DE2631812A1 - Absorptionselement zum daempfen von schall - Google Patents

Description

Absorptionselement zum Dämpfen von Schall

Die Erfindung bezieht" sich auf Absorptionselemente zur Dämpfung von Schall. In flächenhafter Anordnung sollen die Absorptionselemente zum Bau von schalltoten Räumen, für schallschluckende Decken und Wände, zur Bedämpfung von Kanälen usw. dienen.

Zur Erreichung hoher Schallabsorptionen, wie sie in schalltoten Räumen notwendig sind, werden sogenannte λ./4-Keile oder die Cremersehen Absorptionswürfel verwendet. Diese bestehen aus Absorptionsmaterial, wie z« B. Steinwolle oder offenporiger Kunststoffschaum. In beiden Systemen ergibt eich ab der sogenannten Cutoff-Frequenz eine ausreichend hohe Schallabsorption, die unterhalb der Cutoff-Frequenz verschwindet. Die Cutoff-Frequenz selbst wird von der Keillänge bzw. der Bautiefe bestimmt, dergestalt, daß die Bautiefe 1/4 der Cutoff-Wellenlänge A ausmacht. Bei einer Cutoff-Frequenz von

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100 Hz ζ. B. ist die Wellenlänge in Luf t/v 3,4 m, so daß hier eine Bautiefe von 3i^O/4 = 0,85 m notwendig ist. Man kann zwar mittels Helmholtz-Resonatoren die Wirkfrequenz nach unten verschieben! doch es ergeben sich immer noch große Bautiefen, die den nutzbaren Raum entsprechend verkleinern.

Bei Wand- und Deckenverkleidungen, bei denen nicht die hohe Schallabsorption wie in schalltoten Räumen notwendig ist, werden Absorptionsmatten an der Wand angebracht. Auch hier bestimmt der Abstand von Absorptionsmatte zur Wand die Absorption. Matten, die ohne Zwischenraum an die Wand angebracht sind, vermögen die tiefen und mittleren Frequenzen nicht zu dämpfen, so daß auch hier relativ große Bautiefen, vergleichbar der /^/4-Bedingung, notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Absorptionselemente für Luft- und Wasserschall sowie für andere gasförmige, dampfförmige und flüssige Medien vorzuschlagen, die bei geringer Bautiefe eine hohe Schalldämpfung auch im tiefen Frequenzbereich aufweisen. Im weiteren soll die Dämpfung mit einem geringeren Aufwand an Absorptionsmaterial erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Absorptionselemente sich verjüngende Trichter verwendet werden, wobei der große Trichterquerschnitt (* Trichtermaul) zu dem zu dämpfenden Schall hin ausgerichtet ist. Um Bautiefe und Material einzusparen, sind die Trichter z. B. zusammengewendelt, -gerollt oder gebogen. Außerdem kann sich in ihnen Absorptionsmaterial befinden. Wird z. B. der Querschnittsverlauf des Trichters exponentiell ausgeführt und ohne Totvolumen zusammengefügt, so ergibt dies eine Bautiefe von theoretisch -Äs., wobei A. wieder die Wellenlänge bei der Cutoff-Frequenz darstellt. Gegenüber den A/4-Keilen ergibt dies eine Platzersparnis auf 1/3 des Volumens.

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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird - um wegen der oberen Grenzfrequenz der Trichter eine zu kleine Trichtermaulweite zu vermeiden - vor dem Trichtermaul eine Absorptionsmatte angebracht. In dieser werden die kurzwelligen Schallanteile, die an der Trichterwand reflektieren, absorbiert. Um Absorptionsmaterial einzusparen, kann vorzugsweise nur das verjüngte Ende des Trichters, der Trichterhals, mit Absorptionsmaterial versehen sein.

Weiter ist es im Rahmen der Erfindung möglich, daß die Trichterhälse, um Wandungsmaterial einzusparen, von je zwei oder mehreren Trichtern zusammen in einen sich wieder verjüngenden Kanal münden. Zwei oder mehrere dieser Kanäle können dann wieder zusammengeführt werden usw.« Ab einem kleinsten Kanalquerschnitt bzw. Trichterhalsquerschnitt ist es aus Herstellungsgründen einfacher, den Querschnitt nicht sehr zu verkleinern, sondern gleich zu lassen. Die Länge des Trichterhalses richtet sich nach der Absorption. Die Länge ist so groß zu dimensionieren, daß sich ein reflexionsfreier Abschluß ergibt, damit die gesamte eintretende Schallwelle absorbiert ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung befindet sich im Trichter Absorptionsmaterial, dessen Dämpfung zum Trichterhals hin zunimmt. Eine solche Maßnahme setzt die Cutoff-Frequenz weiter herab. Die Dämpfungszunahme kann z. B. durch höhere Packungsdichte erreicht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Trichterwandung oder einen Teil der Trichterwandung mit Absorptionsmaterial zu versehen» Mit zunehmender Verjüngung ergibt sich auch hier eine relative Zunahme der Dämpfung.

Auch kann es im Rahmen der Erfindung zweckmäßig sein, die Absorptionselemente so anzuordnen, daß die Maulflächen der Trichter nur einen Teil der. Wandfläche ausmachen. Mit dieser Anordnung erreicht man zwar nicht die vollständige Dämpfung wie bei voller Belegung; auf der anderen .Seite ist weniger

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Bautiefe notwendig. Machen z. D. die Maulflächen nur 50 % der Gesamtwandflache aus, so ist anstelle einer theoretischen Bautiefe von /\,/^7ί* nur eine solche von A'/ÖTT' notwendig. Eine solche Ausführung empfiehlt sich dann, wenn eine geringere Absorption ausreichend ist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zweckmäßig, die Trichter nicht jeweils gleich auszuführen, sondern z. B. vereinzelt tiefer abgestimmte Trichter vorzusehen. Dadurch ist es möglich, die Absorption in dem unteren Frequenzbereich auszudehnen, ohne deswegen eine sehr viel größere Bautiefe in Kauf nehmen zu müssen.

Die Erfindung ist anhand der folgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung von Absorptionselementen in Form von gerollten Trichtern,

Fig. 2 Absorptionselemente für Wandflächen mit abgebogenen Trichtern,

Fig. 3 Absorptionselemente für Wandflächen mit gefalteten Trichtern,

Fig. 4 Absorptionselemente mit in sich zurückgehenden Trichtern,

Fig. 5 Absorptionselemente mit gewendeltem Trichter,

Fig. 6 Absorptionselemente in Linienausführung,

Fig. 7 Absorptionselemente in Kugelausführung,

Fig. 8 Absorptionselemente in gefächerter Ausführung.

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In Fig. 1 ist ausschnittweise ein Querschnitt durch eine Grundanordnung von Absorptionselementen dargestellt. Die trichterförmige Querschnittsverengung des Trichters 1 wird durch spiralförmiges Aufrollen der Trichterwandung k gebildet. Diese kann aus Blech, Kunststoff, Schaumstoffen, Folien, Keramik usw. bestehen. Das Trichtermaul 2 ist zur Schallseite hin orientiert. Im Trichter 1, insbesondere im Tichterhals 3f befindet sich Absorptionsmaterial 5· Vor der Anordnung befindet sich eine Absorptionsmatte 6 und eine Lochblende 7.

Eine auf die erfindungsgemäße Anordnung einfallende Schallwelle wird in den Trichtern auf einen kleineren Querschnitt konzentriert. Das an dieser Stelle angebrachte Absorptionsmaterial 5 wird auf diese Weise besser ausgenützt{ außerdem ist weniger Material notwendig. Entscheidend ist ferner, daß der gerollte Trichter 1 eine tiefere Cutoff-Frequenz aufweist als ein Λ./4-Keil. Bei exponentieller Querschnittsverjüngung und einem totvolumenlosen Aufrollen beträgt die Bautiefe lediglich Χ/41Γ.

Bei dieser Ausführung ist es auch möglich, die Trichter so aufzurollen und anzuordnen, daß das Trichtermaul nur einen Teil der Oberfläche bedeckt. Dadurch kann auf Kosten des Absorptionsgrades Bautiefe eingespart werden.

In Fig. 2 ist ein weiteres Aueführungebeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Trichter 11 wird hier durch gebogene Wandstreifen Ik gebildet. Vor den Trichtermaul befindet sich eine Absorptionsmatte l6. Im Trichterhala 13 iet Aheorptionsmaterial 15 angebracht. Um Wandungematerial einzusparen, ist z. B. jeder zweite Wandstreifen 14 verkürzt, so daß jeweils zwei Trichterhälse 13 zueanunenmünden» Eine noch größere Einsparung an Wendungsmaterial ergibt sich, wenn der Trichterhaie 13 in Kanäle mit möglichst quadratischem Querschnitt übergeführt wird. In diesem Fall ist das Verhältnis von Wandungsraaterial zu Kanal-

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querschnitt am günstigsten. Dies kann ζ. Β. erreicht werden, wenn der Trichterhals durch gekrümmte Distanzstücke weiter unterteilt wird. Eine andere Modifikation mit demselben Effekt besteht darin, den Anfangsteil des Trichtere in oben dargestellter Weise auszuführen, während der Trichterhals 13 mit dazu senkrecht gekrümmten Wandungsstreifen weitergeführt wird.

Die Anordnung gemäß Fig- 3 ist analog aufgebaut wie in Fig. Der Trichter 21 wird hierbei durch mehrfach in wechselnder Richtung geknickte Wandstreifen 24 gebildet. Die Wandstreifen können durch hier nicht gezeichnete, gekrümmte Distanzstreifen unterteilt sein. Vor dem Trichtermaul 22 befindet sich eine Absorptionsmatte 26. Im Trichterhals 23 befindet sich Absorptionsmaterial 23«.

Fig. 4 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel mit mehrfach in sich zurückgehendem Trichter 31· Eine derartige Trichteranordnung ist - in umgekehrter Schallrichtung - bei Lautsprechern an sich bekannt. Das Trichternaul 32 ist wieder zur Schallseite hin orientiert. Im Trichterhals 33 befindet sich Absorptionsmaterial 34.

In Fig. 5 ist eine Ausführung mit gewendeltera Trichter 4l dargestellt, mit senkrecht zur Blattebene verlaufenden Wendeln, deren Zahl mit der Entfernung vom Trichtermaul 42 zunimmt. Uta mit weniger Wandmaterial auszukommen, kann der Zwischenraum gemäß den Zwischenwänden 43 nochmals unterteilt sein, um möglichst quadratischen Trichterquerschnitt anzustreben. Insbesondere der Trichterhaie kann auch hier wieder mit Absorptionematerial ausgefüllt sein.

Während die Ausführungen nach den Fig. 1 bis 5 flächenhafte Anordnungen darstellen, ist in Fig. 6 ein linienförmigeβ Absorberelement gezeigt. Dieses ist ähnlich aufgebaut wie Girlanden. Der Trichter 51 wird hier durch flexibles Wand-

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material 52 gebildet. Es handelt sich hierbei um Kreisscheiben, die entlang von Radien jeweils versetzt zusammengeklebt sind. Beim Strecken bilden sich keilförmige Trichter. Der Trichterhaie ist dabei wieder mit. Absorptionsmaterial ausgefüllt. Zweckmäßigerweise ist der Trichterhals nicht abgeschlossen sondern offen bzw. er mündet in Kanäle.

Fig. 7 stellt die Übertragung des Bauprinzips von Fig. 6 auf eine kugelförmige Aueführung dar. Die Trichter 6l werden dabei wieder wie bei den bekannten Kugelgirlanden durch Kreis- oder Halbkreisscheiben 62 gebildet. Analog zu Fig. 6 sind diese jeweils entlang von Radien versetzt zusammengeklebt. Das Trichtermaul 63 zeigt zur Schallseite nach außen, während der innenliegende Trichterhals wieder mit Absorptionsmaterial ausgefüllt ist.

Fig. 8 schließlich ist ein Querschnitt durch eine faltbare Ausführungsform. Sie besteht aus sich verjüngenden Trichtern 71 mit einem zur zu dämpfenden Seite orientierten Trichtermaul 72 und einem Trichterhals 73· Die Trichterwandungen 7^ sind in dem dargestellten Fall plane Streifen, die auf der Oberfläche mit Absorptionsraaterial 75 versehen sind. Um andere von der Keilform abweichende Trichter zu erhalten, können die aus flexiblem Material bestehenden Trichterwandungen 7k zusammengefaltet und zum Einsatz in Halbkreisform geöffnet und an der zu bedampfenden Wand angebracht werden.

In den dargestellten Ausführungsformen ist es nicht notwendig, die Wandungen der Trichter besonders zu verstärken. Da in den benachbarten Trichtern jeweils praktisch konphase Druckfelder vorherrschen, hebt sich für vor allem die langen Schallwellen der resultierende Wandungedruck auf. Für hochfrequente, kurze Wellen auf der anderen Seite ist die Wanddämmung höher. Bei runden Trichterquerschnitten können aufgrund der Formstabilität extrem dünnwandige Folien eingesetzt werden· Auf der anderen Seite tragen'mitschwingend· Trichterwandungen mit zur Dämpfung bei.

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-Patentansprüche -

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Claims (6)

1. Patentanspruch

   ι 1.J Absorptionselement zur Dämpfung von Schall in diversen Medien wie Luft, Gase, Flüssigkeiten, g e k e η η zeichnet durch einen sich verjüngenden Trichter (l, 11, 21, 31, 4l, 51, 6l, 71)t der mit seinem größten Querschnitt, dem Trichtermaul (2, 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72) zu dem zu dämpfenden Schall hin ausgerichtet ist.
2. 2. Absorptionselement nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß der Trichter (l, 11, 21, 31i kl,'.31', 6l, 71) ganz oder teilweise, vorzugsweise im Trichterhals, mit Absorptionsmaterial ausgefüllt ist.
3. 3. Absorptionselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Trichter platzsparend ausgebildet ist, beispielsweise durch Rollen, Falten, Wendeln oder Biegen. ·
4. k. Absorptionselement nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß zur Vermeidung von Störreflexen von hohen Frequenzen vor dem größten Trichterquerschnitt eineAbsorptionsmatte (6, l6, 26) angeordnet ist.
5. 5. Anordnung von Absorptionselementen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die

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   Trichter so angeordnet sind, daß ihre Maulfläche insgesamt nur einen Teil der Wandfläche ausmacht, so daß sich bei gleicher Cutoff-Frequenz eine verringerte Bautiefe
   ergibt.
6. 6. Anordnung von Absorptionselementen nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Trichter ungleichförmig ausgebildet sind.

   7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil der Trichter tiefer abgestimmt ist als die übrigen.

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