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Schwinger zur Minderung der Schall= abstrahlung, z. B. von Maschinen
und Apparaten Aus der Akustik ist es bekannt, daß die von einem Biegeschwingungen
ausführenden Schallstrahler abgestrahlte Schalleistung bei konstanter Schwingungsamplitude
und konstanter Frequenz um so kleiner ist, je geringer der Abstand der Schwingungsknotenlinien
der schallabstrahlenden Fläche ist.
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Diese Tatsache kann man sich bei der Lärmbekämpfung zunutze machen,
indem man gleichphasig schwingende Flächen der störenden Schallquelle mechanisch
in gegenphasig schwingende Teilflächen auflöst. Bei Schallquellen, deren Schalldruckamplitude
sich durch eine bestimmte Frequenz auszeichnet, kann man die erforderliche Phasendrehung
von 18U° auf Grund der aus der Lehre von den ungedämpften erzwungenen Schwingungen
bekannten Tatsache dadurch erzielen, daß Schwinger, die oberhalb ihrer Eigenfrequenz
angeregt werden, gegenphasig zur Anregung schwingen.
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In Anwendung dieser theoretischen Erkenntnisse ist es bereits bekannt,
die auf einer gleichphasig schwingenden Fläche in bestimmten Abständen anzubringenden
Schwinger z. B. als Kreisscheiben auszubilden, wobei die Anregung über den zentrisch
angebrachten Befestigungsstift erfolgt.
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Außerdem ist es bekannt, den durch die starre Ankopplung bedingten
gleichphasig schwingenden Innenbezirk der Kreisscheiben dadurch klein zu halten,
daß man die Eigenfrequenz der Scheiben etwas kleiner macht als die Erregerfrequenz,
wobei an einen Betrag von etwa 5 1/o gedacht ist. Die Feineinstellung der Schwingungsamplitude
erfolgt dabei durch mehr oder weniger starke Bedämpfung der Kreisscheiben.
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Die bekannte Ausführung der Schwinger hat sehr entscheidende Nachteile:
1. Die Kreisscheiben sind akustisch Strahler von mindestens erster Ordnung. Da die
Wirkungsweise der Schwinger fordert, daß ihre Abmessungen klein gegenüber der Wellenlänge
des erregten Luftschalles sein müssen, ist ein Druckausgleich zwischen Vorder- und
Rückseite der Scheiben leicht möglich, wodurch eine Verringerung und Phasendrehung
des abgestrahlten Schalles hervorgerufen wird.
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2. Die Schallabstrahlung der durch die Kreisscheiben verdeckten Flächenteile
wird nur behindert, jedoch nicht verhindert. Die Auflösung in gegenphasig schwingende
Teilflächen ist daher nicht in vollem Ausmaß erreicht.
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3. Die starke Annäherung der Eigenfrequenz an die Erregerfrequenz
hat zur Folge, daß der Einfluß der in der Praxis immer vorhandenen Werk-Stoffdämpfung
sich bemerkbar macht. Dadurch wird unter anderem eine Verringerung der Phasenverschiebung
hervorgerufen, die den gewünschten akustischen Effekt weiter reduziert. Das Feineinstellen
der optimalen Schwingungsamplitude durch Bedämpfen ist aus den gleichen Gründen
nachteilig.
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Zusammenfassend kann man folgende überlegungen anstellen: Wenn eine
Wand Schwingungen ausführt, dann versetzt sie die Luft in Schwingungen, die als
Ton wahrgenommen werden. Durch die bekanntenSchwinger wird im Bereich der Schwingeroberfläche
die Wand abgeschirmt, an dieser Stelle sendet also die Wand selbst nicht direkt
Schwingungen aus. Der Schwinger bewegt sich nun synchron mit der schwingenden Wand,
und da er voraussetzungsgemäß in Resonanz arbeiten soll, schwingt er in der Mitte
zwangläufig in Phase mit der Wand, am Umfang jedoch in Gegenphase. Es werden also
auf engem Raum nebeneinander phasenverschobene Schwingungen ausgestrahlt, die sich
auslöschen, wodurch die Schalldruckamplitude herabgemindert wird.
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Bei dem Schwingungsvorgang des Schwingers relativ zu der schwingenden
Wand entsteht im Raum dazwischen ein ständiger Druckwechsel, der sich nach den Seiten
ausgleichen kann. Durch diesen Druckausgleich wird die Tonabstrahlung der Wand an
dieser Stelle noch unterstützt. Die oben beschriebene Auslöschung der Schwingungen
wird also in erheblichem Ausmaß wieder aufgehoben.
Um eine wirksame
Minderung der Schallabstrahlung z. B. von Maschinen und Apparaten zu erhalten, wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Schwinger derart zylinderförmig auszubilden,
daß der Druckausgleich zwischen seiner schallabstrahlenden Vorderfläche und seiner
rückseitigen Fläche weitgehend unterbunden ist. In der Sprache der Akustik heißt
dies, daß die Schwinger Schallabstrahler nullter Ordnung sind, soweit dies praktisch
erreichbar ist.
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Eine konstruktiv sehr einfache Ausführung ergibt sich, wenn man die
bekannten Schwinger nach Abb. 1 und 2 mit als Kreisscheibe ausgebildeter Fläche
2, die mittels Stift 3 auf der Wand 1 befestigt ist, mit einem möglichst dicht schließenden
Zylinder umgibt, wodurch der Druckausgleich weitgehend unterbunden ist. Da jedoch
die Kreisscheiben in sich schön teilweise, nämlich in der Mitte, gleichphasig mit
dem störenden Schall schwingen, ist die notwendige Aufwendung zu groß für den erreichbaren
Effekt.
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Eine sehr wirksame Anordnung von Schwingern zeigt Abb. 3. Die konstruktive
Gestaltung erfolgt in der Weise, daß man den Schwingern die Form eines vorzugsweise
runden Topfes 4 mit starrem Boden und starren Seitenwänden gibt, in dem eine
luftdicht abschließende Kolbenmembran 5 möglichst dämpfungsfrei schwingen kann.
Die Kolbenmembran wird durch einen weichen Gummiring 6 lose an den Topf gekoppelt.
Eine andere Möglichkeit, die Kolbenmembran in den Topf zu lagern, ist in Abb. 4
dargestellt und besteht darin, daß man eine möglichst schlappe Membran 7 als Träger
für die aufgebrachte Masse 8 benutzt. Die Masse dieser Schwinger ist die Membran
7 mit der darauf aufgebrachten Masse 8, die Feder das eingeschlossene Luftvolumen.
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Die Anbringung solcher Topfschwinger auf der den Schall abstrahlenden
Wand kann auf verschiedene Weise erfolgen.
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In Abb. 5 bis 6 sind einige Möglichkeiten skizziert. Bei der in Abb.
5 und Abb. 6 skizzierten Anbringung ist ersichtlich, daß die durch die Schwinger
abgedeckten Flächen zur Schallabstrahlung nicht mehr beitragen. Die zur Herstellung
akustisch optimaler Verhältnisse erwünschte Regelbarkeit der Schwingungsamplitude
der Membran läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß man den Schwinger
abstimmbar macht, indem man das Luftvolumen in dem Topf verändert, wodurch die Federstreife
des Schwingers variiert wird. Dadurch vermeidet man den mit der Einstellung der
Schwingungsamplitude durch Bedämpfen verbundenen Nachteil. Eine mögliche Ausführungsform
für einen auf diese Weise abstimmbaren Schwinger ist in Abb. 7 dargestellt und besteht
darin, daß man den Topf aus einem Unter- 9 und einem Oberteil 10 zusammensetzt.
Die beiden Teile können derart in bekannter Weise gegeneinander bewegt werden, daß
das eingeschlossene Luftvolumen verändert wirrt. Das Abdichten und Feststellen der
Teile gegeneinander erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise nach dem Stopfbuchsenprinzip.