DE1196877B - Component based on the resonator principle for creating sound-absorbing surfaces or channels - Google Patents
Component based on the resonator principle for creating sound-absorbing surfaces or channelsInfo
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Description
Bauelement nach dem Resonatorprinzip zur Erstellung von schalldämpfenden Flächen oder Kanälen Die Erfindung betrifft ein Bauelement nach dem Resonatorprinzip zur Erstellung von schalldämpfenden Flächen, bestehend aus einem eine Schallschluckkammer bildenden kastenförmigen Gehäuse od. dgl. mit gelochtem Boden.Component based on the resonator principle for creating sound-absorbing Areas or channels The invention relates to a component based on the resonator principle for creating sound-absorbing surfaces, consisting of a sound-absorbing chamber box-shaped housing or the like with a perforated bottom.
Ein Fertigungsprogramm für schalldämpfende Flächen oder Kanäle, welches die wesentlichen Parameter von Schalldämpfstrecken, wie Längsdämpfung, Frequenzverhalten, Querschnitts- und Längsabmessungen, berücksichtigt, setzt Bauelemente nach dem Resonatorprinzip mit derart gestuftem Frequenzverhalten voraus, daß sie den gesamten Bereich der Lüftungs- und Raumakustik erfassen und nach Baukastensystem zu den jeweils erforderlichen Scballdämpfstrecken zusammensetzbar sind.A production program for sound-absorbing surfaces or ducts, which the essential parameters of sound attenuation sections, such as longitudinal attenuation, frequency behavior, Cross-sectional and longitudinal dimensions, taken into account, set components according to the resonator principle with such a stepped frequency response that they cover the entire range of Record ventilation and room acoustics and use the modular system to determine what is required in each case Scball damping sections are composable.
Die bekannten Vorteile von Resonatoren, beispielsweise hoher Schalldruckgrad bei tiefen Frequenzen und geringere Schichtdicken als beim Absorptionsdämpfer bei gleicher Frequenz, haben dennoch zu keiner nennenswerten Verbreitung derselben geführt, weil die bisherigen Einzelanfertigungen hauptsächlich wegen der Kammerbauweise und der Lochung der dicken Trennwände zu unwirtschaftlich waren und daher auf verhältnismäßig wenige Sonderfälle beschränkt blieben.The well-known advantages of resonators, for example a high level of sound pressure at low frequencies and lower layer thicknesses than with the absorption damper same frequency, but did not lead to any noteworthy spread of the same, because the previous custom-made products mainly because of the chamber construction and the perforation of the thick partitions were too uneconomical and therefore on relatively a few special cases remained limited.
Es sind bereits Elemente nach dem Resonatorprinzip zur Erstellung von schalldämpfenden Flächen oder Kanälen bekannt, wobei wenigstens ein Teil der Oberfläche dieser Kanäle aus den schallverschluckenden Frontpartien einer Vielzahl einzelner, schallabsorbierender Strukturbaueinheiten bestehen, die im wesentlichen die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds aufweisen und bei denen zwei Paare gegenüberliegender, nichtperforierter Flächen und eine fünfte schallverschluckende Fläche vorhanden sind. Die Maße der fünften Fläche sämtlicher Einheiten sind im wesentlichen identisch, wobei jede Einheit im wesentlichen mit einer inneren Kammer versehen ist, die mit einer Öffnung dem in dem Kanal vorhandenen Schallfeld durch eine akustisch nicht verschlossene Öffnung in der fünften Fläche zugewandt ist. Die Kammer und die Öffnung bilden einen akustischen Seitenzweig, wobei die Einheiten so angeordnet sind, daß sie seitlich des Kanals aneinander anstoßen und das Muster der öffnungen, die sich in Längsrichtung entlang des Kanals erstrecken, bezüglich der seitlich aneinander anstoßenden Einheiten unterschiedlich ist.There are already elements to be created according to the resonator principle of sound-absorbing surfaces or channels known, at least a part of the Surface of these channels from the sound-absorbing front sections of a large number individual, sound-absorbing structural units exist, which essentially have the shape of a right-angled parallelepiped and in which two pairs opposite, non-perforated surfaces and a fifth sound-absorbing Area are available. The dimensions of the fifth area of all units are in essentially identical, each unit essentially having an interior chamber is provided with an opening through the sound field present in the channel facing an acoustically not closed opening in the fifth surface. The chamber and the opening form an acoustic side branch, with the units are arranged so that they abut the side of the channel and the pattern of the openings which extend longitudinally along the channel with respect to of the laterally abutting units is different.
Eine weitere bekannte schallabsorbierende Vorrichtung besteht aus einer schallvernichtenden Kammer mit formstabilen Außenwänden und inneren Wänden aus schallabsorbierendem Material, die zur Vernichtung von Schallwellen dienen, welche durch die äußere und innere Wand hindurchfließen, wobei die Wände der schallvernichtenden Kammer eine Vielzahl von kleinen Löchern aufweisen. Diese sind dafür vorgesehen, um den Widerstand der Wände gegen Schalldurchgang relativ zum Kammervolumen vorherzubestimmen, um einen maximalen relativen Wirkungsgrad der Wände und der Kammer in ihren entsprechenden Schalleingangswiderständen und Schallzerstreuungsfunktionen zu erreichen. Jede Kammer besitzt mindestens eine Öffnung von verhältnismäßig sehr viel größerem Durchmesser als die der kleinen Öffnungen, um zur Steigerung der Schallabsorptionscharakteristik bei niedrigen Frequenzen eine Resonanzöffnung zu definieren.Another known sound absorbing device consists of a sound-destroying chamber with dimensionally stable outer walls and inner walls made of sound-absorbing material, which are used to destroy sound waves, which flow through the outer and inner walls, the walls being the sound-absorbing Chamber have a multitude of small holes. These are intended to to predict the resistance of the walls to the passage of sound relative to the chamber volume, to achieve maximum relative efficiency of the walls and the chamber in their respective To achieve sound input resistances and sound dispersion functions. Every chamber has at least one opening of a relatively much larger diameter than that of the small openings in order to increase the sound absorption characteristics to define a resonance opening at low frequencies.
Obwohl diese bekannten Resonatoren einen Schallschluckgrad von nahezu 1000/e erreichen können, wenn das Anpassungsverhältnis aus Wandwiderstand und Schallwellenwiderstand der Luft gleich Eins wird, weisen sie alle den Nachteil auf, daß der Frequenzbereich dieses hohen Schallschluckgrades sehr schmal ist. Will man diesen Frequenzbereich verbreitern, so fällt der Schallschluckgrad sehr rasch ab. Diese Eigenschaft ist der Verwendung von Resonatoren bei breitbandigen Geräuschen abträglich.Although these known resonators have a sound absorption level of almost 1000 / e can be achieved if the adaptation ratio of wall resistance and acoustic wave resistance the air equals one, they all have the disadvantage that the frequency range this high degree of sound absorption is very narrow. Do you want this frequency range widen, the sound absorption level drops very quickly. This property is detrimental to the use of resonators for broadband noises.
Diese nachteilige Eigenschaft kann dadurch etwas gemildert werden, indem man Schalldämpfkanäle vorsieht, deren Kanalwände auf eine jeweils andere Resonanzfrequenz abgestimmt sind, beispielsweise mit dem Frequenzabstand von einer Oktave. In Bezug auf den Gesamtbetrag der Längsdämpfung ergibt sich jedoch auch hierbei keine nennenswerte Verbesserung, weil für eine bestimmte der Resonanzfrequenz sich die für die anderen Frequenzen abgestimmten Wände spiegelnd verhalten.This disadvantageous property can be somewhat mitigated by by providing sound-absorbing ducts, the duct walls of which are set to a different resonance frequency are matched, for example with the frequency spacing of one octave. In relation However, here too there is no noteworthy effect on the total amount of longitudinal damping Improvement because for a certain of the resonance frequency themselves the walls tuned for the other frequencies behave like a mirror.
Dies läßt sich auch der Formel von L. C r e m e r entnehmen nach welcher der kanalabhängige Parameter (schallschluckender Umfang durch Kanalfläche) für das obige Beispiel nur ein Viertel des auf vier gleich abgestimmte Wände bezogenen Wertes beträgt.This can also be inferred from the formula by L. Cremer according to which the channel-dependent parameter (sound-absorbing circumference due to duct area) for the above example is only a quarter of the value related to four equally matched walls.
Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Vorrichtungen, indem sie die üblicherweise durchgehend gleich abgestimmten Kanalwände durch kleinere Bauelemente nach dem Resonatorprinzip ersetzt, die auf verschiedene Resonanzfrequenzen so abgestimmt sind, daß der Schallschluckgrad jedes Bauelementes bei 100% liegt, wobei die Verteilung der Bauelemente im Kanal in einer hinsichtlich des Parameters besonders günstigen Weise erfolgt.The invention avoids the disadvantages of the known devices by replacing the channel walls, which are usually uniformly tuned throughout, with smaller components based on the resonator principle, which are tuned to different resonance frequencies so that the sound absorption rate of each component is 100%, the distribution of the components in the channel in one regarding the parameter in a particularly favorable manner.
Die Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse einseitig offen und der dieser Öffnung gegenüberliegende Boden mit einer Dammstoffschicht abgedeckt ist. Die Verwendung der schalldämpfenden Gehäuse soll an Hand eines schalldampfenden Kanals näher erläutert werden: An zwei parallelen Kanalseiten wird je ein Bauelement gleicher Abstimmung so angeordnet, daß sie sich genau gegenüberliegen und damit ein Raumelement im Kanal mit gleichen akustischen Randbedingungen abgrenzen. Der Betrag des Parameters ist hierbei mindestens doppelt so groß wie in dem obigen Beispiel und erreicht den höchsten überhaupt möglichen Wert für den Fall, wenn der Abstand der Bauelemente klein gegen die dazu senkrechte Abmessung wird: In diesem Fall wird der reziproke Parameter gleich dem halben Abstand (schmaler Rechteckkanal).The invention consists in that the housing is open on one side and the bottom opposite this opening is covered with a layer of insulation. The use of the sound-absorbing housing will be explained in more detail using a sound-absorbing duct: A component with the same coordination is arranged on each of two parallel duct sides so that they are exactly opposite each other and thus delimit a room element in the duct with the same acoustic boundary conditions. The amount of the parameter is at least twice as large as in the above example and reaches the highest possible value for the case when the distance between the components is small compared to the perpendicular dimension: In this case the reciprocal parameter is equal to half the distance (narrow rectangular channel) .
Auf die gleiche Weise werden alle Kanalwände mit paarweise gleich abgestimmten Bauelemente belegt, wobei die Resonanzfrequenzen der Bauelemente in Abhängigkeit von der Geräuschzusammensetzung am Kanaleingang gewählt werden. Die Abstimmung der einzelnen erfolgt in bekannter «'eise durch Änderung der Anzahl und Abmessungen der Wandlöcher und/oder durch Änderung der in die Bauelemente eingebrachten Dämmschicht.In the same way, all duct walls become the same with in pairs matched components occupied, the resonance frequencies of the components in Can be selected depending on the noise composition at the sewer entrance. the Coordination of the individual takes place in the known manner by changing the number and Dimensions of the wall holes and / or by changing the ones made in the building elements Insulation layer.
Durch die Verwendung der Bauelemente nach dem Resonatorprinzip ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil dadurch, daß das Auftreten von schädlichen Kopplungsfrequenzen in den üblicherweise großen und nicht unterteilten Resonanzhohlräumen durch die Kammerbauweise unterbunden wird.By using the components according to the resonator principle an additional advantage in that the occurrence of harmful coupling frequencies in the usually large and undivided resonance cavities by the Chamber construction is prevented.
Vorzugsweise ist das Gehäuse rechteckig oder quadratisch und mit anderen gleichartigen Gehäusen nach dem Baukastensystem zu Resonatoren, Schalldämpfkanälen od. dgl. zusammensetzbar. Vorzugsweise sind dabei die Gehäuse einzeln oder in ihrer Gesamtheit mit einer schalldämmenden " Schicht und/oder mit einer festen Haut aus Blech, Kunststoff, Folie od. dgl. abgedeckt. Die einzelnen Gehäuse bilden nach ihrem Zusammenbau Flächen oder Baukörper von Zellenstruktur.Preferably the housing is rectangular or square and with others Similar housings based on the modular system for resonators, sound-absorbing ducts or the like can be assembled. The housings are preferably individually or in their All with a sound-absorbing "layer and / or with a firm skin Sheet metal, plastic, foil or the like. Covered. The individual housings form according to their Assembly of surfaces or structures of cell structure.
Dabei können die einzelnen Gehäuse aus Leichtmetall oder Kunststoff gespritzt oder gepreßt und ganz oder teilweise mit schallschluckenden Füllstoffen, beispielsweise auch Kunstschaum od. dgl. ausgefüllt sein.The individual housings can be made of light metal or plastic injected or pressed and completely or partially with sound-absorbing fillers, For example, artificial foam or the like can also be filled.
Eine so ausgestaltete Schalldämpfstrecke beliebiger Querschnitts- und Längenabmessung für beliebige Frequenz und Dämpfwerte kennzeichnet sich im wesentlichen durch ein Gerüst mit einer darauf dicht aneinanderstoßend befestigten Vielzahl einzelner Schallschluckkammern der oben beschriebenen Art. Die einzelnen Bauelemente können dabei nach Art von Zellen dicht aneinanderstoßend durch eine Verklebung, Verschweißung, Nietung, Verschraubung miteinander verbunden sein. Andererseits können aber auch jeweils mehrere Bauelemente einen selbsttrabenden Baukörper bilden, der als solcher in Resonatoren, Schalldämpfstrecken od. dgl. einbaubar ist. Die Ausgestaltung der einzelnen Bauelemente bzw. Zellen ist nicht auf die viereckige Grundrißfoim beschränkt. Man könnte beispielsweise auch jegliche andere Querschnittform, vorzugsweise eine Sechseckform verwenden, so daß sich daraus Wabenmuster zusammensetzen lassen.A silencer section designed in this way of any cross-sectional and length dimensions for any frequency and attenuation values are essentially characterized by a scaffolding with a large number of individual ones attached to it, butting tightly against one another Sound-absorbing chambers of the type described above. The individual components can in the manner of cells closely butting against one another by gluing, welding, Riveting, screwing be connected to each other. On the other hand, you can also several structural elements each form a self-supporting structure, which as such Can be installed in resonators, sound-absorbing sections or the like. The design of the individual components or cells is not limited to the square plan shape. For example, any other cross-sectional shape, preferably one Use a hexagon shape so that honeycomb patterns can be put together.
Der Erfindungsgedanke, der die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zuläßt, ist in den Zeichnungen wiedergegeben, und zwar zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauelement, F i g. 2 a bis 2 c verschiedene schematische Darstellungen über die Zusammensetzungsmöglichkeit der einzelnen Bauelemente, F i g. 3 einen schalldämpfenden Kanal im Querschnitt, F i g. 4 den gleichen Kanal im Längsschnitt und F i g. 5 und 6 einen Quer- und Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Resonators.The idea of the invention, the most diverse implementation possibilities allows, is shown in the drawings, namely shows F i g. 1 a section by a component according to the invention, FIG. 2 a to 2 c different schematic Representations of the possible combinations of the individual components, F i g. 3 shows a sound-absorbing duct in cross section, FIG. 4 the same channel in longitudinal section and FIG. 5 and 6 show a transverse and longitudinal section through another Embodiment of a resonator.
Das einzelne Bauelement, welches nach dem Baukastenprinzip in einer größeren Anzahl zur Bildung von Resonatoren ve:wendet werden soll, besteht im wesentlichen aus einem kammerartigen Gehäuse bzw. einer Zelle 1, dessen Boden 2 bzw. 2' mit Lochungen 3 versehen ist. In der Schnittzeichnung gemäß F i g. 1 sind zwei verschiedene Bodenausführungsformen wiedergegeben. Die Anordnung und Größe der einzelnen Lochungen 3 kann verschieden sein. Um den Zusammenbau der einzelnen Zellen zu erleichtern, können in den Außenwänden Nuten 13 oder Vorsprünge oü. ä. vorgeseh:n sein, wie es in der rechten Hälfte in der F i g. 1 gezeigt ist. Desgleichen kann auch die Grundrißform der einzelnen Gehäuse 1 verschieden sein.The individual component, which according to the modular principle in a larger number for the formation of resonators ve: is to be used, consists essentially from a chamber-like housing or a cell 1, the bottom 2 or 2 'with perforations 3 is provided. In the sectional drawing according to FIG. 1 are two different floor designs reproduced. The arrangement and size of the individual holes 3 can be different be. In order to facilitate the assembly of the individual cells, the outer walls Grooves 13 or projections oü. Ä. provided: n, as it is in the right half in the F i g. 1 is shown. The same can also be said of the plan shape of the individual housings 1 be different.
F i g. 2 a zeigt rechteckige Gehäuse 1', während bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 b Bauelemente 1" von quadratischer Grundrißform und bei der Darstellung gemäß F i g. 2 c solche Gehäuse 1` von sechseckiger Grundrißform Verwendung finden, die beliebig zusammensetzbar sind. Oberhalb des mit Lochungen 3 versehenen Bodens ist im Innern des Gehäuses 1 ein Schalldämpfstoff 4 eingebracht. Dieser ist in das Gehäuse mehr oder weniger dicht eingestopft bzw. kann auch die Dicke der Schicht je nach der gewünschten Grenzfrequenz verschieden stark gewählt sein. Als Material für die Dämmschicht können Filz, Faserstoffe, Glaswolle od. dgl. auch Kunstschaum od. ä. Verwendung finden. Die' einzelnen Bauelemente bzw. die Zellen oder Kammern können aus Leichtmetall, wie z. B. Aluminium oder auch aus Kunstmasse, gegebenenfalls auch aus Papier oder anderen Faserstoffen gepreßt oder gespritzt sein. Desgleichen ist auch- eine Fertigung der einzelnen Zelle aus Papierfilz, Zellstoff od. ä. möglich. Desgleichen kann auch die Dämmschicht aus Zellstoff, Papier, Watte od. ä. bestehen.F i g. 2 a shows rectangular housing 1 ', while in the embodiment according to FIG. 2 b elements 1 "g of square plan form and in the illustration according F i. 2 c such housing 1 'of hexagonal plan shape using find that are arbitrarily assemble. Above the bottom provided with perforations 3 is inside the housing 1, a Schalldämpfstoff 4 This is more or less tightly plugged into the housing or the thickness of the layer can also be selected to be different depending on the desired cut-off frequency The individual components or the cells or chambers can be pressed or injected from light metal, such as aluminum or also from synthetic material, possibly also from paper or other fibrous materials made of paper felt, cellulose or the like. Likewise, the insulating layer can also consist of cellulose, paper, wadding or the like.
Sollen aus den in F i g. 1 und 2 gezeigten Bauelementen schalldämpfende Kanäle, Resonatoren, Wände od. dgl. aufgebaut werden, so ist dies beispielsweise in der Form möglich, wie es in F i g. 3 bis 6 gezeigt ist. F i g. 3 und 4 zeigen dabei einen im Querschnitt rechteckigen Schalldämpfkanal, wobei die einzelnen Zellen 1 dicht aneinanderstoßend zu Baukörpern vereint sind, die ihrerseits von Gerüstträgern 5 gehalten werden. An den Enden können die Gerüstträger 5 an einen gemeinsamen Rahmen oder Flansch 6 angeschlossen sein. Die Verbindung der einzelnen Zellen 1 untereinander erfolgt durch eine Verklebung, Verschweißung, Verschraubung, Vernietung od. dgl. Auf der Außenseite lassen sich die einzelnen Zellen zusätzlich noch durch eine schalldämpfende Schicht 7 bzw. einen Blechmantel 8 abdecken.Should from the in F i g. 1 and 2 components shown sound-absorbing Channels, resonators, walls or the like are built up, this is for example possible in the form as shown in FIG. 3 to 6 is shown. F i g. 3 and 4 show a sound-absorbing duct with a rectangular cross-section, with the individual cells 1 are united in close abutment to form structures, which in turn are supported by scaffolding girders 5 are held. At the ends, the scaffold girders 5 can be attached to a common frame or flange 6 be connected. The connection between the individual cells 1 takes place by gluing, welding, screwing, riveting or the like. On the outside, the individual cells can also be fitted with a sound-absorbing Cover layer 7 or a sheet metal jacket 8.
Zur Herstellung von im Querschnitt kreisförmigen Schalldämpfkanälen gelangen Traggerüste 9 zur Anwendung von entsprechender Form bzw. können sich die einzelnen Zellen 1 auch über Zwischenstücke 10 aneinander abstützen, oder es werden Zellen 14 verwendet, die in ihrer äußeren Gestaltung Kreissegmente bilden, wie dies auf der linken Seite der F i g. 5 gezeigt ist.For the production of sound-absorbing ducts with a circular cross-section reach supporting frameworks 9 for the application of a corresponding shape or can be the Support individual cells 1 on one another via spacers 10, or there will be Cells 14 are used, which in their outer design form segments of a circle, like this on the left of FIG. 5 is shown.
Auf der Außenseite ist wieder eine rundherum laufende Schalldämmschicht 11 und eine Schutzhaut 12 aus Blech, Folie od. dgl. vorgesehen. Es ist verständlich, daß sich auf diese Weise Schalldämpfstrecken in beliebiger Querschnittsform und Ausgestaltung und in beliebiger Länge herstellen lassen. Dabei kann man auch einzelne Bauelemente in einer Schalldämpfstrecke verwenden, die verschiedene tiefe Grenzfrequenzen aufweisen, wobei man es in der Hand hat, die Grenzfrequenz durch Änderung in der Lochung oder durch Einbringen verschiedener Dämmstoffe, verschiedener Dicke oder verschiedener Stopfdichte zu verändern.On the outside there is again a sound insulation layer running all around 11 and a protective skin 12 made of sheet metal, foil or the like. Provided. It's understandable, that in this way silencing routes in any cross-sectional shape and Can be made design and in any length. You can also do this individually Use components in a silencer section that have different low cut-off frequencies have in hand, the cutoff frequency by changing the Perforation or by introducing different insulation materials, different thicknesses or to change different packing density.
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