DE1206612B - Duennwandige luft- oder gasgefuellte Kanaele mit rechteckigem Querschnitt - Google Patents

Duennwandige luft- oder gasgefuellte Kanaele mit rechteckigem Querschnitt

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DE1206612B
DE1206612B DEJ23455A DEJ0023455A DE1206612B DE 1206612 B DE1206612 B DE 1206612B DE J23455 A DEJ23455 A DE J23455A DE J0023455 A DEJ0023455 A DE J0023455A DE 1206612 B DE1206612 B DE 1206612B
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DE
Germany
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channels
section
attenuation
frequency
cross
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Pending
Application number
DEJ23455A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Walter Kuhl
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Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Original Assignee
Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
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Publication date
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Publication of DE1206612B publication Critical patent/DE1206612B/de
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00Rigid pipes
    • F16L9/003Rigid pipes with a rectangular cross-section

Description

  • Dünnwandige luft- oder gasgefüllte Kanäle mit rechteckigem Querschnitt Die Erfindung - - betrifft Luft- oder gasgefüllte Kanäle mit rechteckigem Querschnitt aus dünnen, urporigen Platten-. Die Kanäle von lüftungs- oder Klimaanlagen und von Abgasleitungen sowie die Zuleitungs- und Ableitungskanäle von Motorenprüfständen sollen alle einen möglichst geringen Strömungswiderstand, aber zur Herabsetzung aller Störgeräusche eine möglichst große Schalldämpfung haben. Die zur Luft- oder Gasleitung dienenden Rohre mit kreisförmigem Querschnitt aus beliebigem Material bewirken praktisch keine Dämpfung des sich in Längsrichtung in. ihrem Innern -ausbreitenden Schalles. Für gemauerte Kanäle mit beliebigem Querschnitt gilt dasselbe. Kanäle aus dünnen, uriporigen Platten, z. B. aus Stahlblech, haben bei mittleren und' hohen Frequenzen eine nur geringe Schalldämpfung von einem oder wenigen zehnteln db je Meter. Die Dämpfung ist um so kleiner, je größer der Kanalquerschnitt und je höher die Frequenzen sind. Die Angaben in der Fachliteratur über die ebenfalls sehr kleine Dämpfung bei tiefen Frequenzen in- solchen Kanälen sind falsch. Derartige Platten verwendet der Gegenstand der Erfindung.
  • Wegen der geringen Dämpfung in Lüftungskanälen jeder Art ist es erforderlich, in die Rohr-bzw. Kanalführung spezielle .Schalldämpfer bzw. Dämpfungskanäle einzufügen. Alle bekannten filterartigen Schalldämpfer oder mit porösen Materialien ausgekleideten Absorptionsschalldämpfer haben wegen ihrer beschränkten Bautiefe eine zu tiefen Frequenzen hin abfallende Dämpfung je Längeneinheit. Bei besonders großen Ansprüchen an die Herabsetzung der Störlautstärke auch bei sehr tiefen Frequenzen, z. B. bei Klimaanlagen von Theatern, Konzertsälen und Rundfunkstudios oder bei Kraftwerken bzw. Heizwerken in der Nähe von Wohnhäusern, sind daher die Abmessungen der absorbierenden Kulissen in .den Dämpfungskanälen und damit die Gesamtabmessungen dieser Kanäle und die Kosten beträchtlich. Wenn der für die Dämpfungskanäle zur Verfügung stehende Platz beschränkt ist, kann man manchmal mit den bisher bekannten Anordnungen die erforderliche Dämpfung bei tiefen Frequenzen gar nicht erreichen.
  • Experimentelle, bisher unveröffentlichte Untersuchungen des Erfinders haben gezeigt, daß bei sehr tiefen Frequenzen eine Art Filterdämpfung des Schalles in dünnwandigen Kanälen infolge des geringen Flächengewichtes der Wände vorhanden ist, die bisher nur theoretisch vorhergesagt, in der Praxis aber kaum festgestellt und nicht nutzbar gemacht worden war. In einem quadratischen Kanal aus 1 mm dickem Stahlblech mit dem Querschnitt 1 # 1 m2' beginnt diese Filterdämpfung erst -bei. der (oberen) Grenzfrequenz von etwa 25 Hz und steigt mit abnehmender Frequenz schnell zu großen Werten an: Bei viel tieferen Frequenzen nimmt - sie wieder ab und ist unterhalb der Eigenfrequenz der tiefsten Biegeeigenschwingung der Kanalwände Null. Im vorliegenden Fall beträgt diese Eigenfrequenz (untere Grenzfrequenz) etwa - $ Hz. Bei den angenommenen Kanalabmessungen tritt die Filterdämpfung also in einem Frequenzbereich auf, der in der Praxis kaum von Interesse ist.
  • Um die vorstehend beschriebene Filterdämpfung bei tiefen Frequenzen in einem für die Praxis interessierenden Frequenzbereich nutzbar zu machen, weisen Luft- oder gasgefüllte Kanäle mit rechteckigem Querschnitt aus dünsten, urporigen Platten erfindungsgemäß einen Querschnitt mit Abmessungen im Verhältnis von mindestens 1:3 auf oder sind in zwei oder mehrere Teilkanäle mit einem solchen Querschnitt aufgeteilt, die von eigenen, getrennten Außenwänden umgeben sind.
  • Die neuen Kanäle haben den wesentlichen Vorteil, daß die obere Grenzfrequenz des Bereiches, in dem die Filterdämpfung stark wirksam ist, sehr viel höher liegt, als wenn die Kanaldimensionen gleich oder nur wenig voneinander verschieden sind. Außerdem wird- die Größe der maximalen Dämpfung erheblich erhöht, da sie der oberen Grenzfrequenz proportional ist. Der Vorteil schmaler Kanäle; und zwar eines einzelnen Kanals oder mehrerer jeweils durch einen Zwischenraum voneinander getrennter Teilkanäle, besteht darin, daß die tiefste Biegeeigenfrequenz, also die untere Grenzfrequenz der Filterdämpfung, viel tiefer liegt als bei quadratischem Querschnitt. Der Frequenzbereich der Filterdämpfung wird also gleichzeitig nach oben und unten erweitert. Schmale Kanäle sind zwar von anderen Dämpfungskanälen bzw. akustischen Filtern her bekannt. Dort haben diese schmalen Kanäle aber eine völlig andere Wirkung als bei der Anordnung nach der Erfindung. Es ist z. B. ein akustisches Filter bekannt (USA.-Patentschrift 2 299 212), das aus dicken, schweren, nicht schwingungsfähigen Platten besteht, zwischen denen jeweils ein schmaler, hoher luftdurchströmter Kanal frei bleibt. Die dicken Platten sind mit Nuten versehen. Die Kanäle sind bei tiefen und hohen Frequenzen schalldurchlässig. In einem schmalen Frequenzbereich, etwa von 10 000 bis 13 000 Hz, wirken sie jedoch infolge der Nuten als Bandsperrpaß: Die untere und die obere Grenzfrequenz des Sperrbereichs sind nur durch die Breite der Kanäle und die Breite und Tiefe der Nuten gegeben. Die andere Abmessung der Teilkanäle quer zur Strömungsrichtung der Luft, ihre Höhe, hat auf' die Lage der Resonanzfrequenz und auf die Größe der Resonanzfrequenz und auf die Größe der Dämpfung in dem Sperrbereich keinen Einfluß. -Wenn man die bekannten Kanäle durch beliebig viele waagerechte Trennwände in zahlreiche, weniger hohe Einzelkanäle zerlegen würde, deren Höhe schließlich nicht mehr groß gegen die Breite wäre, sonderngleich dieser oder sogar kleiner als diese, wäre die akustische Wirkung des Kanals völlig ungeändert, denn die Eigenschaften der ohnehin starren Platten werden dabei nicht beeinflußt. Bei den erfindungs= gemäß gestalteten Kanälen wird dagegen die Frequenz der tiefsten Biegeeigenschwingung der längeren Wand, die ausdünnen, unporigen, schwingungsfähigen Platten besteht; bei Verdoppelung ihrer Länge auf ein Viertel herabgesetzt, bei einer Verdreifachung auf ein Neuntel usw.. Da die Biegeeigenfrequenz gleichzeitig die untere Grenzfrequenz der Filterdämpfung ist, wird der Frequenzbereich, in dem die Filterdämpfung wirksam ist, außerordentlich vergrößert.
  • Die obere Grenzfrequenz und damit die maximale Dämpfung werden erhöht durch eine Verringerung der Masse der Kanalwand je Flächeneinheit. Die untere Grenzfrequenz wird erniedrigt durch eine Verringerung der Dicke der Kanalwände und/oder eine Verkleinerung der Schallgeschwindigkeit des Materials, aus der sie gefertigt sind. Es ist also vorteilhaft, wie bereits bekannt, die Masse der Wände je Flächeneinheit durch geringe Dicke und/oder geringe Dichte klein zumachen und/oder die Wände aus einem Material mit einer geringen Schallgeschwindigkeit herzustellen.
  • Die immer vorhandenen Resonanzen der Biegeschwingungen der Kanalwände innerhalb des Frequenzbereichs, in dem die Filterdämpfung eintritt, setzt diese bei einigen Frequenzen herab. Zur Vermeidung dieses Nachteils haben erfindungsgemäß die Kanäle einen Querschnitt mit Abmessungen im Verhältnis von mindestens 1: 3 oder sind in zwei oder mehrere Teilkanäle mit einem solchen Querschnitt aufgeteilt, die von eigenen, getrennten Außenwänden umgeben sind. Die schalldämpfende Wirkung kann gesteigert werden, wenn die Eigendämpfung der Kanalwände in bekannter Weise durch einen außen oder innen aufgebrachten, ein- oder mehrschichtigen, porösen oder nicht porösen Dämpfungsbelag erhöht wird.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kanäle und ihre Wirkung wird an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die F i g. 1 bis 5 zeigen verschiedene Kanäle mit jeweils gleicher Gesamtquerschnittsfläche. Die Querschnittsabmessungen a1 und bi des Kanals nach F i g. 1 sollen gleich oder ungefähr gleich sein. Dann ist die obere Grenzfrequenz bei gegebener Querschnittsfläche am tiefsten und die untere Grenzfrequenz am höchsten. Diese Ausführung ist also die akustisch ungünstigste.
  • In F i g. 2 ist b erfindungsgemäß viel größer als a. Die obere Grenzfrequenz und die maximale Dämpfung sind gegenüber F i g. 1 erhöht, die untere Grenzfrequenz erniedrigt.
  • Die Kanalhöhe bi und damit auch die untere Grenzfrequenz sind bei den Fig. 1, 3 und 4 gleich. Die obere Grenzfrequenz und die maximale Dämpfung sind aber bei F i g. 3 und besonders bei F i g. 4 höher als bei F i g.. 1.
  • Die Unterteilung in mehrere quadratische oder nahezu quadratische Teilkanäle nach F i g. 5 ist nicht so günstig, weil zwar die obere Grenzfrequenz im Vergleich zu: Fig. 1 erhöht ist, gleichzeitig aber die untere Grenzfrequenz um den Faktor 4 erhöht ist. Der Frequenzbereich der Filterdämpfung ist also schmal.
  • F i g. 6 zeigt im Längsschnitt drei verschiedene Abschnitte eines bombierten, d. h. mit einer Prägung versehenen, nicht zusätzlich gedämpften Kanals aus 1 mm dickem Stahlblech mit jeweils gleicher Höhe und gleichem freiem Gesamtquerschnitt 400 X 400 mm2. Außerdem sind gemessene Werte der Dämpfung über der Frequenz aufgetragen. Der mittlere Abschnitt des Kanals a enthält zwei Kulissen aus Fasermaterial mit günstigem Strömungswiderstand. Im doppeltlogarithmischen Maßstab ist die Frequenzkurve a der Dämpfung eine Gerade. Bei mittleren und hohen Frequenzen hat die Dämpfung mit 10 db/m und mehr beträchtliche Werte. Bei tiefen Frequenzen ist die Dämpfung nur sehr gering, z. B. 1 db/m bei 40 Hz. Der obere, quadratische Kanalteil b hat einen: Verlauf der Dämpfung gemäß Kurve b. Die obere Grenzfrequenz beträgt ungefähr 65 Hz, die untere 20 Hz. Letztere würde ohne Bombierung des Kanals etwa 10 Hz sein, was aber aus akustischen Gründen nicht erforderlich ist. Die Dämpfung wurde mit Rauschen in Terzbreite gemessen, da diese Angaben für die Geräuschdämpfung in der Praxis am wichtigsten sind. Mit reinen Tönen erhält man bei manchen Frequenzen höhere Werte. Die Dämpfung ist von 25 bis 60 Hz größer als im ausgekleideten eigentlichen Dämpfungsteil a. Oberhalb der Grenzfrequenz ist sie vernachlässigbar klein. Im unteren Teil c ist der Kanal in vier Teilkanäle von je 100 mm Breite zerlegt. Die untere Grenzfrequenz ist ungeändert, die obere fast um eine Oktave erhöht. Damit ist die Dämpfung, Kurve c, bis zum Faktor 3,5 gegenüber der Kurve b erhöht. Sie würde weiter um 50% und mehr steigen, also auf maximal .8 bis 9-db/m, wenn. der Kanal durch einen schalldämpfenden Belag oder durch einen zweiteiligen Mantel gedämpft würde, der innen aus weichem Fasermaterial und außen aus einer harten Deckschicht besteht.
  • Die Kurve a -I- c zeigt, daß der ausgekleidete Dämpfungskanal zusammen mit dem unterteilten Blechkanal, wenn man für beide Teile jeweils die gleiche Länge annimmt, eine Dämpfung ergibt, die von 30 bis 300 Hz nur wenig von der Frequenz abhängt. Ein schmaler oder möglichst in mehrere schmale Teilkanäle zerlegter dünnwandiger Kanal stellt also eine günstige Ergänzung des eigentlichen Dämpfungskanals dar. Man kann so, falls erforderlich, bei tiefen Frequenzen auf kurzer Strecke Dämpfungen erzielen, die man mit einem eigentlichen Dämpfungskanal auch bei größter Dicke der absorbierenden Kulissen nicht oder nur mit viel größerem Platz- und Geldaufwand erreichen kann.
  • Die Filterdämpfung in den Kanälen ist dadurch begrenzt, daß der Schall am lauten Kanalende in den umgebenden Raum austritt und am leisen Kanalende wieder eintritt. Bei dem praktischen Beispiel gemäß F i g. 6 kann man nach den angestellten experimentellen Untersuchungen mit einer maximalen Dämpfung im Kanalteil c (Pegelunterschied von Anfang und Ende) von 20 bis 25 db (je nach der Dämpfung der Kanalwände) bei Frequenzen bis 100 Hz rechnen, wenn die äquivalente Absorptionsfläche des Außenraums 10 m2 beträgt. Je Verdoppelung der Absorptionsfläche erzielt man 3 db mehr. Bei höheren Frequenzen steigt die maximale Dämpfung. Genügt die so erreichbare Pegeldifferenz nicht, muß man den Außenraum durch eine Trennwand teilen, durch welche der Kanal dicht hindurchgeführt wird. Der Gewinn an erreichbarer Pegeldifferenz ist gleich der Schalldämmung der Trennwand.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Luft oder gasgefüllte Kanäle mit rechteckigem Querschnitt aus dünnen, urporigen Platten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle einen Querschnitt mit Abmessungen im Verhältnis von mindestens 1: 3 aufweisen oder in zwei oder mehrere Teilkanäle mit einem solchen Querschnitt aufgeteilt sind, die von eigenen, getrennten Außenwänden umgeben sind.
  2. 2. Kanäle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht der Teilkanalwände durch geringe Dicke und/oder geringes Raumgewicht so klein. wie möglich ist.
  3. 3. Kanäle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Teilkanalwände einen kleinen Elastizitätsmodul hat.
  4. 4. Kanäle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigendämpfung der Teilkanalwände in an sich bekannter Weise durch einen außen oder innen aufgebrachten ein-oder mehrschichtigen porösen oder nicht porösen Dämpfungsbelag erhöht ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 523150; USA.-Patentschrift Nr. 2 299122.
DEJ23455A 1963-03-29 1963-03-29 Duennwandige luft- oder gasgefuellte Kanaele mit rechteckigem Querschnitt Pending DE1206612B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE523150C (de) * 1930-02-08 1931-04-20 Albert Klein Dr Ing Vorrichtung zur Schalldaempfung in Leitungen
US2299122A (en) * 1940-03-21 1942-10-20 William I Battin Gas water heater

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE523150C (de) * 1930-02-08 1931-04-20 Albert Klein Dr Ing Vorrichtung zur Schalldaempfung in Leitungen
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