CH619804A5

CH619804A5 - Splitter sound-damper

Info

Publication number: CH619804A5
Application number: CH470577A
Authority: CH
Inventors: Fridolin Prof Dr Mechel
Original assignee: Gruenzweig Hartmann Glasfaser
Priority date: 1976-04-17
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1980-10-15
Also published as: NL7704011A; DE2617000A1; BE853655A; FR2348429A1; AT361751B; DE2617000B2; ATA265477A

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kulissen-Schalldämpfer mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden schallabsorbierenden Berandungen des freien Kanalquerschnittes, wobei die akustischen Eingangsleitwerte 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, welche für die entstehenden Teilquerschnitte die schallabsorbierende Berandung darstellen. Hierbei können die Kulissen eben oder rund sein oder andere Formen und Anordnungen aufweisen. 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, wie z. B. bei den üblichen Lochblechabdeckungen oder bei Trennwänden, innerhalb der absorbierenden Auskleidung sehr viel kleiner sind als die Schallwellenlängen, nicht durch ihre einzelnen Strukturglieder, sondern durch ihre über die Oberfläche gemittelten Eigenschaften die Schalldämpfung bestimmend beeinflussen. Bei den bekannten Schalldämpfern sind die einander gegenüberliegenden schallabsorbierenden Berandungen eines freien Kanalquerschnittes von gleichem akustischem Eingangsleitwert. Bekannte Ausnahmen von diesem Bauprinzip der symmetrischen Berandung eines Kanals sind solche Schalldämpfer mit nur einseitiger schallabsorbierender Auskleidungen 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 kostengün-tigstes 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 Schall-feldgrössen 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 antisymmetrische Schallwellenform, bei welcher alle Schallfeldgrössen beiderseits der Symmetriefläche des Kanals entgegengesetzte Vorzeichen haben. Diese antisymmetrische Schallwellenform hat die interessante Eigenschaft, dass sie eine viel höhere Ausbreitungsdämpfung besitzt als die symmetrische Wellenform. Es spielt dennoch im symmetrischen Kanal keine Rolle und wird deshalb in der Literatur kaum behandelt und erwähnt, weil sie im symmetrischen Kanal nicht angeregt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Kulissen-Schalldämpfer so zu gestalten, dass während der Schallausbreitung beständig 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, dass die akustischen Eingangsleitwerte mindestens zweier einander gegenüberliegender Berandungen voneinander verschieden sind. Hierdurch stellte sich überraschenderweise eine sehr einfache und wirkungsvolle Lösung heraus. Eine Erklärung für die Wirksamkeit dieser Massnahme kann darin gesehen werden, dass

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

mit wachsendem Grad der Unsymmetrie der Eingangsleitwerte ein immer grösserer Anteil der antisymmetrischen Wellenform 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 Eingangskitwerten keine geeignete Massnahme sein können, da die Einstellung des Amplitudengleichgewichts zwischen symmtrischer und antisymmetrischer Wellenform, welches dem jeweiligen Grad der Unsymmetrie der Berandung entspricht, eine gewisse Einlauflänge benötigt, welche mindestens gleich dem halben gegenseitigen Abstand einander gegenüberliegender schallabsorbierender Berandungen, oft jedoch gleich dem Einfachen dieses Abstandes ist.

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 gegebenenfalls mit Deckschichten wie Faservlies, Folien, Lochblechen, Draht-, Glas- und Textilgewebe, gelochte oder geschlitzte Platten versehen sind und gegebenenfalls eine Kassettierung aufweisen, wodurch unterschiedliche akustische Eingangsleitwerte in beiden Kulissenoberflächen erzeugt werden. 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 im Innern der Kulisse parallel zu ihrer Oberfläche und 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 aussermittig 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 erfin-dungsgemäss auf einander 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

619804

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.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Teilansicht eines rechteckigen Kulis-sen-Schalldämpfers;

Fig. 2 einen runden Kulissen-Schalldämpfer entsprechend Fig. 1;

Fig. 3 bis 5 drei Diagramme mit einem Leistungs- und Materialaufwandsvergleich zwischen Anmeldungsgegenstand und den bekannten Vorrichtungen.

Der Kulissen-Schalldämpfer besteht nach Fig. 1 aus ebenen Kulissen 1 bzw. nach Fig. 2 aus zylindrischen, im wesentlichen konzentrisch angeordneten Kulissen 2. Anders geformte und angeordnete Kulissen sind denkbar. Die Kulissen unterteilen den gesamten Kanalquerschnitt in einzelne Teilkanäle 3 und weisen erfindungsgemäss aussermittig angebrachte schallre- . flektierende Trennwände 4 auf. Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorptionsmaterial, das gegebenenfalls eine Kassettierung und/oder Oberflächenabdeckschichten aufweist, bestehen. Die Fig. 3 zeigt als Beispiel für die Wirksamkeit der erfindungsgemässen Ausstattung eines Kulissen-Schalldämpfers in doppeltlogarithmischer Auftragung die Pegelabnahme Dh auf der Strecke eines Kulissenabstandes h als Funktion der Frequenz f und zwar für konstante Gesamtdicke di + d2 der Kulissen und konstanten gegenseitigen Kulissenabstand h jedoch für jeweils verschiedene Verhältnisse di/d2 der durch die Trennwand geschaffenen Absorbertiefen di und d2.

Das Dickenverhältnis di/d2 = 1 entspricht dem Stand der Technik mit einer Trennwand oder einer Symmetriefläche in der Kulissenmitte. Die Kulissen bestehen in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel aus Mineralfaserabsorbern mit einem Strömungswiderstand der gesamten Absorptionsschicht von 80 Rayl und mit kassettierenden Unterteilungen. Der technische Fortschritt ist an der Erhöhung der Schalldämpfung auf der tieffrequenten Kurvenflanke der erfindungsgemässen unsymmetrischen Kulisse gegenüber den bekannten symmetrischen Kulissen zu erkennen. Der 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 Fig. 3 gezeigten Beispiel lässt die gewählte doppeltlogarithmische 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 Fig. 4 die Frequenzkurve der Dämpfung in doppeltlogarithmischem Massstab und zwar für die verschiedenen Dickenverhältnisse di/d2 der Kulissen bestehend aus kassettierten Mineralfaserplatten unter Beibehaltung der Gesamtdicke di+d2 zweier benachbarter Kulissen und unter Beibehaltung der gleichen lichten Kanalweite bei allen Aufbauten. Die Kurve mit di/d2 = 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 wer-

3

5

10

15

20

2"

30

35

40

45

50

>>

hO

65

619804 4

den kann, zeigt das Diagramm in Fig. 5. In diesem Falle werden die Dämpfung der symmetrischen Kulissenanordnung, gehen jeweils zwischen zwei dickere Kulissen, welche die Schall- kann, erkennbar. Dieser hohe Zugewinn an Dämpfung kann dämpfung bei den tiefen unteren Frequenzen bestimmen, dün- gemäss der Erfindung erzielt werden durch einen Mehrauf-

nere Kulissen eingeschoben. Um dabei den freien Querschnitt wand an Material und Bauvolumen, der nur etwa ein Viertel des unverändert zu lassen, also den Druckverlust des Schalldämp- s Aufwandes bei der symmetrischen Vergleichsanordnung nach fers nicht zu erhöhen, sind die dicken Kulissen vorher um die dem bekannten Stand der Technik beträgt.

Dicke der dünnen Kulissen auseinanderzurücken. Das Ergebnis dieser Anordnung ist in Fig. 5 in den Frequenzkurven der Demgegenüber ist eine Verbesserung bei den Beispielen

Dämpfung dargestellt. Auch in diesem Falle bestehen die Kulis- nach Fig. 3 und 4 erzielt worden, ohne insgesamt den Material-

sen aus kassettierten Mineralfaserplatten. Hierbei ist ein deutli- io verbrauch im Vergleich zu den bekannten symmetrischen eher Zuwachs an Schalldämpfung für die Frequenzen der obe- Kulissen zu erhöhen und ohne den gesamten freien Querschnitt ren Kurvenflanke, der bis zu einem Faktor Acht, angewandt auf zu verkleinern.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims

619804 PATENTANSPRÜCHE

1. Kulissen-Schalldämpfer mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden 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 gegenüberliegenden 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 (4) ausserhalb der Kulissenmitte angeordnet ist.

3. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissen (1,2) aus Schallabsorptionsmaterialien, insbesondere Mineralfasern, Glasfasern, offenzelligen Schäumen bestehen, die gegebenenfalls mit Deckschichten wie Faservlies, Folie, Lochblech, Draht-, Glas-und Textilgewebe, gelochten oder geschlitzten Platten versehen sind und gegebenenfalls eine Kassettierung aufweisen.

4. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schallreflektierenden Trennflächen insbesondere aus Metall, Holz, Gipsplatten, Asbestzementplatten, Kuntstoff und/oder aus Klebemitteln bzw. -schichten und/oder Produktionshäuten auf Schallabsorptionsmaterialien bestehen und dass sie gegebenenfalls durch Schichten (4) aus Schallabsorptionsmaterialien mit Unterschied des spezifischen Strömungswiderstandes im Vergleich zu dem spezifischen Strömungswiderstand der Nachbarschichten gebildet sind.

5. Kulissen-Schalldämpfer gemäss Anspruch 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich beiderseits der schallreflektierenden Trennfläche (4) Schallabsorptionsmaterialien und/ oder Deckschichten mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften befinden.

6. Kulissen-Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass nebeneinander abwechselnd Kulissen (1,2) unterschiedlicher Dicke angeordnet sind.