DE102006033880B4

DE102006033880B4 - Schallabsorberanordnung

Info

Publication number: DE102006033880B4
Application number: DE200610033880
Authority: DE
Inventors: Jochen Renz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2026-07-22
Also published as: DE102006033880A1

Abstract

Schallabsorberanordnung mit einem Schallabsorber, bei dem der Schallabsorber mit stets endlicher Ausdehnung ganzflächig zwischen zwei schallharten Wänden mit ebenfalls mindestens einseitig ebenfalls endlicher Ausdehnung angeordnet ist, und wobei der Schallabsorber über seine offenen, schmalen Seiten seine absorbierende Wirkung entfaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schallabsorberanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Konventionelle Schallabsorber bieten ihre möglichst große poröse/faserige, dem Schallfeld zugekehrte Oberfläche den Schallwellen so offen wie möglich dar, damit diese in das jeweilige Dämpfungsmaterial möglichst ungehindert eindringen und sich in demselben durch Reibung in Wärme umwandeln können. Für diese Aufgabe sollte der Strömungswiderstand des Dämpfungsmaterials an den der Luft optimal angepasst werden (siehe dazu das „Anpassungs"-Gesetz in Kap. 4 Schallabsorber und Schalldämpfer, Prof. Helmut Fuchs, Springer Verlag 2006 [1]). Bei größeren Absorbern (z. B. Akustik-Decken oder -Putzen, Boden-Belägen und Wand-Verkleidungen wächst ihre „äquivalente Absorptionsfläche" A [m²], d. h. ihre Auswirkung auf die Raum-Akustik, proportional mit der Absorber-Oberfläche S_A [m²] linear an. Deshalb ist es auch allgemein üblich, die Wirksamkeit derartiger flächiger Schallabsorber durch ihren auf ihre jeweilige Oberfläche bezogenen „Absorptionsgrad"
zu kennzeichnen. Man meint auch grundsätzlich davon ausgehen zu müssen, dass die Leistungsfähigkeit eines solchen Absorbers entsprechend sinkt, wenn man größere Teile seiner dem Schallfeld zugewandten Oberfläche durch eine schallundurchlässige Schicht, z. B. eine schwere Holzplatte, oder durch einen großen Gegenstand, z. B. einen Schrank, abdeckt oder verstellt.
Wenn man, wie oft notwendig, gezwungen ist, den porösen/faserigen Absorber durch eine dünne Kunststoff-Folie z. B. gegen Abrieb oder Verschmutzung zu schützen, so schätzt man den dann entsprechend der flächenbezogenen Masse m" [kg/m²] dieser Abdeckung nicht mehr vollständigen Schalldurchgang nach Abschn. 4.1 in [1] gemäß m'' ≤ 90f (2)ab: Je höher die Frequenz f ist, die noch wenigstens zu 80% durchgelassen und dahinter im Dämpfungsmaterial „geschluckt" werden soll, umso leichter muss die Abdeckung sein, z. B. für 1 000 Hz nur 90 g/m².
Muss man den Absorber, z. B. zum Zwecke des Sicht- oder Berührungsschutzes, durch eine dickere und damit entsprechend schwerere Platte abdecken, so perforiert man diese Abdeckung mit Löchern oder Schlitzen auf der gesamten Fläche S_A und schätzt den dann entsprechend ihrer Dicke t [mm] und ihrer Lochfläche S_L [m²] mit
nicht mehr vollständigen Schalldurchgang nach Abschn. 4.1 in [1] gemäß σ ≥ ft750 (4)ab: Je höher die Frequenz ist, die noch wenigstens zu 80% durchgelassen und dahinter im Absorptionsmaterial „geschluckt" werden soll, um so größer muss der Perforationsgrad σ sein, z. B. für t = 15 mm und f = 1 000 Hz mindestens 20%. Bei 4 000 Hz wäre bei einer solchen Abdeckung ein Transmissionsgrad nicht mehr von 80, sondern nur noch von 20% zu erwarten.
Für σ weit unter 20% erwartet man hingegen nur eine relativ schmalbandige Dämpfung bei mittleren Frequenzen nach Art eines Helmholtz-Resonators gemäß Abschn. 6.1 in [1] bzw. eines „Schlitz-Absorbers" gemäß Abschn. 6.2 in [1]. Wenn dagegen eine nicht perforierte Abdeckung viel schwerer als oben angedeutet ist, so erwartet man eine wiederum relativ schmalbandige Dämpfung bei tieferen Frequenzen nach Art eines Folien- oder Platten-Resonators gemäß Abschn. 5.1 oder 5.2 in [1]. Beim Verbundplatten-Resonator VPR gemäß Abschn. 5.3 in [1] und der Europäischen Patentschrift 0 811 097 erwartet man zusätzlich noch eine Absorption bei mittleren Frequenzen für den Fall, dass man den senkrecht oder auch schräg auf die schwere Front- und Schwingplatte auftreffenden Schallwellen ermöglicht, um die Kanten besagter Platte herum gebeugt und im dahinter angeordneten Dämpfungsmaterial absorbiert zu werden. Dazu muss man nur den Verbund platten-Resonator rundum offen (ohne Rahmen) lassen. Wenn man vor dem Verbund-Plattenresonator noch eine poröse/faserige Dämpfungsschicht anordnet, dann kann man bekanntlich einen sehr breitbandig von sehr tiefen (z. B. 50 Hz) bis zu sehr hohen Frequenzen (z. B. 8 000 Hz) hochwirksamen Schalldämpfer erhalten, den so genannten Breitband-Kompaktabsorber gemäß Abschn. 10.1 in [1] und dem Deutschen Gebrauchsmuster 298 15 712 .
Alten diesen sehr verschiedenen Schallabsorbern ist trotz ihrer unterschiedlichen Wirkungsmechanismen gemeinsam, dass sie Schall stets etwa proportional zu ihrer dem Schallfeld dargebotenen Fläche S_A zu schlucken imstande sind: Je größer die mit ihnen belegte Raumoberfläche ist, umso starker ist die Raumdämpfung, die man durch die Nachhallzeit T [s], nach T = 0.163VA (5)abhängig vom Raum-Volumen V [m³], kennzeichnet.
Allen oben nach dem Stand der Technik und des Wissens beschriebenen Absorbern ist ebenfalls gemeinsam, dass sie für eine maximale Bedämpfung eines geschlossenen Raumes wirksamer werden können, wenn man sie nicht frei im Raum, sondern in einer Raumkante oder gar in einer Raumecke anordnet, weil sich dort, insbesondere bei den tiefen Frequenzen, die Schallenergie stets stark konzentriert.
Immer erwartet man aber eine entscheidende Minderung der Wirksamkeit von Schallabsorbern in ihrem jeweiligen Wirkungsspektrum, wenn man diese groß- oder gar ganzflächig mit einer schallundurchlässigen und nicht schwingfähigen, auch als schallhart zu bezeichnenden Platte oder einem entsprechenden Gegenstand abdeckt, sie z. B. hinter einer Tafel oder einem Schrank mit einer schweren eigenen Schrank-Wand im Zwischenraum zu einer ebenfalls schallharten Raum-Wand so anbringt, dass sie ganz hinter einer solchen Abdeckung "verschwinden", gleichgültig an welcher Begrenzungsfläche des Raumes dies geschieht. Wenn man den Rand des Absorbers offen ließe, würde man zwar noch eine gewisse Absorption bei mittleren Frequenzen in Folge des oben im Zusammenhang mit dem VPR angesprochenen Beugungseffektes erwarten. Aber insgesamt erwartet der Fachmann durch diese völlig "abwegige" Anbringung eines Absorbers hinter einem schallundurchlässigen Gegenstand eine dramatische Verschlechterung seiner nach Norm gemessenen und durch entsprechende Prüfzeugnisse verbrieften schalltechnischen Wirksamkeit.
Dieses in zahlreichen Fachbüchern (siehe z. B. auch die Quelle [2]) dokumentierte Wissen hat auch bereits vielfältige Anwendungen in und an Einrichtungsgegenständen wie z. B. Schränken, Regalen, Tischen und Stellwänden auf den Markt gebracht. Stellvertretend für viele entsprechende Patentanmeldungen werden hier diskutiert:
DE 1 760 011 U : Es werden Möbelstücke (hier: Wandschirme und Schränke nach 1–6) beschrieben, deren Wände und gegebenenfalls auch Türen aus einem selbst tragenden Schall schluckenden Material bestehen. Diese großflächig dem zu dämpfenden Schallfeld zugewandten Oberflächen können ihre den Lärm mindernde Wirkung dann besonders gut entfalten, wenn sie, wie in 7 dargestellt, möglichst frfei im jeweiligen Raum aufgestellt werden.
DE 24 19 879 A1 : Es wird ein Schall schluckender Belag beschrieben, der ebenfalls an den Oberflächen von Wänden und Türen von Möbelstücken großflächig aufgebracht wird. Wie in 3 gezeigt, "lassen sich bei erfindungsgemäß ausgebildeten Einzelelementen große Schrankwände zusammenstellen, die eine geschlossen und einheitlich wirkende Gesamtoberfläche zeigen..." (S. 3 Z. 18–23). Nach 2 bilden die ringsumlaufenden Ränder (6) und die Rückwand (8) eine schallharte Wanne, in welche das Schall schluckende Material (7) eingelegt ist. Sofern eine Anbringung dieses Belages an Rückwände z. B. von Schränken überhaupt angesprochen wird (S. 8 Z. 5–8), kann dieser seine Schall schluckende Wirkung aber wiederum nur entfalten, wenn dieser Belag seine große Oberfläche dem zu dämpfenden Schallfeld zuwendet, weil die Ränder (6) keinerlei den Schalleintritt ermöglichenden Durchbrechungen (4) enthält.
DE 237 07 702 U1 : Es werden wiederum Einrichtungsgegenstände (1) beschrieben, die _"aus Bauplatten aus schallschluckendem Material mit einer offenporigen und/oder gelochten Oberfläche (3) bestehen" (Anspruch 1 Z. 3–5). Da auch diese Bauplatte „umlaufende Ränder (4) mit vergleichweise hoher Festigkeit" (Anspruch 1 Z. 6) bzw. allseitig mit einem Umleimer versehen ist" (Anspruch 2) bzw. "mit einem umlaufenden Rahmen (4) eingefasst ist" (Anspruch 4), kann sie ihre Schall schluckende Wirkung ebenfalls nur entfalten, wenn sie großflächig dem zu dämpfenden Schallfeld zugewandt wird.
Allen drei Schriften ist gemeinsam, dass die Schallabsorber selbst als Bauteile oder als äußerlich angebrachte Beläge von Einrichtungsgegenständen in Erscheinung treten müssen und so die Innenraumgestaltung optisch sowie haptisch stark beeinflussen. Diese allen vorbekannten Schallabsorbern für die Raumakustik gemeinsamen Eigenschaften schränken die architektonischen sowie ergonomischen Möglichkeiten in anspruchsvollen Arbeits- und Aufenthaltsräumen erheblich ein.
Aufgabe der Erfindung ist die Einsatzmöglichkeit der Schallabsorber zu verbessern und insbesondere die „unschönen" Formen der oft kastenförmigen Schallabsorber nicht so in den Raum zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nach den obigen Ausführungen über die Schallabsorber war es überraschend, als man durch Messungen nach DIN EN ISO 354 in einem nach Abschn. 5.3 in [1] bedämpften Hallraum nachweisen konnte, dass diese spezielle Anordnung von 6 Breitband-Kompaktabsorbern hinter 6 im Übrigen durchaus serienmäßigen und marktüblichen Schränken mit jeweils schwerer hölzerner Rückwand im Zwischenraum zu einer Raumwand aus Beton nach 1 bei Frequenzen oberhalb etwa 500 Hz nur eine verhältnismäßig kleine Verringerung der Absorptionsfläche bringt, wenn man das Ergebnis der "abwegigen" Prüfanordnung an der Hallraum-Wand nach 3 vergleicht mit der "normalen" Prüfanordnung derselben Schränke mit rückseitig befestigten Breitband-Kompaktabsorbern nach 2 Ebenso überraschend ist eine deutliche Anhebung der so gemessenen Absorptionsfläche für Frequenzen unter 500 Hz gemäß 1.
Dass der Verlauf der Messkurven in 1 unter 500 Hz etwas ungleichmäßig ist, deutet zwar darauf hin, dass bei den tieferen Frequenzen das Ergebnis noch etwas von der Schallfeldverteilung und damit auch von der Anordnung des Prüflings im Raum abhängig ist, obgleich dieser Effekt durch die Grunddämpfung des Raumes nach Abschn. 5.3 in [1] bereits stark abgeschwächt werden konnte. Es bleibt aber eine deutliche Verbesserung der Absorptionswirkung der Prüflinge zwischen 63 und 500 Hz erkennbar, auch wenn man durch die Messungen einmal mehr darauf hingewiesen wird, dass die Absorptionsgrade von Schallabsorbern in geschlossenen Räumen immer vom Ort ihrer Anordnung im Raum abhängig sein müssen (siehe Kap. 2 von [1]).
Viel wichtiger ist aber die durchaus neue Erkenntnis, dass Schallabsorber im gesamten relevanten Frequenzbereich zwischen 63 und 5 000 Hz ihre Wirksamkeit behalten können, auch wenn man sie derart massiv z. B. hinter Schränken im engen Zwischenraum zu einer schallharten Raumwand installiert, so dass sie vollständig hinter denselben verschwinden, auch nicht etwa irgendwo überstehen. Mit ca. 2 m² äquivalenter Absorption „schluckt" der verdeckt wirksame Breitband-Kompaktabsorber in der Anordnung nach 1 überraschenderweise noch deutlich mehr Schall, als ein offenes Fenster mit gleicher Öffnungsfläche (1.5 m²) als sozusagen idealer Absorber zu schlucken in der Lage ist.
Nach Anspruch 1 kann der Schallabsorber als Raumteiler verwendet werden, wenn der Absorber zwischen 2 harten Abdeckungen eingebracht ist. Anspruch 2 kann für einen einfachen Absorber an einer Raumwand Anwendung finden. Im Fall einer Anbringung des Schallabsorbers an der Rückwand einer Regalwand wird der Schallabsorber von den im Regal befindlichen Akten oder Büchern verdeckt wirksam. Das gleiche gilt ebenfalls für eine Anordnung hinter Wandtafeln oder großen Bildschirmdisplays, z. B. Plasmadisplays.
Derart verdeckt wirksame Breitband-Schallabsorber – gleichgültig welcher Bauart und Auslegung – sind außerordentlich willkommen in Zeiten, da man im zeitgenössischen Innenausbau insbesondere von kommunikationsintensiv genutzten Räumen (z. B. Büro- und Klassenzimmern, aber auch Konferenzräumen und Restaurants) oft größte Schwierigkeiten hat, überhaupt freie Raumbegrenzungsflächen für die Anbringung irgendwelcher Schallabsorber zu finden (siehe z. B. Abschn. 11.6.3 bis 11.6.5 in [1]). Da es aber kaum Arbeits-, Schulungs-, Wohn- und Freizeiträume gibt, an deren Wänden nicht wenigstens einige Schränke oder ähnliche Gegenstände aufgestellt sind, eröffnet die erfindungsgemäße Absorberanordnung ganz neue Möglichkeiten für die raumakustische Gestaltung in Räumen, in denen es auf geringe Lärmpegel, akustische Behaglichkeit und gute Sprachverständlichkeit ankommt.
Die Wirksamkeit der erfindungsgemäß verdeckt wirksamen Breitband-Kompaktabsorber kann noch gesteigert werden, wenn man den verdeckenden Gegenstand gemäß 4 z. B. an 3 Seiten – oben, links und rechts – zusätzlich mit einer Schicht aus porösem/faserigem Dämpfungsmaterial abdeckt. Die dadurch bewirkte Erhöhung der Absorptionsfläche pro Schrank mit Absorbern oberhalb 500 Hz gemäß 5 kommt nach dem zuerst beschriebenen Ergebnis in 1 nicht mehr überraschend. Dass aber durch den eigentlich nur bei höheren Frequenzen wirksamen zusätzlichen Rand-Absorber auch die Wirksamkeit der vollständig verdeckten Tiefen-Absorber nochmals gesteigert werden konnte, macht die gesamte Anordnung noch interessanter und wertvoller. Einen ähnlichen Effekt kann man nämlich erwarten, wenn man den zusätzlichen konventionellen Absorber nicht an dem verdeckenden Gegenstand anbringt, sondern an den Begrenzungsflächen des Raumes (Wand oder Decke) neben der erfindungsgemäßen Anordnung.
Die nach der Norm zulässige, aber vielleicht etwas ungewöhnliche Anordnung der Prüflinge vor einer Hallraumwand entspricht natürlich besser der tatsächlich in der Praxis vorgesehenen Installation der erfindungsgemäßen Schallabsorber als jede Anordnung in Raummitte. Es sei aber nochmals betont, dass die Wirksamkeit auch dieser neuartigen Absorber/Schrank-Konstellation wegen der nicht zu vermeidenden Raumeinflüsse von Anwendung zu Anwendung etwas variieren kann. Die offensichtlichen Vorteile der verdeckten Montage bleiben aber in jedem Falle erhalten.
Wegen des besonderen Bedarfs an tieffrequent wirksamen Schallabsorbern in der Raumakustik wurde die erfindungsgemäße Anordnung am Beispiel eines im gesamten Audiobereich wirksamen Breitband-Absorbers diskutiert. Man kann aber fachmännisch davon ausgehen, dass die Anordnung auch für beliebig schmalbandig oder nur hochfrequent wirksame Absorberschichten im Zwischenraum zwischen Schränken und Wänden wie beschrieben funktioniert. Auch kann man statt eines Schrankes oder einer Tafel beliebige Gegenstände vor dem an einer Wand oder Decke montierten Absorber anbringen, stellen oder hängen. Schließlich kann man den beliebig aufgebauten Absorber statt an Wand oder Decke auch an beliebigen Einrichtungsgegenständen montieren oder den Absorber in dieselben völlig integrieren, so dass der Absorber bei Veränderung der Aufstellung dieser Gegenstände im Raum automatisch „mitgeht" und bei jeder neuen Konfiguration im Raum wiederum seine schalltechnische Funktion uneingeschränkt erfüllt. So können die verschiedensten Einrichtungsgegenstände neben ihrem funktionalen, optischen, haptischen oder künstlerischen Gebrauchswert zusätzlich den gesamten raumakustischen Bedarf im Raum abdecken. Auf separate Akustikdecken und -putze, weiche Gehbeläge und aufwändige Wandverkleidungen könnte man so in vielen Fallen ganz verzichten – so wie dies heute schon möglich ist durch die Integration von Schallabsorbern in Wandsysteme und Systemwände nach Abb. 10.2 in [1], wobei aber keine den Schall durchlassenden „Verdeckungen" die Schallabsorber bedecken. Auch ist diese neue Anordnung sehr Platz sparend.

[1] Fuchs, H. V.: Schallabsorber und Schalldämpfer – Innovative Akustikprüfstände. Springer Berlin/Heidelberg/New York 2004, ISBN 3-540-40330-2
[2] Fuchs, H. V. und Möser, M.: Schallabsorber. In: Taschenbuch der Technischen Akustik. Springer Berlin/Heidelberg/New York 2004, ISBN 3-540-41242-5

1 zeigt die äquivalente Absorptionsfläche eines Breitband-Kompaktabsorbers in rückseitiger Verbindung mit einem Schrank nach 2 bzw. 3, gemessen nach DIN EN ISO 354 in „normaler" Anordnung in Raummitte (•) bzw. an der Wand (∎).
2 sechs Breitband-Kompaktabsorber in rückseitiger Verbindung mit 6 Schränken bei Aufstellung frei in Hallraummitte.
3 sechs Breitband-Kompaktabsorber in rückseitiger Verbindung mit 6 Schränken bei Anbringung unmittelbar vor einer Hallraumwand.
4 einen Schrank der 2 und 3, aber mit zusätzlichen konventionellen Absorber 1 an den Seitenwänden der Schränke und
5 wie in 1 die äquivalente Absorptionsfläche, aber mit zusätzlichen konventionellen Absorber an den Seitenwänden der Schränke.

Claims

Schallabsorberanordnung mit einem Schallabsorber, bei dem der Schallabsorber mit stets endlicher Ausdehnung ganzflächig zwischen zwei schallharten Wänden mit ebenfalls mindestens einseitig ebenfalls endlicher Ausdehnung angeordnet ist, und wobei der Schallabsorber über seine offenen, schmalen Seiten seine absorbierende Wirkung entfaltet.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand ein Teil einer Raumwand ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand mit mindestens einem Teil der Rück- oder Seitenwand, oder des Oberteils oder des Unterteils eines Einrichtungsgegenstandes verbunden ist oder selbst ein Teil der Rück- oder Seitenwand oder des Oberteils eines Einrichtungsgegenstandes ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Raumwand die eine Wand bildet und die andere Wand mit mindestens einem Teil der Wand des Einrichtungsgegenstandes verbunden ist oder die andere wand selbst ein Teil der Wand des Einrichtungsgegenstandes ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wände teilweise Wände von Einrichtungsgegenständen sind, z. B. Rückwände von Raumteilern oder Schrankwänden.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallabsorber ein faseriges, poröses Material oder ein Breitband-Kompaktabsorber ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Einrichtungsgegenstandes ein Breitband-Kompaktabsorber vorgesehen ist und an den Seiten poröses, faseriges Material als Schallabsorber vorgesehen ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtungsgegenstand ein Schrank, eine Schrankwand, ein Regal oder Regalwand, Kommode, Wandpaneel oder Wandtafel ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrichtungsgegenstand ein technisches Gerät, z. B. ein großes Fernsehgerät oder ein großes Fernsehdisplay ist.
Schallabsorberanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallabsorber lösbar mit dem Einrichtungsgegenstand verbunden ist.