CZ36991U1 - Zvukoabsorpční interiérový objekt - Google Patents

Description

Zvukoabsorpční interiérový objekt

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti zlepšování akustického prostředí v interiérech staveb, pro které existuje požadavek na zajištění provozně akusticky přívětivého prostředí. Konkrétně se jedná o umístění solitérních zvukoabsorpčních 3D objektů zajišťujících zkrácení doby dozvuku a snížení celkové hladiny hluku v interiérech staveb.

Dosavadní stav techniky

V současné době se v praxi používají různé solitérní zvukově pohltivé prvky určené pro pohlcování zvuku v interiéru, nicméně jejich provedení je často materiálově velmi podobné, což do značné míry limituje jejich použití. Tyto prvky jsou vesměs vyrobeny z porézních materiálů, které slouží ke zmenšování amplitudy odražené zvukové vlny. Pod pojmem pohlcování zvuku rozumíme nevratnou přeměnu zvukové energie v energii jinou.

Kromě vlákenných materiálů lze pro tlumení zvuku použít i materiály založené na rezonančním principu. Ty je možné rozdělit do tří skupin; uspořádání chovající se jako kmitající membrány, uspořádání chovající se jako kmitající desky a uspořádání na principu Helmholtzova rezonátoru. Nevýhodou těchto prvků je, že jsou „naladěny“ na pohlcování zvuku jen ve velmi úzkém zvukovém pásmu. Pro ostatní frekvence je jejich zvuková pohltivost velmi nízká. Jako příklad lze uvést např. zvukově pohltivý prostředek známý z CZ patentu 304657, který obsahuje alespoň jeden dutinový rezonátor, na jehož alespoň jednom povrchu je pevně uložena rezonanční membrána, která překrývá otvor/otvory ústící do dutiny/dutin dutinového rezonátoru, nebo zvukově pohltivý prostředek známý z CZ patentu 304656, který obsahuje alespoň jednu akustickou rezonanční membránu tvořenou vrstvou polymerních nanovláken, která je pevně připojena k rámu.

V současné době je na trhu nabídka vlákenných akusticky absorpčních solitérních 3D objektů, které snižují hladinu hluku v daném prostředí, nebo jinak přispívají k zajištění provozně akusticky přívětivého prostředí značně materiálově omezená. Většina nabízených prvků je vyrobena z materiálu na bázi minerální vlny, nebo polyethylentereftalátu, nebo plstěného recyklátu PET - polyethylentereftalátu. Akustické prvky založené na rezonančním principu jsou s ohledem na své selektivní absorpční vlastnosti prvky specializovanými, a tedy zakázkově vyráběnými. Nejedená se tedy o běžné tržní produkty.

Nevýhodou všech výše uvedených produktů je, že je nelze bez ztráty akustické účinnosti prosvítit, resp. kombinovat se zdrojem/zdroji světla, což je v případě stropních elementů zásadní problém, protože veřejné budovy, které vyžadují podobná akustická řešení, také obvykle vyžadují dostatek světla. Pokud se na problematiku akustických solitérních interiérových objektů podíváme šířeji a uvažujeme např. objekty vyrobené z textilního materiálu, pak při zachování jejich trans lucentních vlastností jsou jejich akustické vlastnosti zcela zanedbatelné (např. záclony a tenké závěsy). Další možností, jak se vypořádat s průsvitností předmětných objektů je použití folií na bázi polyvinylchloridu. Tyto folie jsou však v neperforováném provedení akusticky zcela nefunkční a jedná se tedy pouze o designové provedení. V případě jejich perforovaného provedení vykazují absorpční vlastnosti pouze na středních a vysokých kmitočtech. Maximální hodnoty činitele zvukové pohltivosti dosahují hodnot 0,45, což je jinými slovy 45% účinnost z hlediska absorpce zvukové energie, a to od oktávového pásma 500 Hz výše. Tyto hodnoty jsou aplikačně použitelné v případě plošných instalací, jsou však zcela nedostatečné v případě aplikací v podobě solitérních prvků. U těch je celková funkční plocha výrazně nižší, než u plošné aplikace a akustická účinnost tedy značnou prioritou. Plošnou aplikací folie na strop nicméně prostor ztrácí jakoukoliv možnost následné manipulace a variability. Kromě toho jsou známé také translucentní skleněné akustické panely GLASIO (Aveton), na bázi multicelulárního vzduchového labyrintu - viz např.

- 1 CZ 36991 UI

CZ UV č. 27170, které jsou jakožto český produkt světovým unikátem. Základní materiál panelu lze kombinovat s vhodnými přísadami, které mu poskytnou různé optické efekty, jako např. fotoluminiscenční, fluorescenční, termochromní, fotochromní apod. - viz. např. CZ UV č. 36619, CZ UV č. 36620, CZ UV č. 36621, CZ UV. č 36622 a CZ UV č. 36623. Nevýhodou těchto panelů je jejich vyšší hmotnost, která komplikuje jejich aplikaci na stropy. V současné době jsou dále známé nanovlákenné vrstvy vyrobené elektrostatickým zvlákňo váním využívajícím zdroj stejnosměrného napětí z roztoku nebo taveniny polymeru, uložené na vhodné nosné vrstvě, zejména textilii apod. Výrobu nanovlákenných vrstev elektrostatickým zvlákňováním popisuje např. WO patent č. 2005042813 nebo WO patent č. 2005024101. Princip elektrostatického zvlákňování s pohybující se zvlákňovací elektrodou ve tvaru válce, která na svém povrchu vynáší roztok nebo taveními polymeru ke zvlákňování popsaný ve WO patentu č. 2005024101 byl vyvinut na Technické univerzitě v Liberci. Unikátní akustické vlastnosti nanovlákenných vrstev jsou dány jednak velkým specifickým povrchem nanovláken, na kterém může docházet k viskózním ztrátám akustické energie, a také schopností nanovlákenné vrstvy rezonovat na vlastní frekvenci, čímž se dosáhne dalších ztrát akustické energie zejména u zvuků nižších frekvencí. Jak popisuje studie Kalinová, K. Resonance effect of nanofibrous membrane for Sound absorption applications Chapter 8 in the Book Resonance,,. IN TECH d.o.o, Rijeka, Croatia, 2017, 153-167 a také CZ PV č. 2005-226, dopadne-li na nanovlákennou membránu zvukové vlnění, uvede ji do vynucených kmitů, jejichž amplituda je maximální v případě rezonance.

Akustické parametry zvukově pohltivých prvků/materiálů jsou povětšinou prezentovány praktickým činitelem zvukové pohltivosti ap [-]. V případě solitérních prvků je však často nutná kvantifikace akustických vlastností pomocí parametru ekvivalentní pohltivé plochy A [m2] odpovídaj ící j ednomu obj ektu.

Každá nově budovaná či rekonstruovaná místnost, na kterou se vztahuje norma ČSN 73 0527, tj. místnost pro veřejné, kulturní nebo školní účely, případně administrativní pracovna, musí mít pro úspěšnou kolaudaci a zejména budoucí provoz vyřešenou prostorovou akustiku.

Vzhledem k výše popsaným nevýhodám známých řešení zvukově pohltivých prvků pro interiéry existuje v současné době poptávka po alternativních akustických řešeních.

Cílem technického řešení je návrh tvarově variabilního a designového akusticky solitérního interiérového objektu nízké hmotnosti a vysoké akustické účinnosti rovněž v oblasti středních kmitočtů, čímž jsou myšleny hodnoty činitele zvukové pohltivosti alespoň 0,7 v oktávových pásmech 500 Hz až 2 kHz. Nedílnou součástí těchto objektů by byla zároveň jejich světelná funkce.

Podstata technického řešení

Na základě dosavadního stavu techniky lze konstatovat, že na trhu neexistuje akusticky efektivní zvukoabsorpční interiérový objekt, který vykazuje translucentní, nebo jiné světelné vlastnosti.

Podstatou technického řešení je tedy vytvoření zcela nového, akusticky fúnkčního interiérového objektu, opatřeného na jeho povrchu souvrstvím, které vytvoření trans lucentních a zvukoabsorpčních vlastností umožňuje.

Jedná se o využití akustických vlastností tenké nanovlákenné vrstvy nanesené na translucentní perforovanou folii. Souvrství díky minimální tloušťce nanovlákenné vrstvy zůstává translucentní, ale jeho absorpční vlastnosti se zvýší minimálně o 30% v oktávovém pásmu 250 Hz a 500 Hz a minimálně o 25% v oktávových pásmech 1 kHz a 2 kHz. Pásmo zvýšené účinnosti tedy pokrývá celý frekvenční rozsah zásadní pro dosažení vyšších hodnot srozumitelnosti mluveného slova.

-2 CZ 36991 UI

Souvrství si zároveň zachovává technické vlastnosti folie, která umožňuje vytváření předmětných objektů v prakticky neomezených tvarech včetně zborcených ploch, kterých pomocí deskových materiálů není možné dosáhnout.

Rámovým a nosným systémem těchto akustických objektů jsou ve výhodném provedení hliníkové profily, které jsou lehké, snadno tvarovatelné a obrobitelné. Rámový a nosný systém však může být též tvořen ocelovými nebo kompozitními profily.

Tvarové možnosti takto vytvořených akustických objektů při zachování jejich akustické zvukoabsorpční efektivity a translucentnosti jsou téměř neomezené.

Konkrétně je akustický solitérní objekt podle technického řešení tvořen rámovým a nosným systémem, opatřeným upínacími prvky pro připevnění opláštění k tomuto systému, které je tvořeno nejméně ze 40% translucentním souvrstvím perforované folie, na kterou je nanesena nanovlákenná vrstva, přičemž konstrukčním provedením je v tomto objektu vytvořena uzavřená, nebo polouzavřená akustická dutina, která je výhodně osazena světelným zdrojem, který prosvětiuje opláštění objektu.

Část opláštění, která není tvořena translucentním souvrstvím perforované folie s nanovlákennou vrstvou je pak tvořena plechem a/nebo deskovým materiálem, a/nebo zvukopohltivým materiálem na vlákenné bázi.

Upínacími prvky pro připevnění opláštění krámovému a nosnému systému jsou upínací lišty a/nebo klipové uchycovací prvky a/nebo háčkové úchyty.

Objasnění výkresů

Na obr. č. 1 je schematicky znázorněn zvukoabsorpční interiérový objekt ve tvaru válcového stínidla závěsné lampy, jehož opláštění je tvořeno z 80% translucentním souvrstvím perforované folie, na kterou je nanesena nanovlákenná vrstva, a z 20% z plechu a je tak vytvořena polouzavřená dutina.

Na obr. č. 2 je schematicky znázorněn zvukoabsorpční interiérový objekt ve tvaru kvádru, jehož spodní stěna a boční stěny jsou tvořeny souvrstvím jako podle příkladu č. 1 a jehož horní plocha je tvořeno deskovým materiálem ze dřeva a je tak vytvořena zcela uzavřená dutina.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad č. 1

Zvukoabsorpční interiérový objekt podle tohoto příkladu provedení je tvořen nosným konstrukčním rámem 1 z hliníkových profilů ve tvaru válce stínidla závěsné lampy s upínacími prvky 2 ve formě upínacích lišt. Objekt je opláštěn a opláštění 3 je tvořeno z 80% translucentním souvrstvím perforované folie s nanovlákennou vrstvou. Toto souvrství je vytvořeno tak, že na fólii z polyvinylchloridu s plošnou hmotností 180 g/m² a perforovanou kruhovými otvory o průměru 1 mm s uspořádáním v pravidelném rastru s roztečí 3 mm, se elektrostatickým zvlákňováním s využitím stejnosměrného napětí nanesla vrstva nanovlákna polyamidu o plošné hmotnosti 1 g/m². Otvory ve fólii jsou tak překryty nanovlákennou vrstvou. Takto vytvořené souvrství tvořené folií s nanovlákny je formátově upraveno a napnuto do upínacích prvků 2 ve formě upínacích lišt uchycených na nosném konstrukčním rámu L Opláštění 3 stínidla závěsné lampy souvrstvím tvořeným perforovanou folií s nanovlákennou vrstvou je provedeno po celém obvodu stínidla. Na středové ose hliníkového rámuje připevněn světelný zdroj 5 ve formě LED žárovky, která umožní

-3 CZ 36991 UI prosvícení translucentního souvrství z vnitřní strany. Horní stěna stínidla ve tvaru válce je pak tvořena opláštěním 3 z plechu, čímž je vytvořena polouzavřená akusticky funkční dutina 4.

Příklad č. 2

Zvukoabsorpční interiérový objekt je podle tohoto příkladu v zavěšeném provedení tvaru kvádru, jehož nosný konstrukční rám i je vytvořen z ocelových profilů a je ze všech bočních stran a ze spodní strany opatřen opláštěním 3 tvořeným translucentním souvrstvím perforované folie z polyvinylchloridu s plošnou hmotností 240 g/m² v celé ploše perforovanou kruhovými otvory o průměru 2,5 mm s uspořádáním v pravidelném rastru s roztečí 5 mm a metodou odstředivého zvlákňování nanesené vrstvy nanovláken polyamidu o plošné hmotnosti 2 g/m². Otvory ve fólii jsou tak překryty nanovlákennou vrstvou. Na nosný konstrukční rám 1 z ocelových profilů jsou ještě před uzavřením akusticky funkční dutiny 4 osazeny lišty s připevněným světelným zdrojem 5 ve formě LED osvětlení zajišťující prosvícení translucentního souvrství z vnitřní strany. Horní strana objektu je pak uzavřena dřevěnou deskou, čímž je dutina 4 uzavřena. Opláštění 3 je ke konstrukčnímu rámu 1 přichyceno pomocí upínacích lišt 2.

Průmyslová využitelnost

Zvukoabsorpční interiérový objekt podle technického řešení je využitelný v prostorové akustice, kde je omezena nosnost akustických systémů a dále do aplikací s důrazem na světelnou estetiku a design.

Claims (5)

1. Zvukoabsorpční interiérový objekt, vyznačující se tím, že je tvořen nosným konstrukčním rámem (1) opatřeným upínacími prvky (2), pro připevnění opláštění (3) k tomuto nosnému konstrukčnímu rámu (1), přičemž opláštění (3) je tvořeno nejméně ze 40% translucentním souvrstvím perforované folie opatřené nanovlákennou vrstvou, a že je v něm konstrukčním provedením vytvořena uzavřená a/nebo polouzavřená akusticky funkční dutina (4).

2. Zvukoabsorpční interiérový objekt podle nároku 1,vyznačující se tím, že upínacími prvky (2) pro připevnění opláštění (3) k nosnému konstrukčnímu rámu (1) jsou upínací lišty a/nebo klipové uchycovací prvky a/nebo háčkové úchyty.

3. Zvukoabsorpční interiérový objekt podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že část opláštění (3), která není tvořena translucentním souvrstvím perforované folie s nanovlákennou vrstvou, je tvořena plechem, a/nebo deskovým materiálem na bázi dřeva, a/nebo kompozitem, a/nebo zvukopohltivým materiálem na vlákenné bázi.

4. Zvukoabsorpční interiérový objekt podle nároku 1, vyznačující se tím, že je jeho nosný konstrukční rám (1) tvořen hliníkovou konstrukcí, a/nebo ocelovou konstrukcí, a/nebo kompozitovou konstrukcí.

5. Zvukoabsorpční interiérový objekt podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že je v dutině (4) osazen světelným zdrojem (5) pro prosvětlení opláštění (3), které je tvořeno translucentním souvrstvím perforované folie s nanovlákennou vrstvou.