DE2617000A1 - Kulissen-schalldaempfer - Google Patents
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Description
Grünzweig + Hartmann 3 P 6O1 D und C-M 616
und Glasfaser AG ^ Apr±1 1g?6
Bgm. Grünzweig-Str. 1-47
6700 Ludv/igshaf en/Rhein TE-ND2 f-ho
6700 Ludv/igshaf en/Rhein TE-ND2 f-ho
Anmelder in; GRÜNZVTEIG + HARTMANN UND GLASFASER AG
6700 Ludwigshafen am Rhein
Kulissen-Schalldämpfer
Gegenstand der Erfindung ist ein Kulissen-Schalldämpfer, mit mindestens zwei einander gegenüberliegendeii
schallabsorbierenden Berandungen des freien Kanalquerschnittes, wobei die akustischen E-ingangsleitwerte
dieser Berandungen in Schallausbreitungsrichtung konstant oder abschnittsweise konstant sind.
Kulissen-Schalldämpfer werden in Kanälen oder Rohrleitungen, hier zusammenfassend Kanäle genannt,
eingebaut. Bekannt sind schalldämpfende Vorrichtungen, welche die Pegelerniedrigung durch schallabsorbierende
Ausbildung der Berandungsoberflächen des freien Kanalquerschnittes erzielen. Da die Schalldämpfung mit
wachsendem gegenseitigem Abstand der schallabsorbierenden Oberfläche abnimmt, werden sehr oft die freien Kanalquerschnitte
durch sogenannte Kulissen unterteilt,
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welche für die entstehenden Teilquerschnitte die schallabsorbierende Berandung darstellen. Hierbei
können die Kulissen eben oder rund sein oder andere Formen und Anordnungen auf v/eisen. Diese Schalldämpfer
sind deshalb von grosser praktischer Bedeutung, weil sie eine sehr kostengünstige Ausführungsform darstellen.
Untersuchungen, die in der Fachliteratur und in Lehrbüchern mehrfach beschrieben sind, zeigen, dass eine für
die Wirksamkeit in Schalldämpfern kennzeichnende Eigenschaft schallabsorbierender Berandungen deren akustischer
Eingangsleitwert darstellt. Dies ist der Quotient aus der zur Berandung senkrechten Komponente der Schallschnelle
und dem Schalldruck an der Oberfläche der'Berandung, die
dem freien Kanalquerschnitt zugekehrt ist, in welchem sich die zu dämpfende Schallwelle ausbreitet. Es wird
deshalb in der Folge der Begriff des akustischen Eingangsleitwertes der Berandung verwendet, der in der Fachliteratur
meist durch eine komplexe Zahl angegeben und deshalb auch komplexer akustischer Eingangsleitwert genannt wird.
Dementsprechend wird ein akustischer Eingangsleitwert in einem Oberflächenbereich dann als konstant bezeichnet, wenn
für die schalldämpfende Wirkung nur der über die Oberfläche gemittelte akustische Eingangsleitwert massgeblich ist.
Denn es ist bekannt, dass Struktur-und/oder Materialänderungen, deren seitliche Ausdehnungen, wi.e z.B. bei
den üblichen Lochblechabdeckungen oder bei Trennwänden, innerhalb der absorbierenden Auskleidung sehr viel kleiner
sinJ als die Schallwellenlängen nicht durch ihre einzelnen Strukturglieder sondern durch ihre über die Oberfläche
gemifcelten Eigenschaften die Schalldämpfung bestimmend
beeinflussen. Bei den bekannten Schalldämpfern sind die einander gegenüberliegende!, schallabsorbierenden Berandungen
eines freien Kanalquerschnittes von gleichem akustischem
Eingangsleitwert. Bekannte Ausnahmen von diesem Bauprinzip
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der symmetrischen Berandung eines Kanals sind solche Schalldämpfer mit nur einseitiger schallabsorbierender
Auskleidung und einer gegenüberliegenden schallharten Kanalwand sowie schallabsorbierende Auskleidungen, die
ihre akustischen Eigenschaften in Schallausbreitungsrichtung stetig verändern, z.B. durch stetige Veränderung der
Auskleidungsdicke. Die erstgenannten Ausführungsformen
sollen wegen der geringen Schalldämpfung nicht weiter behandelt werden; die letztgenannte Form hat dagegen den
Nachteil einer zu aufwendigen Bauweise. Das Prinzip der symmetrischen Auskleidung wird bei bekannten Schalldämpfern
deshalb stets angewandt, weil es zum einen als kostengünstigstes Bauprinzip nahe liegt, zum andern aber auch,
da bekannte Standardwerke der Fachliteratur stets die symmetrische Schallwellenform in Schalldämpferkanälen als
die wesentliche Wellenform herausgestellt und fast ausschliesslich behandelt haben.
Diese symmetrische wellenform, bei welcher die Schallfeldgrössen
bezüglich einer in Kanalmitte zu denkenden Symmetriefläche
symmetrisch sind, führt in der Tat in einem auf gegenüberliegenden Seiten gleichartig, d.h. symmetrisch
berandeten Kanal den weitaus überwiegenden Teil der Schallenergie.
Neben der symmetrischen Schallwellenform gibt es nun noch die sogenannte anti symmetrische Schall··/ellenforrn, bei
welcher alle Schallfeldgrössen beiderseits der Symmetrieflache
des Kanals entgegengesetzte Vorzeichen haben. Diese antisymmetrische Schallwellenforrn hat die interessante
Eigenschaft, dass sie eine viel höhere Ausbreitungsdämpfung besiezt als die symmetrische ./elleiiiorm. ^s spielt aeiiiiucii
im symmetrischen Kanal keine Rolle und wird deshalb in der Literatur kaum behandelt und erwähnt, weil sie im symmetrisch*
Kanal nicht angeregt werden kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den
Kulissen-Schalldämpfer so zu gestalten, dass während der Schallausbreitung beständige Energie aus der nur schwach
bedämpfbaren symmetrischen Wellenform abgezogen und in die mit höherer Ausbreitungsdämpfung versehene antisymmetrische
Wellenform übergeführt wird, weil sich so insgesamt eine erhöhte Dämpfung des gesamten Schallfeldes
ergibt.
Das wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dassodie
akustischen Eingangsleitwerte mindestens zweier einander gegenüberliegender Berandungen voneinander verschieden
sind. Hierdurch stellte sich überraschenderweise eine sehr einfache und \virkungs volle Lösung heraus. Eine
Erklärung für die Wirksamkeit dieser Massnahme kann darin gesehen werden, dass mit wachsendem Grad der
Unsymmetrie der Eingangsleitwerte ein immer grösserer Anteil der antisymmetrischen Viellenform benötigt wird,
um die Randbedingungen an den Berandungen des Kanals mit endlichen, voneinander verschiedenen akustischen Leitwerten
erfüllen zu können.
Hieraus folgt, dass eine schallabsorbierende Auskleidung mit endlichem akustischem Eingangsleitwert gegenüber einer
schallharten Kanalwand nicht den Erfindungsgegenstand betreffen kann, da bekanntlich schallharte Flächen
akustische Symmetrieflächen darstellen. Ausserdem ergibt sich, dass auch Auskleidungen mit stetig sich ändernden
akustischen Eingangsleitwerten keine geeignete Massnahme sein können, da die Einstellung des Amplitudengleichgewichts
zwischen symmetrischer und antisymmetrischer Wellenform, welches dom jeweiligen Grad der Unsymmetrie der Beranrhrn™
entspricht, eine gewisse Einlauflänge benötigt, welche
mindestens gleich dem halben gegenseitigen Abstand einander gegenüberliegender schallabsorbierender Berandungen, oft
jedoch gleich dem Einfachen dieses Abstandes ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die akustische Unsymmetrie in den Berandungen der Teilkanäle, in welche
der Kanal durch den Einsatz schallabsorbierender Kulissen unterteilt wird, dadurch erreicht werden, dass im Innern
der Kulissen, parallel zu ihren schallabsorbierenden Oberflächen, schallreflektierende Trennwände, die ausserhalb
der Kulissenmitte angeordnet sind, vorgesehen sind. Die Kulissen in dem Schalldämpfer sind hierbei derart anzuordnen,
dass jeweils in einem Teilkanal eine Seite einer Kulisse mit einer geringeren Tiefe einer Seite der
Kulisse mit einer grösseren Tiefe, zwischen Kulissenoberfläche und schallreflektierender Trennwand gegenüberliegt.
Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorptionsmaterialien,
insbesondere Mineralfasern, Glasfasern, offenzelligen Schäumen bestehen, die gfs. mit Deckschichten,
wie Faservlies, Folien, Lochblechen, Draht-, Glas- und Textilgewebe, gelochte oder geschlitzte Platten versehen
sind und gfs. eine Kassettierung aufweisen, wodurch unterschiedliche akustische ISingangsleitwerte in beiden
Kulissenoberflachen erzeugt v/erden. Von Kassettierung
einer schallabsorbierenden Auskleidung spricht man bekanntlich dann, wenn durch quergestellte Wände, im wesentlichen
senkrecht zur Auskleidungsoberfläche angeordnet, die Schallausbreitung im Innern der schallabsorbierenden
Auskleidung und parallel zu ihrer Oberfläche unterbunden wird.
Die gemäss der Erfindung im Innern der Kulisse parallel
zu ihrer Oberfläche unc. aussermittig angeordnete Trennwand
aus schallreflektierenden Werkstoffen kann aus Metall, Holz, Kunststoff, Gipsplatten, Asbestzementplatten und/oder
aus Klebemitteln bzw. -schichten und/oder einer Produktionshaut von Schallabsorptionsmaterialien bestehen. Durch diese
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ausserraittig angeordneten Trennwände entstehen beiderseits
der Trennwände unterschiedliche Absorptionstiefen, welche bekanntlich unterschiedliche akustische Eingangsleitwerte
der jeweiligen Kulissenoberfläche zur Folge haben, so dass bei der beschriebenen Anordnung der Kulisse im Schalldämpfer
die Teilkanäle erfindungsgemäss aufeinander gegenüberliegenden Seiten unterschiedlich berandet sind. Zur Verstärkung der
Wirkung können die Kulissen der Schalldämpfer durch Schichten aus Schallabsorptionsmaterial mit starkem Unterschied des
spezifischen Strömungswiderstandes im.Vergleich zu dem spezifischen Strömungswiderstand der Nachbarschichten
gebildet sein.
Beiderseits der schallreflektierenden Trennfläche können Schallabsorptionsmaterialien und/oder Deckschichten mit
unterschiedlichen akustischen Eigenschaften vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführung werden die Schalldämpfer-Kulissen in einem Schalldämpfer so angeordnet, dass sich
abwechselnd nebeneinander Kulissen grösserer und kleinerer Dicken befinden. Die Kulissen bestehen dabei bevorzugt aus
Schallabsorptionsmaterial, wobei den Anforderungen entsprechend, Deckschichten und/oder Kassettierungen vorgesehen sein können.
Die unterschiedlichen Kulissendicken führen zu unterschiedlichen akustischen Eingangsleitwerten der Kulissenoberflächen
und bei der abwechselnden Anordnung gemäss der Erfindung somit zu unsymmetrischer Berandung der Teilkanäle.
l'/eitere Einzelheiten der Erfindung sin;, aus der folgenden
Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Es zeigen: Figur 1 eine räumliche Teilansicht
eines rechteckigen Kulissen-Schalldämpfers
;
Figur 2 einen runden Kulissen-Schalldämpfer entsprechend Figur 1;
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Figur 3 bis 5 drei Diagramme rait einem
Leistungs- und I-Iaterialaufwaridsvergleich
zv/ischen Anmeldungsgegenstand und den bekannten Vorrichtunger
Der Kulissen-Schalldämpfer besteht nach Figur 1 aus ebenen Kulissen 1 bzw. nach Figur 2 aus zylindrischen,im wesentlichen
konzentrisch angeordneten Kulissen 2. Anders geformte und angeordnete Kulissen sind denkbar. Die
Kulissen unterteilen den gesamten Kanalquerschiiitt in
einzelne Teilkanäle 3 und v/eisen erfindungsgemäss aussermittig
angebrachte schallreflektierende Trennwände 4 auf.
Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorptionsmaterial,
das gfs. eine Kassettierung und/oder Oberflächenabdeckschichten
aufweist, bestehen. Die Figur 3 zeigt als Beispiel für die Wirksamkeit der erfindungsgemässen
Ausstattung eines Kulissen-Schalldämpfers in doppeltlogarithmischer Auftragung die Peselabnahrne D, auf der
Strecke eines Kulissenabstandes h als Funktion der Frequenz f und zwar für konstante Gesamtdicke d^ + dp der
Kulissen und konstanten gegenseitigen Kulissenabstand h jedoch für jeweils verschiedene Verhältnisse d^/dp der durch
die Trennwand geschaffenen Absorbertiefen d^ und dp .
Das Dickenverhältnis d^/dp = 1 entspricht dem Stand der
Technik mit einer Trennwand oder einer Symmetrieiläche in der Kulissenmitte. Die Kulissen bestehe,- in dem in Figur
gezeigten Beispiel aus Mineralfaserabsorl-ern mit einem
Strömungswiderstand der gesamten Absorptionsschicht von 80 Rayl und mit kassettierende^ Unterteilungen. Der
technische Fortschritt ist an der Erhöhung der Schalldämpfung auf der tief-^frequenten Kurvenflanke der
erfindunsgernässen unsymmetrischen Kulisse gegenüber den
bekannten symmetrischen Kulissen zu erkennen. Der
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entscheidende Vorteil für die praktische Anwendung liegt darin, dass diese Verbesserung bei tiefen Frequenzen und
über einen breiten Frequenzbereich und ohne Dickenzunahmen der Kulissen sowie ohne stärkere Einengung des freien
Querschnittes .erfolgt. Gerade diese Kombinationsforderung, die in der Praxis häufig gestellt wird, ist schwierig zu
erfüllen. In dem in Figur 3 gezeigten Beispiel lässt die gewählte doppe"3tlogarithmische Auftragung deutlich erkennen,
dass auf der ganzen unteren Kurvenflanke Verbesserungen gegenüber den bekannten symmetrischen Kulissen bis fast
auf doppelte Dämpfungswerte erreichbar sind. Als weiteres Beispiel für die Wirksamkeit des Erfindungsgegenstandes
zeigt die Figur 4 die Frequenzkurve der Dämpfung in doppeltlogarithmischem Masstab und zwar für die verschiedenen
Dickenverhältnisse d,,/do der Kulissen bestehend aus
kassettierten Mineralfaserplatten unter Beibehaltung der
Gesamtdicke d,, + dp zweier benachbarter Kulissen und unter
Beibehaltung der gleichen lichten Kanalweite bei allen Aufbauten. Die Kurve mit d-j/dp = 1 entspricht Schalldämpfern
nach dem bekannten Stand der Technik mit symmetrischer Teilkanalberandung. Bei den anderen Kurven
wurden sodann die Kulissendicken benachbarter Kulissen unterschiedlich gemacht und die Dämpfung erneut festgestellt.
Auch hier erkennt man wieder die Verbesserung der Schalldämpfung bei den tiefen Frequenzen. Dass der
Erfindungsgegenstand auch zur Verbesserung der Schalldämpfung erfindungsgemäss auch bei hohen Frequenzen
eingesetzt v/erden kann, zeigt das Diagramm in Figur 5. In diesem Falle v/erden jeweils zwischen zwei dickere
Kulissen, welche die Schalldämpfung bei den tiefen unteren Frequenzen bestimmen, dünnere Kulissen eingeschoben.
Um dabei den freien Querschnitt unverändert zu lassen, also den Druckverlust des Schalldämpfers nicht
zu erhöhen, sind die dicken Kulissen vorher um die Dicke der dünnen Kulissen auseinander zu rücken. Das Ergebnis
dieser Anordnung ist in Figur 5 in den Frequenzkurven
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der Dämpfung dargestellt. Auch in diesem Falle "bestehen die Kulissen aus kassettierten Mineralfaserplatten.
Hierbei ist ein deutlicher Zuwachs an Schalldämpfung für die Frequenzen der oberen Kurvenflanke, der bis
zu einem Faktor Acht, angev/andt auf die Dämpfung der symmetrischen Kulissenanordrmng, gehen kann, erkennbar.
Dieser hohe Zugewinn an Dämpfung kann gemäss der Erfindung erzielt werden durch einen Mehraufwand an
Material und Bauvolumen, der nur etwa ein Viertel des Aufwandes bei der symmetrischen Vergle.ichsanordnung
nach dem bekannten Stand der Technik beträgt. Demgegenüber ist eine Verbesserung bei den Beispielen
nach Figur 3 und 4 erzielt worden, ohne insgesamt den Materialverbrauch im Vergleich zu den bekannten
symmetrischen Kulissen zu erhöhen und ohne den gesamten freien Querschnitt zu verkleinern.
Claims (6)
1.J Kulissen-Schalldämpfer mit mindestens zv/ei einander geoenüberliegenden schallabsorbierenden
Berandungen des freien KanalquerSchnitts, wobei die akustischen Eingangsleitwerte dieser Berandungen
in Schallausbreitungsrichtung konstant oder abschnittsweise konstant sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die akustischen Eingangsleitwerte mindestens zweier .einander gegenüberliegender Berandungen
voneinander verschieden sind.
2. Kulissen-Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der Kulisse- parallel
zu ihrer schallabsorbierenden Oberfläche eine schallreflektierende Trennfläche ausserhalb der
Kulissenmitte angeordnet ist.
3. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissen aus
Schallabsorptionsmaterialien, insbesondere Mineralfasern, Glasfasern, offenzelligen Schäumen besteben,
die gfs« mit Deckschichten, wie Faservlies, Folio, Lochblech, Draht-, Glas- und Textilgewebe, gelochten
oder geschlitzten Platten versehen sind, und gfs. eine Kassettierung aufweisen,
4. Kulissen-Schalldämpfer gernäss Anspruch 1, 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die schallreflektieroiideii
Trennflächen Trennwände insbesondere aus Metall, i:olz,
Gipsplatten, Asbestzement-platten, Kunststoff und/oder aus Klebemitteln bzw. -schichten und/oder Produktionshäuten
auf Scballabsorptionsrnaterialien bestehen und dass sie gfs. durch Schichten aus Schallabcorptionü
materialien mit starkem Unterschied des spezifischen Strömungswiderständes im Vergleich zu dem spezifischen
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Strömungswiderstand der Nachbarschichten gebildet sind.
5. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1 und 2, gfs.
3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich beiderseits der schallreflektierenden Trennfläche Schallabsorptionsmaterialien
und/oder Deckschichten mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften befinden.
6. Kulissen-Schalldämpfer wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander abwechselnd
Kulissen unterschiedlicher Dicke angeordnet sind.
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