DE2442265C2

DE2442265C2 - Block mit Schallabsorptionseigenschaften

Info

Publication number: DE2442265C2
Application number: DE2442265A
Authority: DE
Inventors: Klaus Lexington Mass. Kleinschmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-04
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1983-12-22
Also published as: FR2257123B1; CA993800A; US3837426A; FR2257123A1; DE2442265A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Bk Je mit Schallabsorptionseigenschaften aus tragfähigem Material, insbesondere gegossener Hohlblockstein, mit mindestens einem Hohlraum mit einer Schallöffnung, deren Länge zumindest im wesentlichen gleich der entsprechenden Abmessung des Hohlraumes ist und die, ausgehend von ίο einer Außenfläche des Blocks, einen Bereich von zumindest im wesentlichen konstanter Breite aufweist.

Ein schallschluckender Block dieser Art aus tragfähigem Material, wie z. B. Beton, ist in der US-PS 35 06 089 beschrieben. Dieser Block hat mindestens eine Schallöffnung, deren Wände sich vorzugsweise nach außen trichterförmig erweitern, wodurch die Impedanz des Hohlraums erhöht und die Schallabsorption bei Frequenzen oberhalb der Helmholtz-Resonanzfrequenz ebenfalls erhöht wird. Die Wirkung der nach außen gekrümmten Wände ist analog der Wirkung eines akustischen Horns, da in beiden Fällen die Schallübertragung durch Anpassung der Impedanz des Hohlraums an diejenige der umgebenden Luft verbessert wird. Die bekannte Schlitzform ist jedoch mit Schwierigkeiten bei de; Herstellung verbunden, da beim Gießen der Blöcke in erheblichem Umfang Ausschuß erzeugt wird, was in erster Linie darauf zurückzuführen ist, daß aus dem schmalen Teil der Schallöffnung ein steckerartiger Kern entfernt werden muß, wenn der Block entformt wird. Ein anderes Problem besteht darin, daß die breite Schallöffnung zur Ablagerung von Abfall in dem Hohlraum einlädt und daß durch den Schlitz Gegenstände in den Hohlraum eingeführt werden, die geeignet sind, schallschluckendes Füllmaterial zu beschädigen. Ein weiteres Problem liegt darin, daß die Schallöffnung in der Nähe der Mitte des Hohlraums engeordnet werden muß, um eine Schwächung des Blocks an der Verbindungsstelle zwischen der Außenwand und Stirnwänden oder Zwischenwänden zu vermeiden. Schließlich ist es auch ein Nachteil des bekannten Blocks, daß die von der Hauptfläche bzw. Wandfläche nach hinten führenden Wände der Schallöffnung schlecht zu streichen und zu reinigen sind, was hierbei, da diese Flächenteile einsehbar sind, aus optischen Gründen notwendig ist .

Ausgehend von dem beschriebenen S.and der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Block mit erhöhter Schallabsorption bei Frequenzen oberhalb der Helmholtz-Resonanzfrequenz vorzuschlagen, bei welchem der der Außenseite des Blocks zugewandte Bereich der Schallöffnung eine relativ kleine Öffnung besitzt

Diese Aufgabe wird bei einem Block der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schallöffnung, angrenzend an einea äußeren Bereich mit der konstanten Breite, einen inneren Bereich mit in Richtung auf den Hohlraum zunehmender Breite aufweist

Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Blocks, daß durch die gewählte Querschnittsform der Schallöffnung die Absorptionswirkung eines Hohlraumes für Frequenzen oberhalb der Helmholtz-Resonanzfrequenz erhöht wird, während der Schallquelle nur eine schmale schlitzförmige Schauöffnung in einer flachen Außenwand des Blocks zugewandt ist

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß schallschluckendes Material im Inneren des Hohlraums besser geschützt ist und daß er weniger dazu animiert, irgendwelche Gegenstände in den Hohlraum einzubringen. Des weiteren kann die Lage der Schallöffnung in weiten Grenzen geändert werden, wodurch sich sowohl in konstruktiver als auch in ästhetischer Hinsicht eine große Flexibilität ergibt Außerdem ergibt sich bei seinem Herstellen eine geringere Ausschußquote, wodurch die Herstellungskosten insgesamt gesenkt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist nur eine Seitenwand des inneren Bereichs unter einem Winkel zwischen 25° und 30° gegenüber einer zu der Außenfläche senkrechten Ebene geneigt Hierdurch ist es möglich, den Schlitz unmittelbar angrenzend an eine Stirnwand oder eine Zwischenwand anzuordnen, ohne daß der Block hierdurch statisch geschwächt würde.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Hohlblocksteins gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine Unteransicht des Hohlblocksteins gemäß Fig.l;

F i g. 3 eine Schnittansicht des Hohlblocksteins gemäß F i g. 1 längs der Linie 3-3 in der Figur;

F i g. 4 eine Unteransicht einer weiteren Ausführungsform des Hohlblocksteins gemäß der Erfindung; und

F i g. 5 eine grafische Darstellung der Absorptionseigenschatten in Abhängigkeit von der Frequenz für einen Hohlblockstein gemäß F i g. 1 und für einen bekannten Hohlblockstein mit einer Schallöffnung mit parallelen Wänden.

Die Fig.l bis 3 der Zeichnung zeigen einen Hohlblockstein 12 gemäß der Erfindung, welcher in üblicher Weise mit Hilfe einer Blockform hergestellt wird, in welcher ein härtbares Gemisch unter Verwendung zweier konisch zulaufender Kerne, die in ihrer Form den Hohlräumen 14 entsprechen, in die

gewünschte Form gebracht wird. Das härtbare Material kann dabei von beliebiger Art sein, beispielsweise Beton od. dgL Wenn das Material ausreichend hart geworden ist, beispielsweise durch Trocknen oder Erwärmen, werden die Formelemente entfernt Nach einem anschließenden Aushärten bildet der Block dann ein tragfähiges Bauelement. ~

Der Block 12 weist zwei geschlossene Stirnwände 16, eine Decke 18, eine Rückwand 20, eine Trennwand 22 (oder auch mehrere Trennwände, wenn mehr als zwei <o Hohlräume vorgesehen werden, wie dies Fig.4 zeigt) und eins Vorderwand 24 auf, die der Rückwand gegenüberliegt und die der Schallquelle zugewandt sein soll, deren Geräusch unterdrückt werden solL Die genannten Wände stoßen in üblicher Weise aneinander. '5 Im Bereich einer .Bodenebene 26, weiche der Decke 18 gegenüberliegt und weiche bei eingebautem Hohlblockstein unten liegt, sind die Hohlräume 14 offen. Dabei ist jedoch zu beachten, daß die offene Seite der Hohlräume nach Vermauern der Hohlblocksteine 12 durch die Decke 18 eines darunterliegenden Steins und eine Mörtelschicht verschlossen werden, wenn di'; Hohlblocksteine lagenweise z. B. zu einer Wand vermauert werden.

In der Vorderwand 24 sind Schallöffnungen in Form sich verbreiternder Schlitze 28 vorgesehen, weiche die Verbindung zwischen den Hohlräumen 14 und dem Luftraum herstellen, in welchem sich der zu unterdrükkende Schall ausbreitet Hohlraum und Schlitz bilden gemeinsam einen Helmholtz-Resonator. Die Schlitze so verlaufen in Längsrichtung von der Bodenebene 26 bis zur Unterseite der Decke 18. Wie Fig.2 zeigt, ist die Breite W der Schlitze 28, ausgehend von der Außenfläche der Vorderwand 24, zunächst konstant Die konstante Breite W wird über einen Bereich 30, welcher an die Außenfläche angrenzt aufrechterhalten, wobei die Tiefe des Bereichs konstanter Breite gleich D ist Vom inneren Ende des Bereichs 30 nimmt die Schlitzbreite in Richtung auf den Hohlraum zu. Die Seitenwände d«ises sich verbreiternden Bereichs 32 des ⁴" Schlitzes können verschiedene Querschnittsformen haben. Wie F i g. 2 zeigt, ändert sich die Breite zwischen dem inneren Ende des Bereichs 30 und dem Hohlraum 14 linear, so daß sich für den Schlitz insgesamt eine im wesentlichen Y-förmige Querschnittsform ergibt Diese Form hat den Vorteil, daß sie einfach herzustellen ist, während zugleich die erwünschte Schalldämpfung erreicht wird. Ein weiterer Vorteil liegt dabei darin, daß der Teil des Formelements, welcher den sich konisch verbreiternden Teil des Schlitzes formt, an der Stelle am breitesten ist, wo er in das Formelement für den Hohlraum 14 übergeht.

Experimentell wurde festgestellt, daß für eine Wandstärke T zwischen etwa 2,54 und 3,8 cm für die wirksame Übertragung von Schallwellen mit einer Frequenz zwischen 100 und 2000 Hz eine Öffnungsbreite zwischen etwa 0,64 und 2,54 cm erforderlich ist. Die Tiefe D des Bereichs 30 konstanter Breite ist vorzugsweise klein gegenüber der Wandstärke T und liegt typischerweise bei etwa 0,64 cm. Eine geringere Tiefe für den Bereich 30 führt zu Problemen beim Gießen und zu einer erhöhten Zerbrechlichkeit der äußeren Kante des Schlitzes.

Ferner wurde festgestellt, daß sich eine maximale Erhöhung der Resonanzfrequenz für Öffnungswinkel θ ergibt, die über 20" liegen. Bei kleineren Winkelwerten nähert sich die wirksame Luftmasse derjenigen eines üblichen Schlitzes mit parallelen Wänden. Oberhalb eines Öffnungswinkels von 20° wird die wirksame Luftmasse etwa auf den Wert beschränkt v.^leleher dem äußeren Bereich 30 entspricht und nicht auf den Wert, der dam ganzen Schlitz 28 entsprechen würde. Für den Öffnungswinkel sind Werte zwischen 25 und 30° empfehlenswert. Wenn der Öffnungswinkel θ über den genannten Bereich hinaus erhöht wird, nimmt die Absorption bei höheren Frequenzen ab, und außerdem wird die Festigkeit des Blocks beeinträchtigt, da die Vorderwand 24 zunehmend dünner wird.

Die Schallenergie, welche auf die Vorderwand 24 auftrifft, wird teilweise durch Vielfachreflexionen im Inneren des Hohlraums 14 vernichtet (Effekt des »schwarzen Strahlers«) und teilweise durch Verluste im Bereich des Schlitzes 28, weiche besonders groß für solche Frequenzen sind, bei denen sich eine akustische Resonanz ergibt Diese Resonanzerscheinungen bzw. der Helmholtz-Resonanzeffekt tritt ein, wenn die Frequenz des einfallenden Schalls gleich der natürlichen Frequenz des Schlitzes und des Hohlrairns ist oder nahe bei dieser Frequenz liegt. Physikaliscn bedeutet dies, daß in dem Schlitz Schallwellen maximaler Amplitude schwingen.

Die Form des Schlitzes 28 ist für beide oben besprochenen Effekte ein entscheidender Faktor. Was den Effekt des »schwarzen Strahlers« anbelangt, so ist die Menge der in dem Hohlraum vernichteten Energie von der in den Hohlraum übertragenen Energie abhängig. Diese Energie hängt wieder von der akustischen Impedanz ab, welche Schlitz und Hohlraum einer einfallenden Schallwelle entgegensetzen. Bezüglich des Helmholtz-Effektes ist die natürliche Frequenz bzw. die Resonanzfrequenz eines Helmholtz-Resonators umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Luftmasse in dem Schlitz, die ebenfalls von der Form des Schlitzes abhängt Die trichterförmige Erweiterung des Schlitzes auf der Innenseite läßt die Helmholtz-Resonanzfrequenz des Blockes 12 ansteigen, indem sie wirksame Luftmasse in dem Schlitz verringert, ohne daß damit die eine Impedanzanpassung bewirkenden Eigenschaften eines sich trichterförmig nach außen erweiternden Schlitzes verloren gehen. Die Luftmasse in dem Schlitz 28 wird in Vergleich zu einer üblichen Öffnung mit parallelen Seitenwänden verringert, da mir die Luftmasse wirksam wird, welche sich in dem engen Bereich 30 befindet und nicht die Luftmasse im ganzen Schlitz. Durch Verwendung eines sich trichterförmig nach innen öffnenden Schlitzes ist es möglich, die Helmholtz-Resonanzfrequenz eines Blocks 12 um ungefähr 20% anzuheben.

F i g. 4 zeigt einen Btock 12 mit drei Hohlräumen, von deren Schallöffnungen zwei als sich einseitig öffnende trichterförmige Schlitze 34 ausgebildet sind. Eine Seite der beiden Schlitze 34 liegt jeweils in der Nähe einer Trennwand 22 und verläuft gerade und senkrecht zu der Vorderwand 24. Die andere Seitenwand jedes der Schlitze 34 ist in ähnlicher Weise wie bei den Schlitzen 28 trichterförmig ausgebildet. Auch die Schlitze 34 besitzen wieder einen engen Bereich 30 mit konstanter Breite, welcher von der Außenseite der Vorderwand 24 ausgeht und eine Tiefe D besitzt. An den Bereich 3Ö schließt sich ein sich nach innen öffnender Bereich 32 an, dessen eine Seite durch einen schrägen Wandbereich 36 begrenzt wird. Ein sich einseitig trichterförmig erweiternder Schlitz der betrachteten Art ist hinsichtlich der Anhebung der Helmholtz-Frequenz etwa halb so wirksam wie ein sich beidseitig trichterförmig erweiternder Schlitz 28. Trotzdem führt ein solcher Schlitz

zu einer bedeutenden Verschiebung der Resonanzfrequenz, wobei seine Form zugleich ermöglicht, ihn angrenzend an eine Trennwand 22 anzuordnen. Ein sich beidseitig trichterförmig öffnender Schlitz 28 an dieser Steile würde dazu führen, daß eine der Seitenwände im s Bereich der Verbindungsstelle der Vorderwand 24 und der Trennwand 22 in das Material einschneiden würde. Die Möglichkeit, einen Schlitz 34 unmittelbar angrenzend an eine Trennwand 22 anzubringen, führt zu einer erhöhten Flexibilität bei der Gestaltung des Blocks und to verbessert dessen ästhetische Wirkung. Wenn beispielsweise ein Hohlblockstein mit drei Hohlräumen, wie er in F i g. 4 gezeigt ist, reihenweise aufgemauert wird, ergibt sich ein gleichmäßiges und rhythmisches Muster, welches zu einer insgesamt ästhetisch ansprechenden ii Fläche des Bauwerks führt.

Die Schallabsorptionsqualitäten eines solchen Blocks 12 können dadurch verbessert werden, daß in die Hohlräume ·4 ein Fascrrris'.cria! 38 geringer Dichte eingelegt wird, beispielsweise Steinwolle oder Glasfa- 2» sern. Das Fasermaterial bewirkt insbesondere eine Verbreiterung und Erhöhung der Absorptionsspitze bei der Helmholtz-Resonanz Das Fasermaterial kann den gesamten Hohlraum oder nur einen Teil desselben füllen. Vorzugsweise wird das Fasermaterial so einge- ?·, legt, daß es eben an der Innenseite der Vorderwand anliegt bzw. angrenzend an die Schlitze 28 oder 34 angeordnet ist. wie dies F i g. 2 und 4 zeigen. Dabei ist es empfehlenswert, daß das Fasermaterial nicht in die Schütze 28 ozw. 34 hineinragt, da dies zu einer beträchtlichen Absenkung der Resonanzfrequenz des Hohlraums führt.

in Fig.5 ist auf der senkrechten Achse der statistische Absorptionskoeffizient aufgetragen, welcher den prozentualen Anteil der einfallenden Schallenergie darstellt, welche absorbiert wird. Die Bezeich-

IO nung »statistisch« bedeutet dabei, daß die Werte für den Absorptionskoeffizienten statistisch abgeglichen sind, um Änderungen des Einfallwinkels für den Schall Rechnung zu tragen, wie sie in der Praxis auftreten. Längs der horizontalen Achse ist die Frequenz des einfallenden Schalls aufgetragen. Die ermittelten Werte wurden experimentell bei Verwendung eines 23 cm-Steines mit zwei Hohlräumen, wie ihn Fig. 2 zeigt, erhalten. Der Hohlblockstein bestand aus einem dichten Sand-Kies-Gemisch, welches insgesamt vergleichsweise niedrige Schalldämpfung besitzt, jedoch die Tendenz zeigt, zu einer ausgeprägteren Absorptionsspitze zu führen. Der Hohlblockstein hatte eine Wandstärke T von etwa 3,2 cm und eine Schlitzbreite von etwa 1,9 cm, sowie eine Tiefe D von etwa 0.64 cm, wobei der öffnungswinkel θ 27° betrug. Die grafische Darstellung _zeigt, daß die Kurve A für einen sich beidseitig trichterförmig öffnenden Schlitz 28 ihr Absortionsmaxi-ίΓΐΰ'π A' bei einer Resonanzfrequenz von etwa !90 H? erreicht, während die Kurve B für einen üblichen Schlitz mit parallelen Seitenwänden ihr Absorptionsmaximum B' bei etwa 160 Hz erreicht, was einer Erhöhung von etwa 19% entspricht.

Die Erfindung läßt sich bei Blöcken mit einem einzigen Hohlraum oder mit zwei und mehr Hohlräumen verwirklichen sowie bei Blöcken mit unterschiedlichen Abmessungen der Vorderseite und der Hohlräume. Bei ficcken bei denen die Vorderseite die gleichen Abmessungen hat wie der 23 cm-Stein, von welchem in F i g. 5 ausgegangen wurde, welche jedoch einen geringeren Abstand zwischen ihrer Vorderseite und ihrer Rückseite aurweisen, liegt die Absorptionsspitze beispielsweise bei höheren Frequenzen, da die HeImholtz-Resonanzfrequenz der Quadratwurzel des Hohlraumvolumens imgekehrt proportional ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Block mit Schallabsorptionseigenschaften aus tragfäfugem Material, insbesondere gegossener Hohlblockstein, mit mindestens einem Hohlraum mit einer Schauöffnung, deren Länge zumindest im wesentlichen gleich der entsprechenden Abmessung des Hohlraums ist und die, ausgehend von einer Außenfläche des Blocks, einen Bereich von zumindest im wesentlichen konstanter Breite aufweist, ίο dadurch gekennzeichnet, daß die Schallöffnung angrenzend an einen äußeren Bereich (30) mit der konstanten Breite (W), einen inneren Bereich (32) mit in Richtung auf den Hohlraum (14) zunehmender Breite aufweist. ι s

2. Block nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des inneren Bereichs (32), ausgehend von dem äußeren Bereich (30), linear in Richtung auf den Hohlraum (14) zunimmt

3. BIpck nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Seitenwand des inneren Bereichs (32) unter einem Winkel (Θ) zwischen 25° und 30° gegenüber einer zu der Außenfläche senkrechten Ebene geneigt ist

4. Block nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der Schallöffnung (28) an der Außenfläche zwischen etwa 0,64 und 2^54 cm liegt und daß die Tiefe (D) des äußeren Bereichs (30) mindestens etwa 0,64 cm beträgt.