DE2539087B2 - Schallabsorbierende Raumauskleidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schallabsorbierende Raumauskleidung, insbesondere für schalltote Räume, mit gleichmäßig hoher Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich, bestehend aus in mehreren Lagen angeordneten Elementen aus einem offenporigen, schallabsorbierenden Material, wobei die Materialkonzentration in den einzelnen Lagen zur Raumwandung hin zunimm L

Sogenannte schalltote Räume werden benötigt für akustische Messungen, für Tonaufnahmen, aber auch als Versuchsräume für zoologische Untersuchungen. Ihre Aufgabe ist die Schaffung einer akustisch störungsfreien Umgebung oder die Nachbildung des akustisch unbegrenzten Raumes (sogenanntes Freifeld). Das wird dadurch erreicht, daß Schallwellen, welche auf die Raumwände auftreffen, dort möglichst vollständig absorbiert werden durch die Anbringung geeigneter schallabsorbierender Elemente. Als gebräuchliche Anforderung an solche Elemente gilt eine Absorption von mindestens 99% der auftreffenden Schallenergie in einem möglichst breiten Frequenzbereich und über alle Einfallswinkel.

Diese hohen Anforderungen können nur erreicht werden durch die gleichzeitige Erfüllung folgender Teilforderungen: Geringe Reflexion beim Eintritt der Schallwellen in die schallabsorbierenden Elemente, ausreichende Ausbreitungsdämpfung der Schallwellen innerhalb der Elemente, um ein Wiederaustreten der an der Rückwand reflektierten Schallanteile zu verhindern und Vermeidung einer ebenen, glatten Absorptionsfläche auf der Raumseite, um gebündelte Reflexion bei streifendem Schalleinfall zu vermeiden.

Die Lösung der beiden ersten Teilaufgaben wird besonders schwierig an der unteren Frequenzgrenze des Anwendungsbereichs, und zwar weil sich bei tiefen Frequenzen die charakteristischen akustischen Daten (Ausbreitungskonstante und Wellenwiderstand) aller bekannten Absorptionsmaterialien besonders stark von den charakteristischen akustischen Daten der Luft unterscheiden und so leicht zu starken Reflexionen an der Vorderseite der Elemente Anlaß geben, und zum anderen, weil ausreichende Ausbreitungsdämpfungen im Inneren der Elemente bei tiefen Frequenzen leicht zu unwirtschaftlichen Bautiefen der Elemente führen. Deshalb 'äßt sich die Qualität einer schallabsorbierenden Raumauskleidung für die Anwendung ir. schalltoten Räumen durch die Kombination der Merkmale: tiefe untere Grenzfrequenz bei geringer Bautiefe charakterisieren. Dabei ist es üblich, als untere Grenzfrequenz diejenige Frequenz zu definieren, bei welcher der Schallschluckgrad den Wert von 99% überschreitet, d. h., der Reflexionsfaktor den Wert von 0,1 unterschreitet.

Es sind bereits verschiedene schallabsorbierende Raumau-.kleidungen bekannt, bei denen ein günstiger Schallschluckgrad angestrebt wird. So ist beispielsweise in der DE-AS 10 29 433 eine reflexionsarme Dämpfungsanordnung angegeben, die aus mehreren Elementen in der Form von Schächten unterschiedlicher Tiefe besteht, deren Wände im wesentlichen in Ausbreitungsrichtung der Schallwellen verlaufen. Diese Schächte, welche auch rohrförmig ausgebildet sein können, sind

bo hier wabenförmig nebeneinander und ineinander verschachtelt angeordnet und so bemessen, daß die zu absorbierenden Wellen in die lichten Zwischenräume der Schächte eindringen können und dabei durch die Schachtwände in gewünschtem Maße gedämpft wer-

h5 den. Die Schachtwände selber sind entweder perforiert oder bestehen aus einem akustisch dämpfenden Material, wobei die Rückwände der Schächte glatt ausgebildet sind.

Das Wirkungsprinzip dieser bekannten Dämpfungsanordnung besteht darin, daß die zu absorbierenden Wellen im wesentlichen axial in die wabenförmig angeordneten Schächte einfallen und cann in diesen nach dem Prinzip der Ausbrekungsdämpfung in absorbierenden Kanälen geschluckt werden. Mit einer derartigen Dämpfungsanordnung ist es durchaus möglich, elektromagnetische Wellen befriedigend zu ebsorbieren, da bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen vefer Frequenz in engen Schächten mit teilweiser Leitfähigkeit der Schachtwände die Existenz einer unteren Grenzfrequenz dieser Wellen ausgenützt werden kann. Hierbei ist diese Grenzfrequenz so definiert, daß elektromagnetische Wellen unterhalb dieser Grenzfrequenz in langen Schächten nicht mehr ausbreitungsfähig sind. Dadurch ist auch der störende Einfluß einer Reflexion an den Rückwänden der bekannten Schächte bei tiefen Frequenzen ausgeschaltet Da jedoch bei einfallenden ebenen Luft-Schallwellen eine solche untere Grenzfrequenz für die Ausbreitung in Schächten nicht existiert, ist das bei dieser bekannten Dämpfungsanordnung verwendete Wirkungsprinzip nicht für Luft-Schallwellen geeignet, um einen hohen Schallschluckgrad zu erreichen.

Ferner ist aus der DE-OS 18 03 821 eine schallabsorbierende Verkleidung für Wände bekannt, die aus mehreren in Reihe angeordneten und parallel zur Befestigungswand verlaufenden Hohlprofilen gebildet ist, so daß Resonanzräume sowohl innerhalb der Hohlprofile als auch zwischen denselben vorliegen Die Hohlprofile bestehen vorzugsweise aus Stahl und können ggf. mit einem schallabsorbierenden Material ausgekleidet sein, wobei letzteres auch zwischen den Hohlprofilen angeordnet ist. Mit einer derartigen schallabsorbierenden Verkleidung ist es zwar möglich, in bestimmten Frequenzbereichen Schallabsorptionsgrade von 40 bis 80% zu erreichen, wie sie für die Auskleidung /um Beispiel von Aufenthaltsräumen ausreichend sind, jedoch sind die hohen Anforderungen an die Schallabsorber für schalltote Räume damit nicht zu verwirklichen. Eine anerkannte Regel lautet, daß der Schallabsorptionsgrad bei Frequenzen oberhalb etwa 1000 Hz auf den Wert des Flächenverhältnisses der nicht durch schallharte Kanäle abgedeckten Absorberfläche zur Gesamtfläche absinkt. Das würde bei dieser bekannten Verkleidung zu Schallschluckgraden unter 50% führen.

Schließlich ist aus der DE-PS 8 35 953 eine schallabsorbierende Raumauskleidung bekannt, welche aus in mehreren Lagen angeordneten Elementen aus einem offenporigen, schallabsorbierenden Material besteht, wobei die Materialkonzentration in den einzelnen Lagen zur Raumwandung hin zunimmt. Diesr Elemente sind hier aus auf Drähten aufgereihten kugelförmigen Körpern gebildet. Sieht man bei dieser Raumauskleidung von der Beurteilung eines möglichen erzielbaren hohen Schallschluckgrades einmal ab, so dürfte die bekannte Lösung für die Praxis kaum geeignet sein. Folgende Fakten sprechen dagegen:

Hohe Konfektionierungskosten der benötigten großen Zahl von Schallschluckkörpern, hohe Montagekosten der auf Drähten aufgereihten Schallschluckkörper, Empfindlichkeit der Anordnung gegen Berührung, da zum Beispiel miteinander verschlungene Drähte ohne Beschädigung der einzelnen Schallschluckkörper praktisch nicht mehr zu entwirren sind, hoher Schnittflächenanteil des Schallabsorptionsmaterials mit entsprechend hohem Staubaustrag des in der Schnittfläche zerstörten Absorptionsmaterials und schließlich hoher Materialaufwand.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine kostengünstige schallabsorbierenae Raumauskleidung, insbesondere für schalltote Räume, zu schaffen, die eine möglichst geringe Bautiefe aufweist und den für schalltote Räume erforderlichen hohen Schallschluckgrad über einen mögliciiSt großen Frequenzbereich gewährleistet

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch gelöst, daß die Elemente als parallel zur Raumwandung angeordnete rohrförmige Hohlkörper ausgebildet sind, deren Wandungen schalldurchlässig sind.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß zunächst die Bautiefe bei vorgegebener unterer Grenzfrequenz sehr gering ist; die für diese Eigenschaft üblicherweise herangezogene Kenngröße 77Ao, welche aus dem Verhältnis der Bautiefe T des Absorbers und der Wellenlänge λο der Schallwelle bei der unteren Grenzfrequenz gebildet ist, erreicht für die erfindungsgemäße schallabsorbierende Raumauskleidung Werte unter 0,23, wobei Werte zwischen 0,3 und 0,5 dem Stand ausgereifter bekannter Technik entsprechen. Die Verwendung von rohrförmigen Hohlkörpern für die erfindungsgemäße Raumauskleidung hat ferner den Vorteil, daß diese relativ kompakt und mechanisch stabil sind, so daß die mechanische Empfindlichkeit bekannter Auskleidungen, wie z. B. auch Keile oder die eingangs erwähnten auf Drähte aufgereihten Schallschluckkörper, an ihrer dem Raum zugekehrten Seite entfällt und damit die üblichen Beschädigungen bei der Nutzung der Räume vermieden werden. Weiterhin ist es ein Vorteil, daß die Raumauskleidung zu großformatigen Teilflächen vormontiert werden kann und dadurch die Montagekosten gegenüber bekannten Raumauskleidungen deutlich gesenkt werden können. Schließlich ist es möglich, als rohrförmige Hohlkörper handelsübliche Rohrschalen aus Mineralfasermaterialien ohne jede besondere Konfektionierung zu verwenden, wodurch auch die Herstellungs- und Materialkosten gesenkt werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Hohlkörper auf wenigstens einer ebenen Schicht aus einem schallabsorbierenden Material befestigt sind. Durch die genannte Schicht können die Hohlkörper der einzelnen Reihen bereits bei der Vorfertigung miteinander verbunden werden.

Der Querschnitt der Hohlkörper kann ferner rund, elliptisch und/oder polygonal, je nach Erfordernis, also auch kombiniert, zum Beispiel raumseitig rund und zur besseren Auflage an der Wandseite eben, ausgebildet sein.

Um eine gerichtete Reflexion auszuschalten, ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Hohlkörper keilförmig und parallel zueinander angeordnet sind oder in den aufeinanderfolgenden Lagen im Winkel zueinander stehen. Das gleiche Ziel wird auch erreicht, wenn ferner die Hohlkörper in den einzelnen Lagen bezüglich ihres gegenseitigen Abstands und/oder ihrer Winkellage unregelmäßig zueinander angeordnet sind.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß durch die Verengungen zwischen jeweils benachbarten Hohlkörpern zusammen mit den Zwischenräumen zwischen den Hohlkörpern und/oder dem Zwischenraum zwischen den Hohlkörpern und der Rückwand gebildeten Helmholtz-Resonatoren durch Veränderung des Abstands der Hohlkörper so abee-

stimmt sind, daß die Schallabsorption, insbesondere bei tiefen Frequenzen, erhöht wird.

Ferner kann der Schallschluckgrad auch dadurch noch erhöht werden, daß sich in den Wandungen wenigstens eines Teils der Hohlkörper öffnungen, insbesondere in Form von Längsschlitzen, befinden. Durch diese Öffnungen wird vorteilhaft erreicht, daß die Schwingmassen der Luft in den Öffnungen zusammen mit der Federung der Luft im Innenraum der Hohlkörper Helmholtz-Resonatoren bilden. Damit kann ebenfalls auf sehr einfache Weise, insbesondere der tieffrequente Verlauf der Frequenzkurve des Reflexionsfaktors in gewünschtem Sinne beeinflußt werden.

Schließlich ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Porosität innerhalb der Wandungen der einzelnen Hohlkörper von außen nach innen abnimmt. Hierdurch wird erreicht, daß die Anpassung der akustischen Daten an die Kenndaten der Luft und die Brechung der Schallwellen im Innenraum der Hohlkörper günstig beeinflußt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 bis 4 in perspektivischer Darstellung jeweils Ausschnitte von vier verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Raumauskleidung und

F i g. 5 anhand eines Diagramms die Abhängigkeit des Reflexionsfaktors von der Frequenz bei einer geprüften Raumauskleidung.

In Fig. 1 ist als erstes Ausführungsbeispiel ein Ausschnitt aus einem schalltoten Raum mit einer Raumwandung 1 gezeigt, auf deren Innenseite eine Schient 2 aus einem schallabsorbierenden Material aufgebracht ist, vor der mehrere Lagen 3a bis 3c von rohrförmigen Hohlkörpern 3 angeordnet sind. Die einen runden Querschnitt aufweisenden Hohlkörper 3 bestehen aus einem offenporigen, schallabsorbierenden und schalldurchlässigen Material; im vorliegenden Fall aus mit Kunstharz gebundenen Mineralfasern. Ferner sind die rohrförmigen Hohlkörper 3 einerseits parallel zur Raumwandung 1 und andererseits zueinander parallel und keilförmig angeordnet. Letzteres bedingt, daß die Materialkonzentration in den einzelnen Lagen 3a bis 3< zur Raumwandung 1 hin zunimmt, wodurch ein« Anpassung an die Eigenschaften der Luft gegeben ist ·> Eine derartige Anpassung kann auch durch die Anzah der einzelnen Lagen, den Durchmesser D und die Wandstärke 5(F i g. 2) der Hohlkörper 3 erfolgen.

Aus dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispie geht ferner hervor, daß insbesondere im Bereich dei

ίο Lage 3a mehrere Helmholtz-Resonatoren 4 durch jeweils die schallabsorbierende Schicht 2 und durch die dieser Schicht gegenüberliegenden Hohlkörper 3, die ar den Berührungslinien 5 aneinander anliegen, gebildet sind. Durch derartige Helmholtz-Resonatoren wird da« tieffrequente Absorptionsverhaiten günstig beeinflußt.

In F i g. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt bei dem die Hohlkörper 3 in den einzelnen Lagen 3a bi; 3c bezüglich ihres gegenseitigen Abstands A unregelmäßig zueinander angeordnet sind, während bei einerr dritten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 die Hohlkörpei 3 in den aufeinanderfolgenden Lagen 3a bis 3c in einerr Winkel von 90° zueinander stehen.

In Fig.4 ist schließlich ein viertes Ausführungsbei spiel dargestellt, bei dem die Hohlkörper 3 Längsschiit

:5 ze 6 aufweisen, durch welche der angestrebte hohe Schallschluckgrad weiter verbessert werden kann, d2 die Schwingmassen der Luft im jeweiligen Innenraum der Hohlkörper 3 weitere Helmholtz-Resonatorer bilden.

Zur Veranschaulichung der Wirksamheit der erfindungsgemäßen Raumauskleidung ist in Fig. 5 ein Diagramm angegeben, bei welchem der Reflexionsfaktor in Abhängigkeit von der Frequenz im unteren kritischen Frequenzbereich für eine Raumauskleidung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Die gemessene Raumauskleidung nach Fig. 1 hatte eine 12 cm dicke schallabsorbierende Schcht 2 aus Glasfasern, die Hohlkörper 3 bestanden im wesentlichen aus dem gleichen Material und hatten eine Wandstärke 5 von ca. 3 cm, wobei die Bautiefe des gesamten Hohlkörperaufbaus rund 55 cm betrug. Dabei wurde bei einem Reflexionsfaktor von 0,1 eine untere Grenzfrequenz von 100 Hz festgestellt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schallabsorbierende Raumauskieidung, insbesondere für schalltote Räume mit gleichmäßig hoher Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich, bestehend aus in mehreren Lagen angeordneten Elementen aus einem offenporigen, schallabsorbierenden Material, wobei die Materialkonzentration in den einzelnen Lagen zur Raumwandung hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente als parallel zur Raumwandung (1) angeordnete rohrförmige Hohlkörper (3) ausgebildet sind, deren Wandungen schalldurchlässig sind.

2. Schallabsorbierende Raumauskieidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) auf wenigstens einer ebenen Schicht (2) aus einem schallabsorbierenden Material befestigt sind.

3. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Hohlkörper (3) rund, elliptisch und/oder polygonal ist.

4. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) keilförmig angeordnet sind.

5. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) parallel zueinander angeordnet sind.

6. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) in den aufeinanderfolgenden Lagen (3a, 3b,3c) im Winkel zueinander stehen.

7. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (3) in den einzelnen Lagen (3a, 3b, 3c) bezüglich ihres gegenseitigen Abstands und/oder ihrer Winkellage unregelmäßig zueinander angeordnet sind.

8. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verengungen zwischen jeweils benachbarten Hohlkörpern (3) zusammen mit den Zwischenräumen zwischen den Hohlkörpern (3) und/oder dem Zwischenraum zwischen den Hohlkörpern (3) und der Rückwand gebildeten HeImholtz-Resonatoren (4) durch Veränderung des Abstandes der Hohlkörper (3) so abgestimmt sind, daß die Schallabsorption, insbesondere bei tiefen Frequenzen, erhöht wird.

9. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Wandungen wenigstens eines Teils der Hohlkörper (3) öffnungen, insbesondere in Form von Längsschlitzen (6), befinden.

10. Schallabsorbierende Raumauskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität innerhalb der Wandungen der einzelnen Hohlkörper (3) von außen nach innen abnimmt.