EP0811097B1 - Plate resonator - Google Patents

Abstract

PCT No. PCT/EP96/00751 Sec. 371 Date Dec. 24, 1997 Sec. 102(e) Date Dec. 24, 1997 PCT Filed Feb. 23, 1996 PCT Pub. No. WO96/26331 PCT Pub. Date Aug. 29, 1996The invention concerns a plate resonator for absorbing sound and including a thin front plate with high elasticity and low internal friction, e.g., made of metal; a back plate which likewise has high elasticity but which has high internal friction; an all-over solid connection between the front and back plates in the form of a bonded connection (e.g. double-sided adhesive tape); and a border which is closed all around by the back plate but does not prevent sound entering the back plate from the side.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattenresonator zur breitbandingen Bedämpfung von Räumen, z.B. in geschlossenen, relativ kleinen Räumen, z.B: 4 x 5 m² und 3 m Höhe.The invention relates to a plate resonator for broadband damping of rooms, for example in closed, relatively small rooms, for example: 4 x 5 m ² and 3 m in height.

Schalldämpfende Maßnahmen in geschlossenen Räumen dienen bisher vor allem zwei ganz unterschiedlichen Zielen:

• möglichst guter Übertragung zwischen Schallquellen und auf diese fixierten Zuhörern ("Raumakustik"),
• möglichst geringer Einwirkung von Schallquellen auf durch diese belastete Arbeitsplätze ("Lärmbekämpfung").

So far, sound-absorbing measures in closed rooms have primarily served two very different purposes:

• best possible transmission between sound sources and listeners fixed on them ("room acoustics"),
• minimal impact of sound sources on workplaces polluted by them ("noise control").

Während es im ersten Fall darauf ankommt, Schallereignisse im Raum so unverfälscht, natürlich und effektvoll wie möglich stattfinden zu lassen, geht es im zweiten Fall darum, diese so stark wie möglich in ihrem Geräuschspektrum zu verändern, wenn dabei nur ihre Lautstärke genügend reduziert werden kann. Neben dieser traditionellen Aufgabe für Akustiker wird einem dritten Problembereich bei Bauherren und Planern zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt:

• der Rückwirkung kleiner Räume auf das Schallereignis (vor allem bei tiefen Frequenzen) und einer damit verbundenen ganz anderen Art von Belastungen an besonders hochwertigen Arbeitsplätzen:

While it is important in the first case to allow sound events in the room to take place as pristine, natural and effective as possible, in the second case it is a matter of changing their noise spectrum as much as possible if only their volume can be reduced enough , In addition to this traditional task for acousticians, a third problem area with builders and planners is receiving increasing attention:

• the repercussions of small rooms on the sound event (especially at low frequencies) and a completely different kind of stress associated with it in particularly high-quality workplaces:

Schlechte Sprachverständlichkeit und starke Klangverfärbung können die Arbeitsbedingungen von z.B. Sprechern, Musikern, Lehrern und Ton-ingenieuren sehr nachhaltig beeinträchtigen. Da diese "Raumrückwirkung" es Musikern in der Gruppe massiv erschwert, sich selbst zu hören und zu kontrollieren, animiert sie zum lauten Spielen. In nicht richtig bedämpften kleineren Räumen (z.B. in Kellergewölben, aber auch in teilweise überdachten Orchestergräben) können so durchaus gehörschädigende Schallpegel weit über 100 dB(A) aufgebaut werden.Poor speech intelligibility and strong sound discoloration can Working conditions of e.g. Speakers, musicians, teachers and sound engineers very much impair permanently. Because of this "spatial repercussions" there are musicians in the group massively more difficult to hear and control oneself, encourages them to be loud Play. In not properly damped smaller rooms (e.g. in cellar vaults, but also in partially covered ones Orchestra pits) can easily damage hearing levels well over 100 dB (A) being constructed.

Die Übertragungsfunktion eines Rechteckraumes mit den Abmessungen von z.B. 5 x 4 x 3 m³ weist im ungedämpften Rohbau-Zustand bei konstanter Luftschall-Anregung Pegelunterschiede bis zu 40 dB zwischen den Maxima und Minima für beliebige Sendeund Empfangspunkte auf. Wenn man bedenkt, daß sich in einer realen Situation die Übertragungsfunktion des Raumes, wie in Bild 1 dargestellt, mit derjenigen eines Baßinstruments überlagert, wird deutlich, daß der Raum kräftig mitspielen kann, wenn man seine Eigenresonanzen unbehandelt läßt. So ungleichförmig wie die Frequenzabhängigkeit des ganzen Raumes ist, so ungleichmäßig ist die räumliche Intensitätsverteilung des Schallfeldes bei einer bestimmten Frequenz (s. Bild 2). Aber auch das Abklingverhalten des Raumes während einer Sendepause wird bei Frequenzen zwischen zwei Resonanzspitzen von empfindlichen Ohren als sehr unangenehm schwankend empfunden. Den Klang verfälschende "Verzerrungen" bis hin zum bekannten "Dröhnen" bei Sprache wie Musik machen so anspruchsvollen Künstlern und Toningenieuren ihre qualifizierte Arbeit allzuoft unnötig schwer.The transfer function of a rectangular room with the dimensions of, for example, 5 x 4 x 3 m ³ shows in the undamped unfinished state with constant airborne sound excitation level differences of up to 40 dB between the maxima and minima for any transmission and reception points. If you consider that in a real situation the transfer function of the room, as shown in Figure 1 , is superimposed on that of a bass instrument, it becomes clear that the room can play along if you leave your natural resonances untreated. The spatial intensity distribution of the sound field at a certain frequency is as uneven as the frequency dependence of the entire room (see Fig . 2 ). But the decay behavior of the room during a transmission pause is also perceived as very uncomfortably fluctuating at frequencies between two resonance peaks by sensitive ears. The "distortions" that distort the sound up to the well-known "roar" of language and music all too often make such a demanding job unnecessarily difficult for demanding artists and sound engineers.

Das Problem ist aber, in abgeschwächter Form, auch in Hörsälen, Sitzungsräumen und Wohnzimmern weit verbreitet, wenn diese nur schwach möbliert sind; nur wissen die Nutzer mit weniger geschulten Ohren den Grund für ihr Unwohlsein in solchen Räumen oft nicht zu artikulieren. Die Tatsache, daß in manchen Räumen an Teilen der Decke hinter Lochplatten eine dünne Schicht aus z.B. Mineralfasern in gut gemeinter Absicht installiert wurde, kann das Problem übrigens nicht lösen; auch die nachträgliche Anbringung absichtsvoll strukturierter Weichschaumplatten hilft nicht richtig weiter, läßt manchmal die Problematik bei tiefen Frequenzen sogar noch deutlicher hervortreten. The problem is, however, in a weakened form, also in lecture halls, meeting rooms and Living rooms are widespread when they are poorly furnished; only they know Users with less trained ears often find the reason for their discomfort in such rooms not to articulate. The fact that in some rooms on parts of the ceiling behind Perforated plates a thin layer of e.g. Mineral fibers installed with good intentions incidentally, cannot solve the problem; also the subsequent attachment Intentionally structured soft foam panels do not really help, sometimes leaves them Problems at low frequencies are even more pronounced.

So ist aus der DE 74 27 551 U1 eine schallabsorbierende Mehrschichtplatte bekannt, die frontseitig Löcher mit einem Lochflächenanteil von mindestens 5 % aufweist. Dahinter befindet sich dann der absorbierende Schaumkunststoff. Weiterhin ist aus der US-PS 32 15 225 eine ähnliche Anordnung bekannt mit einer Innenschicht aus einer Gipsplatte oder Asbestzementplatte; allerdings ist die Frontplatte zum Teil auch reflektierend ausgebildet mit einer dämpfenden Auflage, ähnlich einem Antidröhnbelag in Personenkraftwagen.A sound-absorbing multilayer board is known from DE 74 27 551 U1 has holes with a perforation area of at least 5% on the front. behind it then there is the absorbent foam plastic. Furthermore, from US-PS 32 15 225 a similar arrangement known with an inner layer of a plasterboard or Asbestos cement board; however, the front panel is also partially reflective with a cushioning pad, similar to an anti-drumming covering in passenger cars.

2. Nachteile konventioneller Schallabsorber2. Disadvantages of conventional sound absorbers

Im Bereich des Studiobaus ist es seit langem üblich, bei Bedarf spezielle Tiefen-Absorber in kleine Aufnahme- und Wiedergaberäume einzubauen. Allerdings beanspruchen diese bisher viel Raum und erfordern den Einsatz großer Mengen künstlicher Mineralfasern (KMF). Mit den bekannten "Kassetten-Decken", "Baß-Fallen" und "Kanten-Absorbern" ist es allerdings noch relativ teuer und raumverschwendend, bei tieferen Frequenzen die unbedingt notwendige Absorption zu besorgen [2] ([2] Fuchs, H.V.: Zur Absorption tiefer Frequenzen in Tonstudios. Rundfunktechnische Mitteilungen 36 (1992), H. 1, S. 1-11). Anstelle glatter Raumbegrenzungen entsprechend dem jeweiligen architektonischen Entwurf springen diese Absorber förmlich aus der Wand oder Decke heraus. Bei späteren Nachbesserungen weiß man sich im allgemeinen nur mit ebenfalls ziemlich voluminösen "Ecken-Stehern" mehr schlecht als recht zu helfen. Seit Jahren beschäftigt sich die Anmelderin mit der Entwicklung verschiedener Alternativer/Faserfreier Absorber für den technischen Schallschutz [3] ([3] Fuchs, H.V.; Ackermann, U.; Rambausek, N.: Schallschutz: Schallabsorber für einen breiten Frequenzbereich. Deutsches Architektenblatt 22 (1990), H.7, S. 1129-1132). Mit dem sogenannten "Membran-Absorber" nach [2] (Bild 3) konnten bereits einige Nachteile konventioneller Absorber abgebaut werden:

1. er kommt ohne den Einsatz der als gesundheitsgefährdend verdächtigen KMF aus,

2. er kann bei einer Bautiefe von nur 100 mm z.B. auf Frequenzen unter 100 Hz abgestimmt werden,

3. er zeichnet sich durch eine rundum hermetisch abgeschlossene Bauweise aus,

4. er läßt sich mit seinen allseitig völlig glatten Oberflächen und seiner innen angebrachten Wabenstruktur ganz aus nur einem Material, z.B. Stahl oder Aluminium, herstellen,

5. er läßt sich als selbständiges, stabiles Bauteil äußerst mobil und vielseitig einsetzen.

In the field of studio construction, it has long been customary to install special depth absorbers in small recording and playback rooms if necessary. However, these have so far taken up a lot of space and require the use of large amounts of artificial mineral fibers (KMF). With the well-known "cassette ceilings", "bass traps" and "edge absorbers", however, it is still relatively expensive and wastes space to get the absolutely necessary absorption at lower frequencies [2] ([2] Fuchs, HV: Zur Absorption of low frequencies in recording studios, Broadcasting Communications 36 (1992), H. 1, pp. 1-11). Instead of smooth room boundaries according to the respective architectural design, these absorbers literally jump out of the wall or ceiling. In the case of later reworking, it is generally only possible to help yourself more poorly than with quite voluminous "corner supports". For years, the applicant has been developing various alternative / fiber-free absorbers for technical sound insulation [3] ([3] Fuchs, HV; Ackermann, U .; Rambausek, N .: Sound insulation: sound absorber for a wide frequency range. Deutsches Architektenblatt 22 (1990), H.7, pp. 1129-1132). With the so-called "membrane absorber" according to [2] ( Figure 3) , some disadvantages of conventional absorbers have already been eliminated:

1. he does not use the KMF suspected of being hazardous to health,

2. it can be tuned to frequencies below 100 Hz with a construction depth of only 100 mm,

3. it is characterized by a completely hermetically sealed construction,

4. With its completely smooth surfaces on all sides and its internal honeycomb structure, it can be made entirely from only one material, for example steel or aluminum.

5. It can be used as an independent, stable component, extremely mobile and versatile.

Bei zahlreichen Anwendungen in der Raumakustik wurden aber auch einige Nachteile des MA deutlich:

1. seine relativ schmalbandig auf tiefe Frequenzen abgestimmte Wirksamkeit erfordert in vielen Fällen die Anbringung zusätzlicher poröser oder faseriger Absorber neben oder vor dem MA zur Bedämpfung mittlerer und hoher Frequenzen,

2. seine eigenständige, kompakte und kantige Bauweise läßt sich nicht in jedes architektonische Konzept einfügen,

3. Seine Herstellung ist im Vergleich zu allen herkömmlichen raumakustischen Verkleidungen von Decken und Wänden sehr teuer.

In numerous applications in room acoustics, however, some disadvantages of the MA became clear:

1. its effectiveness, which is relatively narrow-band-tuned to low frequencies, in many cases requires the attachment of additional porous or fibrous absorbers next to or in front of the MA to attenuate medium and high frequencies,

2. its independent, compact and angular design cannot be integrated into every architectural concept,

3. Its production is very expensive compared to all conventional room acoustic cladding of ceilings and walls.

In den meisten raumakustischen Anwendungen kommt die außerordentliche Robustheit der MA, die durch ihren äußeren "Rahmen", ihre (bei einseitiger Auslegung) rückseitige "Wanne" sowie ihre inneren "Waben" bedingt wird, gar nicht zur Geltung. Dagegen will man die Absorber häufig viel lieber hinter einer großflächig tapezierten Fläche (z.B. auch einer "Vorsatzschale") verschwinden lassen. Manchen Architekten und Bauherren sehen irgendwie hervortretende Tiefen-Absorber auch zu technisch aus. Extraordinary robustness comes in most room acoustic applications of the MA, which by its outer "frame", its (in the case of one-sided interpretation) back "Tub" and its inner "honeycomb" is not considered at all. Against want the absorbers are often preferred behind a large wallpapered area (e.g. also a "facing shell"). See some architects and builders somehow protruding depth absorbers are too technical.

Herkömmliche Mitschwinger als Schallabsorber, auch die sogenannten Folien-, Membranund Platten-Resonatoren (s. z.B. Tafel 7, S. 409- 420 in [4] (Fasold, W.; Sonntag, E.; Winkler, H.: Bau- und Raumakustik. Verlag Bauwesen, Berlin, 1987.)) weisen zwar oft eine mehr oder weniger ebene Oberfläche auf. Die Platten aus z.B. Holzspan, Hartfaser, Sperrholz oder Gipskarton werden aber üblicherweise auf einer Unterkonstruktion aus Holzbalken und -leisten montiert, die naturgemäß immer etwas "arbeitet". Deswegen lassen sich solche "Vertäfelungen" zwar streichen, aber kaum dauerhaft übertapezieren. Man meint (s. S. 207 in [5]: Biehn K.; Gruhl, S.: Absorptionsschalldämpfer. In: Lärmbekämpfung. Hrsg. W. Schirmer, Verlag Tribüne, Berlin 1989), daß die Schalldämpfung bei und in der Nähe der aus Masse der Platte und Federsteife des zwischen Platte und schallharter Rückwand eingeschlossenen Luftkissens definierten Resonanzfrequenz durch die inneren Verluste bestimmt wird. Zusätzlich z.B. in der Form einer losen porösen Absorberfüllung im Luftvolumen eingebrachte "Strömungswiderstände" können nach dieser weit verbreiteten Vorstellung die Bandbreite dieser Resonanz-Schalldämpfer etwas vergrößern. Es lag daher nahe, den Luftraum aus diesen und einigen hygienischen und praktischen Gründen heraus stets rundum durch Leisten oder Rahmen mehr oder weniger dicht abzuschließen.Conventional resonators as sound absorbers, also the so-called foil, membrane and Plate resonators (see e.g. Table 7, pp. 409-420 in [4] (Fasold, W .; Sonntag, E .; Winkler, H .: Building and Room Acoustics. Verlag Bauwesen, Berlin, 1987.)) often point a more or less flat surface. The plates from e.g. Wood chip, hardboard, Plywood or plasterboard are usually made on a substructure Wooden beams and strips installed, which of course always "work" a little. therefore such "paneling" can be deleted, but can hardly be overpainted permanently. One thinks (see p. 207 in [5]: Biehn K .; Gruhl, S .: Absorption silencer. In: Noise abatement. Ed. W. Schirmer, Verlag Tribüne, Berlin 1989) that the Sound absorption at and near the mass of the plate and spring stiffness of the between the plate and the soundproof rear wall of the enclosed air cushion Resonance frequency is determined by the internal losses. Additionally e.g. in the shape a loose porous absorber filling in the air volume introduced "flow resistance" according to this widespread idea, the range of these Increase the size of the resonance silencer. It was therefore obvious to get the airspace out of these and some hygienic and practical reasons, always with strips or to close the frame more or less tightly.

In (Fasold, W.: Schallabsorber und ihr Einsatz in Wohn- und Gesellschaftsbauten. In: Taschenbuch Akustik, Teil II. Hrsg. W. Fasold et al., Verlag Technik, Berlin, 1984) heißt es hierzu explizit: "Der Schallabsorptionsgrad bei der Resonanzfrequenz beträgt etwa 0,5 bis 0,8, ohne Dämmstoff im Luftraum nur 0,3 bis 0,5. Voraussetzung ist dabei, daß die Platte tatsächlich frei schwingen kann; der Dämmstoff darf deshalb keinesfalls fest zwischen Wand und Platte eingestopft werden ... Günstig wirkt sich eine Kassettierung des Luftvolumens aus, weil dadurch die Schallausbreitung im Luftraum unterbunden wird."In (Fasold, W .: Sound absorbers and their use in residential and social buildings. In: Paperback Acoustics, Part II. Ed. W. Fasold et al., Verlag Technik, Berlin, 1984) explicitly: "The degree of sound absorption at the resonance frequency is about 0.5 to 0.8, without insulation in the air space only 0.3 to 0.5. The prerequisite is that the plate can actually swing freely; The insulation material must therefore never be firmly between Wall and plate are stuffed ... A cassette of the Air volume, because this prevents the propagation of sound in the air space. "

Aus DE 94 00 092.1 U ist ein Schallschutzelement mit schalldämmender und schallabsorbierender Wirkung bekannt, das eine Lochblechfläche mit seitlicher Umrandung aufweist, einen in der Umrandung enthaltenen Schallabsorber und einen einstellbaren Abstandshalter zur Rückwand. Dieses Element dient als Schallabsorber aufgrund der Schall absorption des Schaumes und soll als Helmholtz-Resonator aufgrund des Hohlraumes der durch den variablen Abstandshalter hervorgerufen ist, frequenzabhängig geregelt werden. Die Lochbleche bewirken, daß der Schall durch die Löcher in den Schaum und durch den Schaum hindurchtreten kann und zum einen von dem Schaum absorbiert wird und in dem Raum dahinter durch den Resonatorraum ebenfalls absorbiert wird. Dieses Element ist zum einen kein Plattenresonator, da der Schaum keine Rückwand hat und daher in dem Schaum keine Resonanz auftreten kann, zum anderen ist die Wirkungsweise durch die Ausbildung als Hohlraumresonator anders.DE 94 00 092.1 U describes a soundproofing element with a sound-absorbing and sound-absorbing element Effect known, which has a perforated sheet surface with a lateral border, a sound absorber contained in the border and an adjustable spacer to the back wall. This element serves as a sound absorber due to the sound absorption of the foam and is said to be a Helmholtz resonator due to the cavity of the is caused by the variable spacer can be regulated depending on the frequency. The perforated plates cause the sound through the holes in the foam and through the foam can pass through and on the one hand is absorbed by the foam and in the space behind is also absorbed by the resonator space. This element is on the one hand not a plate resonator because the foam has no back wall and is therefore in the foam can not resonate, on the other hand, the mode of action is through training as a cavity resonator is different.

Aus der US 4,468,431 ist eine Sandwich-Anordnung zur thermischen Isolierung und Schwingungsdämpfung, bevorzugt im Flugzeugbau, bekannt. Diese Sandwich-Struktur wird auf die Flugzeugstruktur geklebt, deren Schwingungen gedämpft werden sollen. Zu diesem Zweck weist die Sandwich-Struktur ein geschäumtes Polyimid auf, das auf einer oder beiden Seiten mittels einer nicht vollflächigen Klebung mit einer dünnen Folie aus z.B. Aluminium kaschiert ist. Die Schwingungen der Metallwand des Flugzeuges werden durch das angeklebte Sandwichmaterial gedämpft, eine Resonanz kann hier also nicht auftreten. Diese Anordnung entspricht mehr dem im Karosseriebau bekannten Antidröhnbelag, der die Schwingungen der Blechstrukturen dämpfen soll bzw. den Schall dämmen.From US 4,468,431 is a sandwich arrangement for thermal insulation and Vibration damping, preferably in aircraft construction, is known. This sandwich structure is glued to the aircraft structure, the vibrations of which are to be dampened. To For this purpose, the sandwich structure has a foamed polyimide, which is on a or both sides with a non-full-surface adhesive with a thin film e.g. Aluminum is laminated. The vibrations of the metal wall of the aircraft are dampened by the glued sandwich material, so there is no resonance here occur. This arrangement corresponds more closely to the anti-drumming covering known in body construction, which is supposed to dampen the vibrations of the sheet metal structures or the sound insulate.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenresonator zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und ohne künstliche Mineralfasern auskommt. Dies wird erfindungsgemäß durch den Plattenresonator nach Anspruch 1 gelöst, einige vorteilhafte Anwendungen sind in Anspruch 16 und vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekennzeichnet. The object of the invention is to provide a plate resonator that is simple in construction is and does not need artificial mineral fibers. This is according to the invention by the Plate resonator solved according to claim 1, some advantageous applications are in Claim 16 and advantageous embodiments characterized in the subclaims.

3.1 Merkmale des neuartigen Schallabsorbers3.1 Characteristics of the new sound absorber

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Bilder 1-15 erläutert, wobei die Bilder 1-3 den Stand der Technik darstellen.In the following the invention is explained with reference to Figures 1-15, Figures 1-3 den Represent state of the art.

Die Bilder zeigen:

Bild 1:

Übertragungsfunktion eines etwa 5 x 4 x 3 m³ großen Rechteckraumes im Rohbauzustand

Bild 2:

Durch Schwärzung angedeutete Schalldruckverteilung eines 7,1 x 6,2 x 2,3 m³ großen Rechteckraumes [1]

Bild 3:

Kompaktabsorber nach DE 35 04 208 (MA), bestehend aus:
(a) Rückwand bzw. Wanne
(b) Waben- bzw. Kassetten-Struktur
(c) Hohlkammern, nur mit Luft gefüllt
(d) Schwingungsfähige Lochmembran
(e) Schwingungsfähige Deckmembran

Bild 4:

Verbundplatten-Resonator (schematisch) zur breitbandigen Bedämpfung kleiner Räume
1 Freischwingende Frontplatte (z.B. 0,5 bis 2 mm St oder AL)
2 Mitschwingende poröse Dämpfungsschicht (z.B. 50 bis 200 mm Melaminharz- Weichschaum)
3, 4 Ganzflächige adhäsive Verbindung zwischen Front- und Rückenplatte bzw. Rückenplatte und Rohbauteil 5
5 Decke des Raumes
6, 7 Wände des Raumes

Bild 5:

Verdeckte Kanten-Befestigung eines Verbundplatten-Resonators in einer Raumecke

Bild 6:

Formschlüssige oder Schraubverbindungen zwischen Frontplatte und Eckprofilen gem. Bild 5

Bild 7:

Sichtbare Kanten-Befestigung eines Verbundplatten-Resonators in einer Raumecke

Bild 8:

Absorptionsgrad α₅ einer Holzkassettendecke [3]

Bild 9:

Sogenannte "Baßfalle" [3]

Bild 10:

(Äquivalenter) Absorptionsgrad eines Prototyps des erfindungsgemäßen Bauteils mit
einer Einzelfläche von jeweils 1,4 m², in 4 Raumecken angeordnet [10]

Bild 11:

Übertragungsfunktion des Raumes wie in Bild 1 nach dem Einbau von 6 jeweils 1,4 m²
großen Plattenresonators in den Raumecken

Bild 12:

Nachhallzeit eines Tonstudios mit 30 % ALFA-Auskleidung

Bild 13:

Gemäß Bild 10 "liegend" angeordnete Prototypen des Plattenresonators.

Bild 14

Eine weitere Variante des Plattenresonators
a) wie Bild 4
b) mit zusätzlicher Weichschaumauflage
c) mit zusätzlicher Platte 103 auf der Weichschaumauflage 101
d) mit einer weiteren Weichschaumauflage 105 auf der Platte 103

Bild 15

Eine Weiterentwicklung ohne starre Rückwand
a) als 2-Massen/Feder-System
b) mit zusätzlicher Weichschaumauflage 101
c) der Plattenresonator in einer Wanne 110, wobei beide Platten 1 und 1a "schwimmend" gelagert sind
d) mit Vlies-Abdeckung 120 mit einer schwimmenden Platte und einer auf der Wanne aufliegenden Platte 1a

Bild 16

Eine weitere Ausführung des Plattenresonators bei der Verwendung als Wandelement oder im Raum hängendes Element, z.B. als Vorsatzschale.

The pictures show:

Image 1 :

Transfer function of a roughly 5 x 4 x 3 m ³ rectangular space in the unfinished state

Image 2 :

Sound pressure distribution indicated by blackening of a 7.1 x 6.2 x 2.3 m ³ rectangular space [1]

Image 3 :

Compact absorber according to DE 35 04 208 (MA), consisting of:
(a) rear wall or tub
(b) honeycomb or cassette structure
(c) Hollow chambers filled with air only
(d) Vibration-perforated membrane
(e) Vibrating cover membrane

Image 4:

Composite plate resonator (schematic) for broadband damping of small rooms
1 free-floating front panel (e.g. 0.5 to 2 mm St or AL)
2 resonating porous damping layer (e.g. 50 to 200 mm melamine resin soft foam)
3, 4 Full-surface adhesive connection between the front and back plate or back plate and raw component 5
5 ceiling of the room
6, 7 walls of the room

Image 5:

Concealed edge fastening of a composite panel resonator in a corner of the room

Image 6 :

Positive or screw connections between the front panel and corner profiles acc. Image 5

Image 7:

Visible edge fastening of a composite panel resonator in a room corner

Image 8:

Absorbance α _{5 of} a wooden coffered ceiling [3]

Image 9:

So-called "bass trap" [3]

Image 10:

(Equivalent) degree of absorption of a prototype of the component according to the invention
a single area of 1.4 m ² , arranged in 4 corners [10]

Image 11:

Transfer function of the room as in Figure 1 after installing 6 each 1.4 m ²
large plate resonators in the corners of the room

Image 12 :

Reverberation time of a recording studio with 30% ALFA lining

Image 13 :

Prototype of the plate resonator arranged "lying" according to Fig. 10.

Image 14

Another variant of the plate resonator
a) as in picture 4
b) with additional soft foam pad
c) with an additional plate 103 on the soft foam pad 101
d) with a further soft foam layer 105 on the plate 103

Image 15

A further development without a rigid rear wall
a) as a 2-mass / spring system
b) with additional soft foam pad 101
c) the plate resonator in a tub 110, both plates 1 and 1a being "floating"
d) with fleece cover 120 with a floating plate and a plate 1a resting on the tub

Image 16

Another version of the plate resonator when used as a wall element or element hanging in the room, for example as a facing.

Gegenüber dem Stand der Technik verzichtet das erfindungsgemäße Bauteil gemäß Bild 4 auf

• den umlaufenden Rahmen
• die rückseitige Wanne
• die streifenförmige Unterkonstruktion,
• jegliche Kassettierung im Luftzwischenraum
• den losen Strömungswiderstand daselbst.

Compared to the prior art, the component according to the invention according to Figure 4 is dispensed with

• the surrounding frame
• the back tub
• the strip-shaped substructure,
• any cassette in the air gap
• the loose flow resistance there.

Stattdessen kennzeichnet den erfindungsgemäßen Plattenresonator:

1. eine dünne Frontplatte (1) mit extrem niedriger innerer Reibung aus Metall (z.B. 0,5 bis 2,0 mm St oder AL),

2. eine den gesamten Zwischenraum zwischen Frontplatte und Rohbauteil einnehmende dicke Rückenplatte (2) mit extrem hoher innerer Reibung (z.B. 50 bis 200 mm eines feinzellig geschäumten Elastomers, wie es als Polyurethan oder Polyäthylen auch für die Schwingungsisolierung von Maschinen und Gebäuden Verwendung findet),

3. eine dauerhafte, vollflächige, feste Verbindung (3) zwischen Front- und Rückenplatte, so daß jede durch Luftschall vom Raum her angeregte Schwingung der Frontplatte vollständig auf die Rücken-platte übertragen wird, beide also stets gemeinsam als komplexes Masse/Feder/Reibung-Schwingsystem in Resonanz geraten und so dem Schallfeld Energie entziehen,

4. eine großflächig (0,5 bis 2,0 m²) in Raumecken mit besonders hoher schallenergiedichte nach Art eines Trampolins aufspannbare, in allen ihren Elementen frei nachgiebige, ebene, bis zu ihren Rändern homogen aufgebaute, wand- oder deckenparallele Struktur,

5. eine allseitig zwar durch die Elastomer-Platte geschlossene, aber den seitlichen Schalleintritt in die Rückenplatte nicht behindernde Berandung.

Instead, the plate resonator according to the invention characterizes:

1. a thin front plate (1) with extremely low internal friction made of metal (for example 0.5 to 2.0 mm St or AL),

2. a thick back plate (2), which takes up the entire space between the front plate and the raw component, with extremely high internal friction (for example 50 to 200 mm of a fine-cell foamed elastomer, as is also used as polyurethane or polyethylene for vibration isolation of machines and buildings),

3. a permanent, full-surface, firm connection (3) between the front and back plate, so that any vibration of the front plate excited by airborne sound from the room is completely transmitted to the back plate, both together as a complex mass / spring / friction -Swing system resonate and thus withdraw energy from the sound field,

4. a large area (0.5 to 2.0 m ² ) that can be stretched in room corners with a particularly high sound energy density in the manner of a trampoline, and is flexible in all its elements, flat, parallel to its edges, parallel to the wall or ceiling,

5. an edge which is closed on all sides by the elastomer plate, but does not hinder the lateral sound entry into the back plate.

Dabei kann die Befestigung des erfindungsgemäßen Bauteils, z.B. an der Decke, punktförmig, streifenförmig oder ganzflächig mit Hilfe von Klebstoff, Klebstreifen oder sogenannten Klettverbindungen (4) geschehen. Für Montage und Demontage sowie Rückführung oder Entsorgung des e.B. wäre es jedenfalls von Vorteil, wenn die Verbindungen (3) von Front- und Rückenplatte ebenso wie die von Plattenresonator und Baukörper (5) ohne schlecht entfernbare oder zu entsorgende Rückstände jederzeit wieder gelöst werden könnten. Hierfür stehen zahlreiche in der Textil- und Verpackungsindustrie verwendete Materialien und Verbindungstechniken zur Verfügung. Man kann aber auch Befestigungselemente, die zur Montage von Fassadenelementen (außen) und Vorsatzschalen (innen) in vielfältiger Ausführungsform zum Einsatz kommen, so verwenden, daß das an das inhomogene Schallfeld in kleinen Räumen angepaßte erzwungene Mitschwingen der innig verbundenen Front- und Rückenplatten so wenig wie möglich durch diese behindert wird. Ein solches Beispiel, wie es sich z.B. zur Wandauskleidung empfiehlt, zeigt Bild 5: die schmalen Winkelschienen (8), die z.B. mittels kleiner Platten (9) im Rohbauteil verdübelt werden und dem e.B. Halt und Fixierung geben, bleiben hinter der Frontplatte unsichtbar. Die Arretierung der Frontplatte kann z.B. formschlüssig durch an der Rückseite der Frontplatte angebrachte Hartgummi-Zapfen nach Bild 6 geschehen, die in vorbereitete Löcher in den Platten (10) der Eckprofile nach Art von Druckknöpfen (11) einrasten. In jedem Falle empfiehlt sich die Anbringung einer dauerelastisch nachgiebigen Schicht (3) aus einem Elastomer auch zwischen der Frontplatte und den Eckprofilen. Aber auch eine Verschraubung ohne (12) oder mit (13) einer gewissen Einsenkung an den Durchgangslöchern der Frontplatte nach Bild 6 ist denkbar. Man kann bei sichtbarer Kantenbefestigung, wie in Bild 7 skizziert, auch die Kanten-Überdeckungen als Stilmittel zur Gestaltung der Oberfläche mit einsetzen. Jedenfalls kann die Befestigung so gestaltet werden, daß der Innenarchitekt oder Dekorateur eine statisch gut fixierte, stabile, glatte Oberfläche vorfindet, die er nach Belieben überstreichen, bedrucken, beschichten, bespannen oder strukturieren kann, ohne seine schalltechnischen Eigenschaften wesentlich zu verändern. Der Schallabsorber steht damit dem Innenausbau nicht im Wege, sondern bietet sich als zusätzliches Gestaltungselement (z.B. auch als Spiegel) an, wenn das Bauteil an der Wand befestigt ist oder im Raum steht.The component according to the invention can be attached, for example, to the ceiling in a punctiform, strip-like or full-surface manner with the aid of adhesive, adhesive strips or so-called Velcro fasteners (4). For assembly and disassembly as well as return or disposal of the eB, it would in any case be advantageous if the connections (3) of the front and back panels as well as those of the panel resonator and structure (5) could be detached again at any time without residues that are difficult to remove or dispose of. Numerous materials and connection technologies used in the textile and packaging industry are available for this. But you can also use fasteners that are used to assemble facade elements (outside) and facing shells (inside) in a variety of designs so that the forced resonance of the intimately connected front and back panels adapted to the inhomogeneous sound field in small rooms is hampered by this as possible. An example of this, such as is recommended for wall cladding, is shown in Figure 5: the narrow angle rails (8), which are dowelled in the raw component using small plates (9) and give the eB support and fixation, remain invisible behind the front plate. The front panel can be locked, for example, by means of hard rubber pins on the back of the front panel as shown in Figure 6 , which snap into prepared holes in the panels (10) of the corner profiles in the manner of push buttons (11). In any case, it is advisable to apply a permanently elastic layer (3) made of an elastomer between the front panel and the corner profiles. But a screw connection without (12) or with (13) a certain depression at the through holes of the front panel according to Figure 6 is also conceivable. With visible edge fastening, as outlined in Figure 7 , the edge overlaps can also be used as a stylistic device to design the surface. In any case, the attachment can be designed so that the interior designer or decorator finds a structurally well fixed, stable, smooth surface that he can paint, print, coat, cover or structure as required without significantly changing its acoustic properties. The sound absorber does not stand in the way of the interior, but offers itself as an additional design element (e.g. also as a mirror) if the component is attached to the wall or is in the room.

4. Akustische Wirkungsweise des Verbundplatten-Resonators4. Acoustic operation of the composite panel resonator

Wie alle vom einfallenden Luftschall zum Mitschwingen anzuregenden Schallabsorber muß auch das erfindungsgemäße Bauteil auf den gewünschten Frequenzbereich abgestimmt werden. Für Räume unter ca. 200 m³ ist der Frequenzbereich von 125 bis 63 oder gar 50 Hz von besonderem Interesse [1] ([1] Fuchs, H.V.; Hunecke, J.: Der Raum spielt mit bei tiefen Frequenzen. Das Musikinstrument 42 (1993), H. 8, S. 40-46.). Wenn in der Literatur überhaupt Absorptionsgrade unter 125 Hz zu finden sind (s. Tafel 7 in [4]), so werden Zahlenwerte von kaum mehr als 0,6 bei 100 Hz und selten mehr als 0,3 bei 63 Hz angegeben. Dies hat wohl drei Ursachen:

(a) Zum einen beginnen auch in genormten Hallräumen unter 125 unüberwindliche meßtechnische Probleme, die genau mit den hier im Vordergrund stehenden Raum-Resonanzen zusammenhängen, gegen welche die so tief abgestimmten Absorber später bevorzugt eingesetzt werden sollen.

(b) Zum anderen fällt es offenbar schwer, Platten-Resonatoren herkömmlicher Bauart so tief mit ausreichender Bandbreite abzustimmen. Man nimmt daher manchmal zu ziemlich voluminösen und zerklüfteten "Kassettendecken" (Bild 8), "Baßfallen" (Bild 9) und "Kantenabsorbern" Zuflucht, deren Bautiefe D dann allerdings bei einem Viertel der Wellenlänge λ liegen sollte, D≅8500f [cm] mit der Frequenz f [Hz].

(c) Schließlich erscheint es nach dem heutigen Stand des Wissens gar nicht sinnvoll, den hier anvisierten Tiefenabsorber in der herkömmlichen Art und Weise durch den Absorptionsgrad, gemessen in einem möglichst diffusen Schallfeld wie im Hallraum nach DIN 52 212 zu kennzeichnen. Ein an die spätere Anordnung in den Ecken oder Kanten eines Rechteckraumes besser angepaßtes Meß-, Prüf- und Beurteilungsverfahren läßt die Wirksamkeit dieser speziellen Resonanzabsorber viel deutlicher erkennen. Ähnlich der zur Ermittlung der Nachklingzeiten bei tiefen Frequenzen erfolgreich eingeführten Methode [7] ([7] Oelmann, J.; Zha, X.: Zur Messung der "Nachhallzeiten" bei geringer Eigenmodendichte. Rundfunktechnische Mitteilungen 30 (1986), H. 6, S. 257 - 268) wird dabei das Abklingen an einer Mikrofonposition in einer Raumecke bei den verschiedenen Eigenresonanzen des Raumes bestimmt. Aus der Differenz der so sauber meßbaren Abklingzeiten t₀ ohne bzw. t_m mit den ebenfalls in den Ecken angebrachten Absorbern kann man dann, wie üblich, eine auf die Bauteiloberfläche S bezogene (oder "effektive") Absorptionsfläche A_e als "äquivalenten" Absorptionsgrad

definieren und so verschiedene Absorber für diese spezielle Anwendung gezielt miteinander vergleichen.

Like all sound absorbers to be excited by the incoming airborne sound to resonate, the component according to the invention must also be tuned to the desired frequency range. For rooms under approx. 200 m ³ , the frequency range from 125 to 63 or even 50 Hz is of particular interest [1] ([1] Fuchs, HV; Hunecke, J .: The room plays along at low frequencies. The musical instrument 42 ( 1993), H. 8, pp. 40-46.). If absorption levels below 125 Hz can be found in the literature (see Table 7 in [4]), numerical values of hardly more than 0.6 at 100 Hz and rarely more than 0.3 at 63 Hz are given. This has three causes:

(a) On the one hand, there are insurmountable measurement problems, even in standardized reverberation rooms below 125, which are precisely related to the room resonances in the foreground, against which the absorbers so tuned in depth will later be preferred.

(b) On the other hand, apparently it is difficult to tune conventional plate resonators so deep with sufficient bandwidth. One therefore sometimes takes refuge in rather voluminous and jagged "cassette ceilings" (Fig. 8), "bass traps" (Fig. 9) and "edge absorbers", whose depth D should then be a quarter of the wavelength λ, D≅ 8500 f [cm] with the frequency f [Hz].

(c) Finally, based on the current state of knowledge, it does not seem to make any sense to characterize the depth absorber targeted here in the conventional way by the degree of absorption, measured in a sound field that is as diffuse as possible, such as in the reverberation room according to DIN 52 212. A measuring, testing and assessment method that is better adapted to the later arrangement in the corners or edges of a rectangular space shows the effectiveness of these special resonance absorbers much more clearly. Similar to the method successfully used to determine the reverberation times at low frequencies [7] ([7] Oelmann, J .; Zha, X .: For measuring the "reverberation times" with a low eigenmode density. Rundffunktechnische Mitteilungen 30 (1986), H. 6, Pp. 257 - 268) the decay is determined at a microphone position in a corner of the room with the different natural resonances of the room. From the difference between the decay times t ₀ without or t _m, which can be measured so cleanly, with the absorbers also mounted in the corners, it is then possible, as is customary, to use an (or "effective") absorption surface A _e as an "equivalent" degree of absorption

define and compare different absorbers for this special application.

Bild 10 zeigt ein Beispiel einer solchen α_e-Messung: ab 100 Hz aufwärts mit Terzrauschen und unterhalb 100 Hz mit Sinus-Anregung bei den Eigenresonanzen (bis 35 Hz herunter) gemessen. Wenn man mit diesem Prototyp nur etwa 10 % der gesamten Raumbegrenzungsfläche in den Ecken und Kanten belegt, so läßt sich seine Übertragungsfunktion (vgl. Bild 1) gemäß Bild 11 auf kaum mehr als 10 dB Pegelschwankung unter 100 Hz glätten. Mit dem erfindungsgemäßen Bauteil steht damit ein sehr effektives Mittel zur Verfügung, um in kleinen Räumen das "Dröhnen" zu vermeiden bzw. zu beseitigen. Bild 12 zeigt die mit verschiedenen Prototypen (alle mit nur 100 mm Bautiefe und einem Flächengewicht von 7 - 20 kg/m²) optimierte Nachhallzeit eines Tonstudios: bei einer ca. 30%-igen Belegung steigt die Nachklingzeit erst unterhalb 63 Hz auf etwas höhere Werte an. Figure 10 shows an example of such an α _e measurement: measured from 100 Hz upwards with third-octave noise and below 100 Hz with sine excitation with the natural resonances (down to 35 Hz). If you only cover about 10% of the total area in the corners and edges with this prototype, its transfer function (see Fig. 1) can be smoothed according to Fig. 11 to hardly more than 10 dB level fluctuation below 100 Hz. The component according to the invention thus provides a very effective means of avoiding or eliminating the "booming" in small rooms. Figure 12 shows the reverberation time of a recording studio optimized with various prototypes (all with a construction depth of only 100 mm and a weight of 7 - 20 kg / m ² ): with an approx. 30% occupancy, the reverberation time only increases below 63 Hz to slightly higher Values.

4.1 Feder/Masse-System mit konzentrierten Elementen4.1 Spring / mass system with concentrated elements

Als "Tiefenschlucker" ist der Platten- oder Paneele-Resonator gem. Tafel 7 in [4] in vielen Konzertsälen anzutreffen. Seine Resonanzfrequenz läßt sich nach [8] ([8] Cremer, L.; Müller, H.A.: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik, Band 1, Hirzel Verlag, Stuttgart, 1978) (§§ 29 bis 31) durch f0 = c0 2π ρ0 ρt·t·D ≅ 600 m"D [Hz] mit c₀; ρ₀ Schallgeschwindigkeit und Dichte der Luft im Zwischenraum der Dicke D[cm] zwischen der Platte mit der Dicke t, der Dichte S_t sowie dem Flächengewicht m" [kg/m²] verläßlich abschätzen. Man weiß zwar, daß die innere Reibung der in der Nähe der Randeinspannung verformten Platte nicht ausreicht, um eine brauchbare Absorption zu erreichen. Wie hoch und breit diese aber durch zumindest teilweise "Hinterfüllung" des Luftraumes mit "Schluckstoff", in dem die Luftbewegung durch Scherkräfte in den Grenzschichten des als starr angenommenen Poren- oder Fasergerüsts bedämpft wird, tatsächlich ausfällt, bliebt stets Messungen, bevorzugt im Hallraum, vorbehalten. In [6] heißt es auf S. 921 hierzu: "Die Vielzahl von Einflüssen auf die Schallabsorption, die insbesondere von der Art der Befestigung (der Platte) herrührt, macht die Bemessung von Plattenschwingern etwas unsicher. Es ist daher empfehlenswert, sich auf Meßergebnisse zu stützen." (s.a. Tafel 6.29 in [6]). Außerdem führten Betrachtungen wie diejenigen unter Ziffer 7 in [9] ([9] Fuchs, H.V.; Zha, X.: Transparente Vorsatzschalen als Schallabsorber im Plenarsaal des Bundestages. Bauphysik 16 (1994), H. 3, S. 69-80) immer wieder dahin, daß zur Erzielung kleiner Kennwiderstände und damit großer Bandbreite relativ leichte Platten und große Bautiefen bei tiefen Frequenzen unausweichlich schienen. Diesem Dilemma versuchte der unter Ziffer 7.2 in [9] beschriebene Membran-Absorber mit der zusätzlich unterhalb der Platten-Resonanz nach Gl. (3) anschließenden Helmholtz-Resonanz mit einigem Erfolg zu begegnen. Auch mit verhältnismäßig schweren Loch- und Deckmembranen ließen sich recht breitbandige Schallabsorber entwickeln [10] ([10] Hunecke, J.; Zhou, X.: Resonanz- und Dämpfungsmechanismen in Membran-Absorbern. VDI Berichte 938, Düsseldorf: VDI-Verlag, 1992, S. 187-196). Aber auch der Membran-Absorber bleibt mit seiner relativ engen Kassettierung dem lokal wirksamen Feder/Masse-System mit konzentrierter Masse und Luftfeder verhaftet. Allerdings wurde in [10] schon deutlich, daß man die Deckmembran, in Anpassung an die Geometrie der Kassettierung, auch in ihren Eigenfrequenzen anregen kann.As a "deep swallow" is the plate or panel resonator acc. Table 7 in [4] can be found in many concert halls. Its resonance frequency can be determined according to [8] ([8] Cremer, L .; Müller, HA: The Scientific Foundations of Room Acoustics, Volume 1, Hirzel Verlag, Stuttgart, 1978) (§§ 29 to 31) f 0 = c 0 2π ρ 0 ρ t · T · D ≅ 600 m "D [Hz] with c ₀ ; ρ ₀ Reliably estimate the speed of sound and the density of the air in the space between the thickness D [cm] between the plate with the thickness t, the density S _t and the basis weight m "[kg / m ² ]. It is known that the internal friction of the plate deformed in the vicinity of the edge clamping is not sufficient to achieve a usable absorption, but how high and wide this is by at least partially "backfilling" the air space with "swallowing material", in which the air movement by shear forces in the boundary layers of the pores assumed to be rigid - or fiber structure is damped, actually fails, measurements are always reserved, preferably in the reverberation room. [6] on page 921 states: "The multitude of influences on sound absorption, particularly due to the type of attachment (the plate ), makes the dimensioning of plate transducers somewhat unsafe. It is therefore advisable to rely on measurement results. "(See also Table 6.29 in [6]). In addition, considerations such as those in Section 7 in [9] ([9] Fuchs, HV; Zha, X .: Transparent facing shells as Sound absorber in the plenary hall of the Bundestag, Bauphysik 16 (1994), H. 3, pp. 69-80) repeatedly insisted that relatively light plates and large depths at low frequencies seemed inevitable in order to achieve small characteristic resistances and thus a wide bandwidth. This dilemma was attempted The membrane absorber described in Section 7.2 in [9] with the Helmholtz resonance that follows below the plate resonance according to Eq. (3) can be met with some success. Even with relatively heavy perforated and cover membranes, quite broadband sound absorbers could be developed [10] ([10] Hunecke, J .; Zhou, X .: Resonance and Damping Mechanisms in Membrane Absorbers. VDI Reports 938, Düsseldorf: VDI-Verlag, 1992, pp. 187-196). sublingually With its relatively narrow cassette, the locally effective spring / mass system with concentrated mass and air spring remains attached. However, it was already clear in [10] that the cover membrane can also be excited in terms of its natural frequencies, in line with the geometry of the cassette.

4.2 Angepaßte Schwingung der frei beweglichen Frontplatte4.2 Adjusted vibration of the freely movable front panel

Bei Plattenabmessungen in der Größenordnung von 1 bis 2 m kann sich die Frontplatte mit ihren Schwingungen in gewisser Weise an die räumliche und zeitliche Struktur der Raummoden "anpassen" und so wegen ihrer rundum freien Beweglichkeit optimal verformen und mitschwingen. Am stärksten wird dieses erzwungene Mitschwingen natürlich in den Ecken und Kanten der Rechteckräume, in denen sich die Luftschall-Energie bei den tiefen Frequenzen der niedrigsten Eigenmoden des Raumes stark konzentriert. Eine allenfalls an den 4 Ecken aufgestützte Frontplatte liegt mit ihrer tiefsten Eigenfrequenz f_1,0 nach [10] so niedrig (jedenfalls unter 10 Hz), daß jede Raummode zwischen 50 und 100 Hz benachbarte Plattenmoden findet, mit denen sie gekoppelt schwingen kann. Für die an zwei im Abstand L einander gegenüberliegenden Rändern aufgestützte Platte wird mit GI. (6,41) in [8] f1=0,45cL tL2 mit der Longitudinalwellengeschwindigkeit c_L im Plattenmaterial ein Anhaltswert für die Grundfrequenz der Platte angegeben, für 2,5 mm Stahl und L = 1m mit c_L = 5.100 m/s also z.B. f₁ ≅ 6 Hz. Durch die Kopplung dieser Plattenschwingungen mit einem Luftzwischenraum zur Wand oder Decke würde die Anregung der Platte schon ziemlich kompliziert. Aber auch ohne Rechnung kann man sich wohl vorstellen, daß ihre Schwingungen kaum mehr nur durch eine Hinterfüllung mit einem losen Strömungswiderstand bedämpft werden kann. Für derartig schwere Platten muß man sich stattdessen viel massiverer Dämpfungsmaßnahmen bedienen:With plate dimensions of the order of 1 to 2 m, the front plate with its vibrations can to a certain extent "adapt" to the spatial and temporal structure of the room modes and thus optimally deform and resonate due to its completely free mobility. Of course, this forced resonance is most pronounced in the corners and edges of the rectangular spaces, in which the airborne sound energy is concentrated at the low frequencies of the lowest eigenmodes of the room. A front panel supported at most at the 4 corners is so low (at least below 10 Hz) with its lowest natural frequency f _1.0 according to [10] that every room mode between 50 and 100 Hz finds adjacent panel modes with which it can vibrate coupled. For the plate supported on two opposite edges at a distance L, use GI. (6.41) in [8] f 1 = 0.45 c L t L 2 the longitudinal wave velocity c _L in the plate material gives a reference value for the fundamental frequency of the plate, for 2.5 mm steel and L = 1m with c _L = 5,100 m / s, e.g. f ₁ ≅ 6 Hz. By coupling these plate vibrations with an air gap the excitation of the plate to the wall or ceiling would be quite complicated. But even without a calculation, one can imagine that their vibrations can hardly be damped only by backfilling with a loose flow resistance. For such heavy plates you have to use much more massive damping measures instead:

4.3 Mitschwingende Rückenplatte4.3 resonating back plate

So wie man durch Körperschall angeregte Bleche z.B. im Karosseriebau mit einem viskoelastischen ("Antidröhn"-) Belag bedämpft, so könnte man daran denken, die vom Luftschall erzwungenen Schwingungen der Frontplatte durch einen etwa gleich dicken, z.B. bituminösen Belag zu absorbieren. Die Erfindung geht aber noch einen entscheidenden Schritt weiter: sie ersetzt den gesamten Luftzwischenraum durch eine sowohl federnde, als auch dämpfende Elastomer-Platte. Diese reduziert mit ihrer gegenüber Luft kleineren Schallgeschwindigkeit C_D die Resonanzfrequenz nach Gl.(3), gleichzeitig wirkt aber in derselben Gleichung ihre größere Dichte ρ_D in anderer Richtung: fD = CD 2π ρD ρt D t Just as you dampen sheet metal that is excited by structure-borne noise, for example in the body shop, with a viscoelastic ("anti-drone") coating, you could think of absorbing the vibrations of the front panel caused by airborne noise with an approximately equally thick, eg bituminous coating. However, the invention goes a further step further: it replaces the entire air gap with an elastomer plate that is both resilient and damping. This reduces the resonance frequency according to Eq. (3) with its sound velocity C _D, which is lower than that of air, but at the same time its greater density ρ _D acts in the same equation in a different direction: f D = C D 2π ρ D ρ t D t

Die Rückenplatte wirkt aber nicht nur als selbst federndes Element mit hohen "inneren" (viskoelastischen) Verlusten sondern, bei rundum offenem Zugang der Luftschallwellen auch noch als (dem Luftschall gegenüber) praktisch starre, aber offenporige Struktur mit bekanntermaßen hoher "äußerer" Reibung in den sich bildenden instationären Scherschichten. The back plate not only acts as a self-resilient element with high "inner" (viscoelastic) losses but with all-round open access to the airborne sound waves also as a (in relation to airborne sound) practically rigid, but open-pored structure with As is known, high "external" friction in the transient formed Shear layers.

Den verschiedenen Wirkungsmechanismen entsprechend lassen sich typischerweise 3 starke Dämpfungseffekte im Absorptionssprektrum von Bild 10 ablesen, das nach einem auf das spezielle Problem zugeschnittenen Meßverfahren ermittelt wurde:

1) Das Wirkungsmaximum liegt für eine 0,8 mm dicke Stahl-Frontplatte im Verbund mit einer 100 mm dicken PU-Schaum-Platte in ungefährer Übereinstimmung mit GI. (3) und (5) zwischen 50 und 100 Hz. Für noch schwerere Frontplatten verschiebt sich dieses Maximum tendentiell zu noch tieferen Frequenzen, erreicht aber nur noch etwas geringere Werte der auf die Bauteiloberfläche bezogenen äquivalenten Absorptionsfläche nach Gl. (2). Dabei spielt es keine große Rolle, in welchen der Raumecken die Absorber aufgestellt oder etwa auch, wie in Bild 13 angedeutet, liegend (bzw. entsprechend an der Decke befestigt) angeordnet werden.

2) Besonders starke Absorptions-Spitzen treten bei den einzelnen Raum-Resonanzen auf Werte weit oberhalb 1 (bis maximal 2,5) dürfen nicht verwundern, da die Absorber ja eben nicht gleichmäßig an allen Begrenzungsflächen eines diffusen Hallfeldes, sondern ganz bewußt dort plaziert werden, wo sie ihre maximale Wirksamkeit entfalten. Außerdem wirken die Resonanzabsorber nicht nur dissipativ, d.h. dämpfend, auf die Raummoden, sondern auch reaktiv, d.h. die Eigenresonanz verstimmend. Die Resonanzen des Hohlraumes und der Verbundplatte bilden zusammen neue, jetzt aber stark bedämpfte, großräumig gekoppelte Schwingungen. Deshalb ist die äquivalente Absorption, wie sie sich aus den Nachhallmessungen nach GI. (2) ergibt, auch besonders stark, wenn zwei Eigenfrequenzen dicht beieinander liegen.

3) Oberhalb etwa 100 Hz zeigt Bild 10 ebenfalls eine Absorption weit oberhalb 0,5 bis an 1, die nicht durch Mitschwingen der Verbundplatte erklärt werden kann. Obgleich die frontal auftreffenden Schallwellen von der Verbundplatte bei höheren Frequenzen eigentlich total reflektiert werden müßten, sorgt die endliche Ausdehnung und die rundum offene Bauweise des erfindungsgemäßen Bauteils dafür, daß Schallwellen bei mittleren Frequenzen (zwischen etwa 100 und 1000 Hz) durch Beugung in die poröse Rückenplatte gelangen und dort wie in einem konventionellen passiven Absorber in Wärme umgewandelt werden. Diesen Effekt kann man im erfindungsgemäßen Bauteil selbst dann noch sehr vorteilhaft nützen, wenn man bei einer völlig geschlossenen Wand- oder Deckenauskleidung zwischen den unterschiedlich abgestimmten erfindungsgemäßen Bauteilen schmale (etwa 50 - 100 mm breite) Streifen gleicher Bautiefe wie derjenigen des erfindungsgemäßen Bauteils aus einem offenporigen Material einbaut, so daß eine ebene, geschlossene schachbrettartige Anordnung, wie z.B. in Bild 13 angedeutet, entsteht. So ist es möglich, die Nachhallzeit eines Raumes nahezu beliebig frequenzabhängig einzustellen, z.B. so wie in Bild 12. Das e.B. stellt damit einen Breitband-Absorber mit variabler Frequenz-Charakteristik für die verschiedensten Anwendungen dar.

According to the various mechanisms of action, 3 strong damping effects can typically be seen in the absorption spectrum of Figure 10, which was determined using a measurement method tailored to the specific problem:

1) The maximum effect for a 0.8 mm thick steel front plate in combination with a 100 mm thick PU foam plate is roughly in accordance with GI. (3) and (5) between 50 and 100 Hz. For even heavier front panels, this maximum tends to shift to even lower frequencies, but only achieves slightly lower values of the equivalent absorption area according to Eq. (2). It does not matter in which of the corners of the room the absorbers are set up or, as indicated in Figure 13 , arranged horizontally (or appropriately attached to the ceiling).

2) Particularly strong absorption peaks occur in the individual room resonances at values well above 1 (up to a maximum of 2.5), since the absorbers are not placed evenly on all boundary surfaces of a diffuse Hall field, but are deliberately placed there where they unfold their maximum effectiveness. In addition, the resonance absorbers not only have a dissipative, ie dampening, effect on the room modes, but also reactive, ie detune the natural resonance. The resonances of the cavity and the composite plate together form new, but now strongly damped, large-scale coupled vibrations. Therefore, the equivalent absorption as it results from the reverberation measurements according to GI. (2) results, especially strong, when two natural frequencies are close together.

3) Above about 100 Hz, Figure 10 also shows an absorption well above 0.5 to 1, which cannot be explained by the resonance of the composite panel. Although the frontal sound waves should actually be totally reflected by the composite panel at higher frequencies, the finite extent and the all-round open construction of the component according to the invention ensure that sound waves at medium frequencies (between approximately 100 and 1000 Hz) are diffracted into the porous back plate arrive and be converted into heat there as in a conventional passive absorber. This effect can be used very advantageously even in the component according to the invention if, in the case of a completely closed wall or ceiling lining, narrow (approximately 50-100 mm wide) strips of the same depth as that of the component according to the invention are made from an open-pore between the differently coordinated components of the invention Install the material so that a flat, closed checkerboard-like arrangement, as indicated in Figure 13 , is created. This makes it possible to set the reverberation time of a room to almost any frequency, for example as shown in Figure 12. The eB thus represents a broadband absorber with variable frequency characteristics for a wide variety of applications.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Bildern 14, 15 und 16 dargestellt. Bild 14a zeigt den Plattenresonator gemäß Bild 4. Bild 14b zeigt daß eine Weichschaum-Auflage 101 in Schallrichtung vor der Frontplatte 1 angeordnet ist, wobei Frontplatte und Auflage mittels einer ganzflächigen Klebung 102 verbunden sind. Bild 14c zeigt eine weitere Möglichkeit und zwar die Anbringung einer weiteren dünnen Frontplatte 103, die genauso aufgebaut wurde wie die Frontplatte 1, und die mit der Weichschaumauflage 101 durch die ganzflächige Verklebung 104 verbunden ist. Bild 14d zeigt eine weitere Variante, die Anbringung einer weiteren Weichschaumauflage 105 mittels einer Verklebung 106 an der Frontplatte 103.Further advantageous configurations are shown in Figures 14, 15 and 16. image 14a shows the plate resonator according to Figure 4. Figure 14b shows that a soft foam layer 101 is arranged in the sound direction in front of the front panel 1, front panel and Pad are connected by means of an all-over adhesive 102. Figure 14c shows one another possibility, namely the attachment of another thin front panel 103, the was constructed in the same way as the front panel 1, and that with the soft foam pad 101 is connected by the full-surface adhesive 104. Figure 14d shows another variant, the attachment of a further soft foam layer 105 by means of an adhesive 106 the front panel 103.

Die Weichschaumauflagen 101 und 105 sind insbesondere zur Absorption bei höheren Frequenzen von Vorteil. Die Ausgestaltung nach Bild 14c bewirkt, daß die zweite Platte als zusätzliche Masse und die Weichschaumauflage 101 als zusätzliche Feder wirkt. Die Weichschaumauflagen können dabei verschieden dick ausgebildet sein, um Schall bei verschiedenen Frequenzen zu absorbieren.The soft foam pads 101 and 105 are in particular for absorption at higher frequencies advantageous. The design according to Figure 14c causes the second plate to be an additional one Mass and the soft foam pad 101 acts as an additional spring. The soft foam pads can be of different thicknesses to sound absorb different frequencies.

Eine weitere besonders vorteilhafte Anwendung des Grundgedankens der Erfindung ist für größere Hallen bzw. Räume mit einer hohen Decke besonders vorteilhaft. In derartigen Gebäuden z. B. Repräsentationsräumen und Industriehallen wird dann die Decke künstlich heruntergezogen bzw. tiefergehängt. In Industriebauten sind dann oft unterhalb der Decke Lüftungskanäle, elektrische und/oder pneumatische Leitungen oder Kanäle angeordnet.Another particularly advantageous application of the basic idea of the invention is for larger halls or rooms with a high ceiling are particularly advantageous. In such buildings z. B. Representative rooms and industrial halls then the ceiling becomes artificial pulled down or hung lower. In industrial buildings, these are often below the ceiling Ventilation ducts, electrical and / or pneumatic lines or ducts arranged.

In Bild 15a ist der Plattenresonator für derartige Anwendungen angepaßt dargestellt. Für diesen Zweck weist der Plattenresonator auf der Rückseite der Rückenplatte 2 eine dünneFigure 15a shows the plate resonator adapted for such applications. For for this purpose, the plate resonator on the back of the back plate 2 has a thin one

Platte 1a analog zu der Frontplatte 1 auf, so daß der Resonator mit den beiden Massen der Platten 1 und 1a mit der dazwischenliegenden Feder 2 schwingt, wobei die beiden Platten 1 und 1a gegeneinander schwingen, wie sie das auch nach Bild 14c tun. Der Plattenresonator nach Bild 15 a ist mittels der Abhängungen 18 von der Decke 5 abgehängt. Die Abhängungen 18 sind zweckmäßigerweise längenvariabel ausgestaltet wie bei den allgemein bekannten Unterdecken.Plate 1a analog to the front plate 1, so that the resonator with the two masses of Plates 1 and 1a swinging with the spring 2 in between, the two plates 1 and 1a vibrate against each other, as they do according to Fig. 14c. The Plate resonator according to Figure 15 a is by means of the suspensions 18 from the ceiling 5 suspended. The suspensions 18 are expediently designed such that they are variable in length in the well-known false ceilings.

In Bild 15b ist zusätzlich der Plattenresonator mit einer Weichschaumauflage 101 analog zu Bild 14b ausgestattet. Bild 15c zeigt eine weitere Möglichkeit der Verwendung des Plattenresonators, ohne daß der Plattenresonator an einer starren Decke oder Rückwand angebracht ist. Hier liegt der Plattenresonator schwimmend in einer Wanne 110, z. B. aus Metall oder Kunststoff, wobei die Wanne großflächige Löcher aufweist, mit einem Lochflächenanteil > 30%. Die Wanne 110 ist dann unterhalb der Decke auf Tragbalken 111 gelagert. In Bild 15d ist eine Variante von 15c dargestellt, wo die Platte 1a auf der Wanne 110 aufliegt und die Weichschaumauflage 101 schwimmend in der Wanne 110 liegt. In Bild 15d ist zusätzlich zwischen den Plattenresonator und der Wanne 110 eine Vlies-Abdeckung 120 zur besseren Handhabung eingezeichnet.In Figure 15b, the plate resonator with a soft foam layer 101 is also analogous to Figure 14b equipped. Figure 15c shows another way of using the Plate resonator without the plate resonator on a rigid ceiling or back wall is appropriate. Here the plate resonator is floating in a tub 110, e.g. B. from Metal or plastic, with the tub having large holes, with a Perforated area> 30%. The trough 110 is then on the supporting beams below the ceiling 111 stored. Figure 15d shows a variant of 15c, where the plate 1a on the Tray 110 rests and the soft foam pad 101 floating in the tray 110 lies. In Figure 15d there is an additional one between the plate resonator and the trough 110 Fleece cover 120 shown for better handling.

Bild 16 zeigt den Plattenresonator als beidseitig wirksamen Schallabsorber mit einem 2-Massen/Feder-System, wobei die Rückenplatte 2a zwischen Platten 1b und 1c angeordnet ist und auf diesen Platten 1a und 1c auf der jeweils anderen Seite Weichschaumauflagen 101 angebracht sind. Weichschaumauflage, Platte und Rückenplatte 2a sind wieder mittels ganzflächiger Verklebungen miteinander verbunden und bilden eine Sandwich-Struktur. Dieser Schallabsorber kann wieder in ein Vlies 120 eingehüllt und mittels einer Wanne bzw. Umrandung 110 aufgehängt sein. Diese Anordnung kommt für hohe Räume in Frage. Dieser Schallabsorber kann auch in normal hohen Räumen verwendet werden und zum Beispiel als Zwischenwand, Wandelement oder Raumteiler ausgebildet sein. Die Wanne bzw. Umrandung 110 sollte dann von dem Fußboden bzw. einer gegebenenfalls vorhandenen Auflage schalltechnisch entkoppelt sein.Figure 16 shows the plate resonator as a sound absorber effective on both sides with a 2-mass / spring system, the back plate 2a is arranged between plates 1b and 1c is and on these plates 1a and 1c on the other side soft foam pads 101 are attached. Soft foam pad, plate and back plate 2a are again using full-surface bonds bonded together and form a sandwich structure. This sound absorber can again be wrapped in a fleece 120 and by means of a tub or border 110 may be suspended. This arrangement comes in for high rooms Question. This sound absorber can also be used in normal high rooms and For example, be designed as a partition, wall element or room divider. The Tray or border 110 should then be off the floor or one if necessary existing edition be acoustically decoupled.

Der Plattenresonator arbeitet aber nicht nur als Absorber (Schalldämpfer) sondern auch als Schalldämmung für die darüberliegenden Räume, im Fall von Bild 15, oder die danebenliegenden Räume im Fall dert Anwendung als Wandelement oder Raumteiler. The plate resonator not only works as an absorber (silencer) but also as Soundproofing for the rooms above, in the case of Figure 15, or the ones next to it Rooms in the case of use as a wall element or room divider.

Literaturliterature

[1] Fuchs, H.V.; Hunecke, J.: Der Raum spielt mit bei tiefen Frequenzen. Das Musikinstrument 42 (1993), H. 8, S. 40-46.[1] Fuchs, H.V .; Hunecke, J .: The room plays along at low frequencies. The music instrument 42 (1993), H. 8, pp. 40-46.

[2] Fuchs, H.V.: Zur Absorption tiefer Frequenzen in Tonstudios. Rundfunktechnische Mitteilungen 36 (1992), H. 1, S. 1-11.[2] Fuchs, H.V .: For the absorption of low frequencies in recording studios. Broadcasting Communications 36 (1992), H. 1, pp. 1-11.

[3] Fuchs, H.V.; Ackermann, U.; Rambausek, N.: Schallschutz: Schall-absorber für einen breiten Frequenzbereich. Deutsches Architektenblatt 22 (1990), H.7, S. 1129-1132.[3] Fuchs, H.V .; Ackermann, U .; Rambausek, N .: Sound insulation: Sound absorber for a wide frequency range. Deutsches Architektenblatt 22 (1990), H.7, pp. 1129-1132.

[4] Fasold, W.; Sonntag, E.; Winkler, H.: Bau- und Raumakustik. Verlag Bauwesen, Berlin, 1987.[4] Fasold, W .; Sundays.; Winkler, H .: Building and Room Acoustics. Verlag Bauwesen, Berlin, 1987.

[5] Biehn K.; Gruhl, S.: Absorptionsschalldämpfer. In: Lärmbekämpfung. Hrsg. W. Schirmer, Verlag Tribüne, Berlin 1989.[5] Biehn K .; Gruhl, S .: Absorption silencer. In: noise abatement. Ed. W. Schirmer, Verlag Tribüne, Berlin 1989.

[6] Fasold, W.: Schallabsorber und ihr Einsatz in Wohn- und Gesell-schaftsbauten. In: Taschenbuch Akustik, Teil II. Hrsg. W. Fasold et al., Verlag Technik, Berlin, 1984.[6] Fasold, W .: Sound absorbers and their use in residential and social buildings. In: Taschenbuch Akustik, Teil II. Ed. W. Fasold et al., Verlag Technik, Berlin, 1984.

[7] Oelmann, J.; Zha, X.: Zur Messung der "Nachhallzeiten" bei geringer Eigenmodendichte. Rundfunktechnische Mitteilungen 30 (1986), H. 6, S. 257- 268[7] Oelmann, J .; Zha, X .: For measuring the "reverberation times" with a low eigenmode density. Broadcasting Communications 30 (1986), H. 6, pp. 257-268

[8] Cremer, L.; Müller, H.A.: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik, Band I, Hirzel Verlag, Stuttgart, 1978.[8] Cremer, L .; Müller, H.A .: The scientific foundations of room acoustics, Volume I, Hirzel Verlag, Stuttgart, 1978.

[9] Fuchs, H.V.; Zha, X.: Transparente Vorsatzschalen als Schallabsorber im Plenarsaal des Bundestages. Bauphysik 16 (1994), H. 3, S. 69-80.[9] Fuchs, H.V .; Zha, X .: Transparent facing shells as sound absorbers in the plenary hall of the Bundestag. Building Physics 16 (1994), H. 3, pp 69-80.

[10] Hunecke, J.; Zhou, X.: Resonanz- und Dämpfungsmechanismen in Membran-Absorbern. VDI Berichte 938, Düsseldorf: VDI-Verlag, 1992, S. 187-196.[10] Hunecke, J .; Zhou, X .: Resonance and damping mechanisms in membrane absorbers. VDI reports 938, Düsseldorf: VDI-Verlag, 1992, pp. 187-196.

Claims (16)

1. Plate resonator for sound absorption with a thin front plate (1) made of metal,
   characterised in that
   the front plate (1) is excitable at frequencies < 125 Hz into resonance vibrations and in that it has furthermore

   a rear plate (2) made of an elastomer, for example polyurethane or polyethylene,

   a full-surface secure connection (3) between the front plate (1) and the rear plate (2), for example by means of a double-sided adhesive tape,

   an edging, which is closed on all sides by the rear plate (2) and which does not impede the lateral admission of sound into the rear plate.
2. Plate resonator according to claim 1,
   characterised in that
   the plate resonator has edge attachments (8, 10, 15) by means of which it is attachable to the ceiling or wall.
3. Plate resonator according to one of the claims 1 - 2,
   characterised in that
   the front plate (1) and the rear plate (2) are attached with the edge attachments by screw, adhesive or plug-in connections.
4. Plate resonator according to one of the claims 1 - 3,
   characterised in that
   the rear plate (2) is made of a low-inflammable or non-inflammable melamine resin foam with a preferred density of 10 kg/m³ and a thickness of 50 - 500 mm, preferably 100 mm.
5. Plate resonator according to claim 1,
   characterised in that
   the front plate (1) is made of steel with a plate thickness of 0.1 - 5 mm.
6. Plate resonator according to claim 5,
   characterised in that
   the plate thickness of the front plate (1) is 1 mm.
7. Plate resonator according to one of the claims 1 - 6,
   characterised in that
   a flexible foam layer (101) is applied in front of the front plate (1).
8. Plate resonator according to one of the claims 1 - 7,
   characterised in that
   a further thin plate (103) made of metal or hard plastic material is applied on the flexible foam layer (101).
9. Plate resonator according to one of the claims 1 - 8,
   characterised in that
   a further flexible foam layer (105) is applied on the plate (103).
10. Plate resonator according to claim 1,
    characterised in that
    the plate resonator has in addition a covering plate (1a), which is connected by means of a full-surface connection (3a) to the rear plate (2), and a hanging means (18) is provided, by means of which the plate resonator (1, 2, 1a) can be hung from the ceiling (5).
11. Plate resonator according to claim 10,
    characterised in that
    the plate resonator is disposed in a trough (110) which can be placed for example on the beam (111).
12. Plate resonator according to claim 11,
    characterised in that
    the trough (111) with the plate resonator contained therein is decoupled acoustically from the support surface.
13. Plate resonator according to one of the claims 1 - 12,
    characterised in that
    the plate resonator is covered entirely or partly by a bonded fabric covering (120).
14. Use of the plate resonator according to one of the claims 1 - 13 as a wall element or an element hanging in the room or a room divider.
15. Method according to claim 14,
    characterised in that
    the plate resonator is attached to the wall or ceiling in a detachable manner, for example by means of a Velcro closure.
16. Use according to claim 14,
    characterised in that
    the rear plate (2) is attached to the ceiling or wall by an adhesive means (4).

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