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Hintergrund
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Auf dem Zuliefermarkt für anspruchsvolle Kommunikationsräume wie z.B. Unterrichts-, Konferenz- und Speiseräume, wird eine Fülle Schall schluckender Bauteile angeboten (s. Fuchs H.V.: Raum-Akustik und Lärm-Minderung. Springer, Berlin 2017). Damit lassen sich praktisch alle schalltechnischen Anforderungen hinsichtlich akustischer Behaglichkeit (‚Hörsamkeit‘) und ergonomischer Notwendigkeit (‚Schallschutz‘) für jede Nutzungsart erfüllen. Die Mehrzahl der Unterrichts- und Konferenzräume ist trotzdem raumakustisch allenfalls unzureichend ausgestattet. Wenn überhaupt Schallabsorption eingebracht wird, beschränkt sich diese meistens auf mittlere und hohe Frequenzen, die aber für die Sprachverständlichkeit eigentlich unentbehrlich sind. Dagegen fehlt es weitgehend an Bassabsorption zur Dämpfung der Eigenresonanzen des Raumes, die dem Sprachverstehen abträglich sind. Selbst hochpreisige Restaurants lassen oft jegliche akustische Konditionierung vermissen. In solchen akustischen Folterkammern können sich die ‚Raummoden‘ ungehindert dröhnend entfalten. Bei dadurch bedingt schlechter Verständlichkeit schwellen die Stimmen aber unwillkürlich an, so dass man oft kaum noch seinen Tischnachbarn verstehen kann. Die Kosten für eine angemessene raumakustische Konditionierung einer Immobilie fallen gegenüber deren Markt- oder Mietwert sowie deren Betriebs- und Nutzungskosten kaum ins Gewicht. Dabei leiden deren Attraktivität sowie die Produktivität ihrer Nutzer messbar unter schlechter Akustik.
Im erstgenannten Anwendungsbereich fehlt es bei Architekten und ihren Beratern noch an Problembewusstsein und einer verbindlichen Leitlinie (s. Fuchs H.V.: DIN 18041:2016 - Eine Norm im raumakustischen Abseits? Lärmbekämpfung 14 (2019), H. 4, S. 123-132). Besonders im zweiten Anwendungsbereich kommen zu den erstgenannten Hindernissen noch drei weitere Hürden erschwerend hinzu:
- - Architekten und Hygieniker bevorzugen harte, glatte, am besten abwischbare Materialien und hegen eine tiefe Abneigung gegen weiche, faserige oder gar poröse Oberflächen.
- - Anders als im Bildungsbereich, können es sich die Betreiber von Gaststätten kaum leisten, ihren Betrieb etwa in den Ferien für tagelange Installationsarbeiten zu schließen.
- - Die Mehrzahl der Dienstleistungszentren arbeitet in nur gemieteten Räumen. Wenn ihre Betreiber trotzdem in akustische Maßnahmen investieren, wollen sie diese bei einem Umzug wie die Möbel mitnehmen können.
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Das erfindungsgemäße kompakte Schallabsorber-Bauteil beseitigt diese Hürden, indem es
- - dem Raum ausschließlich schallharte, glatte und abwaschbare Oberflächen zukehrt,
- - vollständig vorgefertigt, quasi über Nacht, ohne weitere Expertise von der Decke abgehängt werden kann,
- - rundum von robusten Flächen auf einem stabilen Rahmen umschlossen ist und jederzeit, auch von Laienhand, wieder abgenommen, nach Bedarf gereinigt und transportiert werden kann.
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Stand der Technik
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Schallabsorber unmittelbar an Decke, Boden und Wänden eines Raumes
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Seit je her schreibt man offenporigem Putz, Textilien, faserigen Beschichtungen und Holzverschalungen an Decke und Wänden sowie Teppichen und Vorhängen eine Schall schluckende Wirkung zu. Diese schallweichen Materialien sind allerdings zugunsten schallharter Baustoffe an allen Raumbegrenzungen weit gehend aus der Mode gekommen.
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Eigenständige Schallabsorber im Raum
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Als Ersatz für früher oftmals schon vom Rohbau vorgegebene Schallabsorption kamen danach möglichst ganzflächig und geschlossen von der Massivdecke beabstandete Paneele aus gepressten Mineralfasern zum Einsatz. Alternativ oder wo die Massivdecke bereits anderen Funktionen und Installationen dienen muss, wurden gern ebenfalls schallweiche Segel etwa waagrecht oder ähnlich dünne Platten etwa senkrecht zur Decke abgehängt. Auch bodenständige oder auf Tischen zu platzierende Schallschirme, wie sie z.B. schon gemäß 1 des Gebrauchsmusters 241927 von 1957 beansprucht werden, sind im Gebrauch. In 3 bis 7 desselben Schutzrechts ist dargestellt, wie dem Raum offen zugekehrte Vorder-, Rück- und Seitenwände (Ziffern 1 bis 5 und 10 bis 12) von frei im Raum aufgestellten Möbeln der Schalldämpfung dienen können.
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Kompakte Schallabsorber für einen erweiterten Frequenzbereich
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Allen vorstehend beschriebenen und vielfältig geschützten Schallschluckelementen gemeinsam ist, dass sie bei ihrem relativ dünnen schallweichen Aufbau einen zu den tiefen Frequenzen nur sehr begrenzten Absorptionsgrad aufweisen können. Erst ab den frühen 80er Jahren hat eine in Fuchs H.V.: Raum-Akustik und Lärm-Minderung. Springer, Berlin 2017 ausführlich beschriebene und durch zahlreiche Patente geschützte Entwicklung im Fraunhofer-Institut zu hinreichend breitbandig wirksamen Schallabsorbern geführt. Im Markt hat sich der zunächst durch die Patentschrift
DE 195 06 511 geschützte so genannte Verbundplatten-Resonator VPR weltweit in zahlreichen Anwendungsbereichen, in großen wie in kleinen Räumen, für Sprache und Musik, als besonders wirksamer Tiefenschlucker durchgesetzt. Die Darstellung in
1 (
3 a in einer späteren Patentschrift
DE 102 13 107 ) zeigt dessen Aufbau aus einer dem Raum zugekehrten, relativ schweren, schwindfähig gelagerten Frontplatte
1 (vorzugsweise 1 bis 2,5 mm dicker Stahl), innig verbunden mit einer vorzugsweise 100 mm dicken Dämpfungsschicht
2 mit einem Rieselschutz
3 durch eine elastische Verklebung
4. Die Befestigung an Wand oder Decke erfolgt an mindestens 3 Punkten über sichere Stahlwinkel
5 und elastische Zwischenlagen
6, die durch auftreffende Schallwellen angeregte Eigenschwingungen der Frontplatte möglichst wenig behindern.
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Für reflexionsarme (‚schalltote‘) Räume, Akustikprüfstände und Aufnahmestudios hat sich, aufbauend auf dem VPR, durch eine davor angebrachte, ähnlich dicke faserige oder offenporige Dämpfungsschicht ein so genannter Breitband-Kompaktabsorber BKA gemäß
US Patent 6,073,722 ebenfalls weltweit hervorragend bewährt.
2 (
4 aus
DE 102 13 107 ) zeigt dessen sehr komplexen kompakten Aufbau mit einer zweiten Dämpfungsschicht
7, der als Ganzes von einem schalldurchlässigen Lochblechkorb
8 und einem inneren Rahmen
9 an Decke oder Wand sicher zu befestigen ist.
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Die VPR sind ausgesprochene Tiefenschlucker, die sich z.B. in Konzertsälen, Opernhäuser und Stadthallen ideal einfügen lassen. Aber weder VPR noch BKA können wegen ihrer aufwändigen und teuren Vorfertigung und Montage in gewöhnlichen Kommunikationsräumen zum Einsatz kommen. In Klassenzimmern und Hörsälen haben sich stattdessen so genannte Kanten-Absorber KA nach Fuchs, H.V.; Lamprecht, J.; Zha, X.: Zur Steigerung der Wirkung passiver Absorber: Schall in Raumkanten schlucken! Gesundheits-Ingenieur 132 (2011), H. 5, S. 240-250 schon bestens bewährt. Mit einer Mineralwolleschicht genügender Dicke (in 3: etwa 400 mm) wird in den Kanten eines Raumes gemäß 3 c) ein bedeutend höherer Absorptionsgrad gemessen, als wenn dieselbe Schicht in einer Fläche gemäß 3 a) installiert wird. 3 b) verdeutlicht aber auch, dass eine teilweise schallundurchlässige Abdeckung des KA dessen Absorptionswirkung bei mittleren und hohen Frequenzen stark reduziert. Seine Wirkung bleibt aber bei tiefen Frequenzen erhalten, selbst wenn gemäß 4 (3 in der Patentschrift 10 2011 105 608.8) der Schalleintritt in den stets unmittelbar an einer Wand oder Decke angeordneten KA nur über einen relativ schmalen Spalt (d) zur Decke oder Wand erfolgen kann.
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Konzept des verkappten Breitband-Kompaktabsorbers
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Die in Trockenbauweise vor Ort entlang einer oder auch mehrerer Raumkanten unmittelbar entweder an der Decke oder an Wänden dauerhaft angebrachte KA stoßen in akustisch, optisch, haptisch und hygienisch anspruchsvollen Räumen wie z.B. Konferenz-, Küchen-, Rein- und Speiseräumen an die eingangs erwähnten Hürden. Das erfindungsgemäße Bauteil erfüllt, je nach Auslegung seiner geometrischen und Materialparameter die zuvor nach dem Stand der Technik beschriebenen schalltechnischen Eigenschaften. Darüber hinaus ist es aber in besonderer Weise für die speziellen Anforderungen in Kommunikationsräumen wie z.B. Restaurants und Operationssälen qualifiziert: Einerseits sind alle seine dem Raum zugekehrten Seitenflächen schallundurchlässig glatt und geschlossen. Andererseits können die Schallwellen aus dem Raum bei den besonders zu dämpfenden mittleren und tiefen Frequenzen, um seine schallundurchlässigen Flächen herum gebeugt, durch die großen, der Decke und mindestens einer Wand zugekehrten schalldurchlässigen Flächen hindurch in das dahinter angeordnete Absorptionsmaterial eindringen und dort geschluckt werden.
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5 zeigt in einem charakteristischen Beispiel, wie in der Ansicht (oben) vom Raum her von jedem über jeweils 4 Abhänger 6 von der Decke abgehängten Absorberelement nur jeweils bis zu 4 robuste, schallundurchlässige, bevorzugt glatte geschlossene Oberflächen (mit 4, 5 und 7 beziffert) sichtbar sind, die z.B. in der jeweiligen Wand- oder Deckenfarbe kaum störend in Erscheinung treten oder für beliebiges Dekor nach dem Wunsch der Nutzer zur Verfügung stehen. Der Abstand zur Decke 1 und zu den hier skizzierten Wänden 2 und 3 kann nach Bedarf und Geschmack vorzugsweise zwischen 50 und 500 mm gewählt werden.
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Die strichlierten Linien 8 und 9 im Schnitt A - B sowie 10 im Schnitt C - D in 6 deuten an, dass nur alle den Wänden und der Decke zugewandten Flächen des vBKA für den Schalleintritt offen bleiben und so mit dem dahinter angeordneten (nicht gezeichneten) Absorptionsmaterial einen akustisch, optisch und haptisch erheblich aufgewerteten KA bilden. Höhe und spektrale Verteilung der Schallabsorption des vBKA variieren mit seinen Abmessungen sowie dem Material seiner Seitenflächen und seinem Absorptionsmaterial. Aber bei zweckdienlicher Wahl dieser Auslegungsparameter bleibt seine Wirksamkeit in Kommunikationsräumen hinter keiner der zuvor beschriebenen Alternativen zurück. Nicht nur einem akustisch ungeschulten Betrachter mögen allerdings die fast rundum anscheinend schallharten Flächen dieser bevorzugt entlang den oberen Raumkanten über einstellbare Abhänger 6 installierten Elemente überhaupt nicht wie raumakustische Maßnahmen erscheinen - mit erklärter Absicht! Dabei können diese frei hängenden, sehr leicht gebauten Absorberpakete nicht nur mit ihrer absorbierenden Füllung Schall schlucken, sondern vom Schallfeld außerdem auch zu gedämpften Schwingungen der leichten, an sich schallundurchlässigen Front-, Boden- und Seitenplatten angeregt werden.
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Im Unterschied zum unmittelbar an der Decke oder einer Raumwand dauerhaft installierten Kanten-Absorber gemäß 4 findet der Schall im erfindungsgemäß verkappten Breitband-Kompaktabsorber vBKA eine bedeutend größere Schallschluckfläche vor. Selbst Schallwellen, die zwischen zwei benachbarten vBKA auf die Decke und mindestens eine benachbarte Wand treffen, finden durch Reflexionen von denselben einen Weg zu deren Schall schluckender Füllung, wie es in 7 nur grob angedeutet ist. Auch werden Schallwellen tieferer Frequenzen um die schallharten Kanten des Absorbers herum gebeugt, wie es in 8 angedeutet ist. So wird die resultierende Absorption im Raum vielfältig erhöht und damit seine Nachhallzeit im wesentlichen Frequenzbereich reduziert.
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Die erfindungsgemäßen Breitband-Schallabsorber lassen die Decke und alle Wände vollkommen für andere Nutzungen und Installationen frei, z.B. für Licht, Wärme, Klima, Kunst und Werbung. Akustisch sorgen sie so auch für starke frühe Schallreflexionen von einer Quelle zu ihren Hörern, die insbesondere in Kommunikationsräumen für eine gute Sprachverständlichkeit wichtig sind, s. 9 (1 in Fuchs H.V.: DIN 18041:2016 - Eine Norm im raumakustischen Abseits? Lärmbekämpfung 14 (2019), H. 4, S. 123-132). Die erfindungsgemäßen Breitband-Schallabsorber können von ihrem Hersteller komplett vorgefertigt werden und lassen sich deshalb ohne Weiteres auch von Laienhand über ein mitgeliefertes Montageystem quasi über Nacht einbauen, jederzeit z.B. zur Reinigung wieder abnehmen, und bei einem Umzug komplett mitnehmen und in einem anderen Raum wie neu weiter verwenden, weil der Absorptionsbedarf für Sprache, jedenfalls in allen bauüblichen Kommunikationsräumen, stets sehr ähnlich ist. Neue Expertisen zu Schall- und Brandschutz sowie Hygiene erübrigen sich.
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Figurenliste
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- 1 zeigt den Schnitt durch einen Verbundplatten-Resonator nach DE 102 13 107 ,
- 1
- Schwingplatte, bevorzugt Stahl, 1 bis 2,5 mm
- 2
- Dämpfungsmaterial, bevorzugt offenporiger Weichschaum
- 3
- Rieselschutz bei Mineralwolle als Dämpfung
- 4
- Verklebung, vorzugsweise punkt- oder streifenförmig
- 5
- Wandhalterung, entweder punktförmig oder als schallundurchlässiger Rahmen
- 6
- Isolierung, dauerelastisch weich
- 2 zeigt den Schnitt durch einen Breitband-Kompaktabsorber nach US 6,073,722 , 1 bis 6 wie in 1
- 7
- Material zur Luftschall-Absorption, bevorzugt offenporiger Weichschaum oder Mineralwolle
- 8
- Lochblechkorb, gleichzeitig Wandhalterung
- 9
- Halterahmen für den Resonator
- 3 zeigt den Schallabsorptionsgrad einer etwa 400 mm dicken faserigen oder porösen Schicht,
- a)
- rückseitig unmittelbar an einer Boden-, Wand- oder Deckenfläche aufliegend, rundum geschlossen
- b)
- zweiseitig an einer Raumkante unmittelbar an einer Wand- bzw. Deckenfläche, einseitig geschlossen
- c) wie b),
- allseitig offen
- 4 zeigt die äquivalente Schallabsorptionsfläche eines Kanten-Absorbers nach Az 10 2011 105 608.8 bei stets gleicher Eintrittsfläche in den Schallabsorber,
- a)
- konventionelle Bauweise unmittelbar in einer Raumkante (durchgezogen)
- b)
- unmittelbar an einer Decke oder Wand mit seiner Eintrittsfläche in größerem Abstand d zu einer Wand oder Decke (strichliert)
- c) wie b),
- mit kleinerem Abstand d zu einer Wand oder Decke (punktiert)
- 5 zeigt die Ansichten zweier erfindungsgemäßer Schallabsorber
- 1
- Raumdecke, schallhart
- 2, 3
- Raumwände, schallhart
- 4
- schallundurchlässige Frontplatte
- 5
- schallundurchlässige Bodenplatte
- 6
- Abhängung von der Decke
- 6 zeigt einen waagrechten Schnitt A - B und einen senkrechten Schnitt C - D durch die erfindungsgemäßen Schallabsorber in 5, 1 bis 6 wie in 5
- 7
- schallundurchlässige Seitenplatte
- 8
- schalldurchlässige Rückenplatte
- 9
- schalldurchlässige Seitenfläche
- 10
- schalldurchlässige Oberfläche
- 7 zeigt beispielhaft, wie Schallwellen bei mittleren und hohen Frequenzen aus dem Raum durch Reflexionen an den Raumbegrenzungen über die schalldurchlässigen Rücken-, Ober- und Seitenflächen in das (nicht gezeichnete) Absorptionsmaterial eindringen, um dort geschluckt zu werden
- 8 zeigt beispielhaft, wie Schallwellen bei mittleren und tiefen Frequenzen aus dem Raum durch Beugung an seinen schallundurchlässigen Front-, Boden- und Seitenplatten über die schalldurchlässigen Rücken-, Ober- und Seitenflächen in das (nicht gezeichnete) Absorptionsmaterial eindringen, um dort geschluckt zu werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19506511 [0005]
- DE 10213107 [0005, 0006, 0012]
- US 6073722 [0006, 0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 18041:2016 [0001]
- Fuchs, H.V.; Lamprecht, J.; Zha, X.: Zur Steigerung der Wirkung passiver Absorber: Schall in Raumkanten schlucken! Gesundheits-Ingenieur 132 (2011), H. 5, S. 240-250 [0007]
- Fuchs H.V.: DIN 18041:2016 - Eine Norm im raumakustischen Abseits? Lärmbekämpfung 14 (2019) [0012]
