anderen Messungen zu animieren.

Die Impulsform sieht mit hoher Sicherheit wirklich so aus da ich natürlich verglichen habe. Parallel zu dem Drucksensor habe ich bei einigen Messungen eine dynamische Mikrofonkapsel einfach direkt an das Oszi gehängt und die Kurven sahen identisch aus (bis auf den Peakwert da da das Mikrofon längst nichtlinear war). Ich habe natürlich auch die Umgebungsbedingungen verändert und Messungen mit Böller und Meßgerät in 1 m Höhe gemacht (natürlich auf seperaten "Stelzen") und die Ergebnisse waren identisch in Amplitude und Impulsform. Der Aufbau war aber dann am Boden um den Dreck zu minimieren und die Schnipsel besser einfangen zu können.


Generell gebe ich nur zu bedenken das eben mit Geräten gemessen wird die für Schalldruckpegel gemacht sind, nicht für Druckwellen. Allein von der Theorie her ist eine Mikrofonkapsel nur für Wechselgrößen geeignet nicht für unipolare Druckspitzen. Klar, bei kurzen Impulsen geht das, aber ideal ist es nicht. Man misst quasi einen Impuls mit einem true-rms-ac-Multimeter in definierter Einstellung bezüglich der Integration und Abtastung. Geht um Relationen zu bekommen, ist aber nicht wirklich wissenschaftlich...




Gruß
Thomas

 

Na, ja. Ohne zu wissen welches super Geheimnis da offenbart wird so denke ich wohl kaum das jemand der die Zulassung anzweifelt auf einen solchen Forenbeitrag angewiesen ist. Sollte jemand (wohl am ehesten ein Konkurrenzhersteller) Zweifel haben wird er das wohl schon lange vorher mal selbst erledigt haben. Ist ja jetzt nicht so schwer mal so einen Böller unter die Lupe zu nehmen, ich vermute da haben Skeptiker auch schon Analysen des Pulvers durchführen lassen, wobei das auch nicht doller abbrennt als andere...

 

Damit das nicht falsch verstanden wird:

Die Messung mit Mikrofon kann prinzipiell schon gemacht werden und auch korrekt sein. Es geht um die gsamte Meßmethode mittels Schallpegelmeßgerät. Wenn wissenschaftlich gearbeitet wird muss das Equipment den Impuls aufzeichnen ohne diesen in irgendeiner Form zu verändern um hinterher die Analyse zu ermöglichen. Durch die Integration im Meßgerät geht jede Information über den Impuls verloren und wird im Integral zusammengefasst. Das kann für gewisse Aussagen ausreichen, jedoch ist dann sehr wichtig wie kalibriert wird.

Folgendes vorgehen wäre in meinen Augen wissenschaftlich, wenn auch aufgrund des Aufwandes und der Kosten nicht wirklich praktikabel:

Der Sensor (Mikrofon oder Drucksensor) ist an einem Datenrekorder (Speicheroszilloskop, Meßkarte etc.) angeschlossen welcher eine Abtastrate von mindestens 1 MS/s hat. Das wichtigste: Die Kalibrierung erfolgt mit Impulsen die in Höhe und Dauer in dem Bereich liegen der später auch gemessen wird! Es muss verifiziert werden das der Sensor -zur Not auch nach einer Korrektur auf analoger oder digitaler Ebene- am Ende erst einmal im betrachteten Bereich linear ist. Egal was ich später mit diesen Daten mache, die Kalibrierung muss unbedingt mit solchen Impulsen erfolgen und nicht mit kontinuierlichen Schwingungen! Ich kann nicht ein Gerät mit völlig anderen Signalformen vewenden als die zur Kalibrierung verwendeten. Das ist in der Meßtechnik ein ganz grober Fehler.
Nun würde ich für die Messung eben nicht direkt nach dem Sensor eine Integration vornehmen sondern nur den ersten einlaufenden Impuls nehmen und diesen integrieren sowie eine FFT durchführen. Warum?

Der erste Impuls, und nur der, ist die direkt vom Böller augesandte Druckwelle. Alles was hinterher kommt sind Reflexionen die (durch die vorherige Quadrierung) additiv zum Impuls hinzuaddiert werden. Es wird also der Einfluss der Umgebung mitbewertet was eine ganz genaue Definition der Umgebung nötig macht. Bei 35 ms Integrationszeit nehme ich alles mit was noch 11m Umweg macht, das ist bei 8m Abstand eine ganze Menge. Die erste Druckwelle kann nur die direkt vom Böller ausgesandte sein.

Was muss ich also machen um korrekt zu messen:

-Sensor für gemessene Impulsform kalibrieren

-Erfassung der Druckwelle im Zeitbereich

-zur Auswertung (was bewirkt die Druckwelle) Integration sowie Frequenzanalyse dieser Druckwelle


Ganz einfaches Beispiel wieso das so wichtig ist:

Ich habe ein Sensor im Meßgerät welches sagen wir mal 150 dB peak (ohne Bewertung) kann. Kalibriert mit Sinusschwingungen die entsprechend 153 dB peak (Faktor Wurzel 2 im Druck). Nun könnte der Sensor theoretisch bei 154 dB sättigen ohne das es ein Problem bei der Kalibrierung gibt. Nun messe ich einen Böller der eine Druckwelle von 500 Mikrosekunden Dauer hat, liegt voll im zulässigen Frequenzbereich, und bekomme 120 dB angezeigt was ja erst einmal auch weit weg von der 150 dB Kalibriergrenze ist. Nur ist das nach der Integration! Rein theoretisch müsste ein Einzelimpuls von dieser kurzen Dauer bei dieser Integrationszeit rund 186 dB haben (da ja nicht nur der Impuls gemssen wird sondern noch alles möglich hinzu wird der tatsächliche Wert deutlich niedriger sein). Man sieht also das der Impuls eventuell schon weit über dem kalibrierten Bereich liegt und somit nicht sicher ist ob das noch ansatzweise passt.



Die Messung mit Schallpegelmeßgerät ist also eine Notlösung um mit einfachen Mitteln ein Wert zu bekommen der in irgendeiner Form eine Idee gibt wie der Knall am Ohr wirkt. Um reproduzierbare Ergebnisse zu bekommen ist es neben der richtigen (und zwar richtig für diese Anwendung und nicht für Audiomessungen) Kalibrierung die fixierung von sehr vielen Parametern nötig, insbesondere der Meßaufbau (in sehr weiträumiger Umgebung, aber nicht draußen da sonst der WInd die Sache verfälscht) und eben das Gerät. Viele Informationen (Impulshöhe, Impulsdauer aber auch sämtliche Reflexionen und Ausschwingverhalten) werden in einer Größe zusammengeführt ohne das sich diese Informationen reproduzieren lassen. Ich bekomme einen Wert ohne zu wissen was zu diesem Wert geführt hat. Das ist nicht wissenschaftlich, kann aber durchaus für den Zweck (Prüfen ob ein Böller zu sehr in den Ohren reißt) ausreichen!

Da ich wissenschaftliches arbeiten gewohnt bin ist es eben für mich völlig unbefriedigend nur irgendein Wert ausgespuckt zu bekommen der irgendwie entstanden ist und keinerlei Rückschlüsse auf das gesuchte (den Druckimpuls des Böllers) zulässt. Mindestens ein Ausgang am Schallpegelmeßgerät der direkt vom Mikrofon (über einen Impedanzwandler natürlich um keine Beeinflussung der internen Messung durch externes Equipment zu bekommen) kommt und an ein Oszi geführt werden kann würde die Sache schon sehr viel verbessern! Man sieht ob das Mikro schon gänzlich übersteuert und kann auch Sagen wie viel Energie der erste Impuls im Verhältnis zum Endwert hat.



Übrigens sehe ich gerade deshalb die 8m Entfernung als Problem, das gesamte Klangbild (was ja bei der Integration erfasst wird) erfährt ja durch Reflexionen etc. eine massive Veränderung! Das hat jeder schon erlebt, ein Böller am freien Feld klingt ganz anders als im Wald gezündet, es klingt auch jeder Böller gleich (ausnahme immer Kubis die ein großes Gasvolumen haben und ganz anders "arbeiten" als klassische Böller). Nicht nur die Lautstärke, fehlen fast alle Reflexionen klingt der Knall richtig spitz und kaum Wuchtig (es ist eben nur ein kurzer Impuls), das "mächtige" kommt erst durch die ganzen Reflexionen. Ich habe das hier bei den Messungen im Labor gemerkt, da ich (mit Gehörschutz sowie Schutzbrille) im Labor immer nur 1-2m neben dem Böller stand (mal KC ausgenommen) klangen auch alle Böller von der Klangfarbe gleich.

Für die technisch begeisterten Spielkinder empfehle ich eine dynamische Mikrofonkapsel am Oszi. Wie gesgat, ich habe mal parallel zum Drucksensor so ein Teil am Oszi gehabt und der Hauptimpuls war bis auf die Nichtlinearität im Peak (okay, bei den Druckwerten in 1m...) fast deckungsgleich! Bei den in 8m Entfernung zu erwartenden Druckpeaks hat sogar die höhe sehr gut zu den Werten vom Drucksensor (dem ich auch nicht traue!) gepasst (aufpassen, die Anganben bei den Kapseln sind durch das Wirkungsprinzip in mV pro Pa und kHz angegeben, kürzerer peak bei gleicher Druckamplitude bedeutet also höhere Spannung).