DE2617000B2 - Kulissen-Luft-Schalldämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kulissen-Luftschalldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Kulissen-Luftschalldämpfer ist aus der FR-PS 12 83 147 bekannt Derartige Schalldämpfer in Kulissenbauweise dienen zur Dämpfung von Luftschall im Unterschied zu Körper- oder Wasserschall, wobei das die zu dämpfenden Schallwellen leitende Medium natürlich nicht Luft im engeren Sinne zu sein braucht, sondern mit der Bezeichnung Luftschall der Schall in jedem beliebigen gasförmigen Medium bezeichnet wird.

Kulissen-Luftschalldämpfer werden in Kanälen oder Rohrleitungen, hier zusammenfassend Kanäle genannt, eingebaut. Hierdurch wird eine Pegelerniedrigung durch schallabsorbierende Ausbildung der Berandungsoberflächen des freien Kanalquerschnitts erzielt. Da die Luftschalldämpfung mit wachsendem gegenseitigem Abstand der schallabsorbierenden Oberfläche abnimmt, werden sehr oft die freien Kanalquerschnitte durch sogenannte Kulissen unterteilt, welehe fpr dje entstehenden Teilquerschnitte dip schBllftbiWbierentle Beendung darstellen. Hierbei können die Kulissen eben oder rund sein oder andere Formen und Anordnungen aufweisen, Kulissen-Schalldämpfer sind für die Luftschalldftmpfung deshalb von großer praktischer Bedeutung, wejl sie eine sehr kostengünstige Ausführungsform darstellen.
Eine für die Wirksamkeit in LuftschaJldäropfern in

ίο Kulissenbauweise kennzeichnende Eigenschaft der schallabsorbierenden Berandungen ist deren akustischer Eingangsleitwert Dies ist der Quotient aus der zur Berandung senkrechten Komponente der Schallschnel-Ie und dem Schalldruck an der Oberfläche der Berandung, die dem freien Kanalquerschnitt zugekehrt ist, in welchem sich die zu dämpfende Luftschallwelle ausbreitet Es wird deshalb in der Folge der Begriff des akustischen Eingangsleitwertes der Berandung verwendet, der in der Fachliteratur meist durch eine "komplexe Zahl angegeben und deshalb auch Komplexer akustischer Eingangsleitwert genannt wird.

Dementsprechend wird ein akustischer Eingangsieitwert in einem Oberflächenbereich dann als konstant bezeichnet, wenn für die schalldämpfende Wirkung nur der über die Oberfläche gemittelte akustische Eingangsleitwert maßgeblich ist Denn es ist bekannt daß Struktur- und/oder Materialänderunge», deren seitliche Ausdehnungen innerhalb der absorbierenden Auskleidung sehr viel kleiner sind als die Schallwellenlängen, wie z. B. bei den üblichen Lochblechabdeckungen oder bei Trennwänden, nicht durch ihre einzelnen Strukturglieder, sondern durch ihre über die Oberfläche gemittelten Eigenschaften die Schalldämpfung bestimmend beeinflussen. Üblicherweise sind die einander gegenüberliegenden schallabsorbierenden Berandungen des freien Kanalquerschnittes von gleichem akustischem Eingangsleitwert Bekannte Ausnahmen von diesem Bauprinzip der symmetrischen Berandung eines Kanals sind solche Schalldämpfer mit nur einseitiger schallabsorbierender Auskleidung und einer gegenüberliegenden schallharten Kanalwand sowie schallabsorbierende Auskleidungen, die ihre akustischen Eigenschaften in Schallausbreitungsrichtung stetig verändern, insbesondere durch stetige Veränderung der Auskleidungsdicke. Die erstgenannte Bauform weist nur geringe Schalldämpfung auf und ist daher ohne Interesse. Die letztgenannte Bauform hat dagegen den Nachteil einer zu aufwendigen Bauweise. Das Prinzip der symmetrischen Auskleidung wird bei üblichen

so Schalldämpfern, wie sie überall im Handel sind, deshalb angewandt weil es zum einen als kostengünstigstes Bauprinzip naheliegt zum anderen aber auch, weil bekannte Standardwerke der Fachliteratur stets die symmetrische Schallwellenform in Schalldämpferkanälen als die wesentliche Wellenform herausstellen und fast ausschließlich behandeln, wie beispielsweise aus dem Buch von L Cremer »Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik«, Band IH »Wellentheoretische Raumakustik«, erschienen im S. Hirzel-Verlag,

Leipzig, 1950, Seite 265, ersichtlich ist

Diese symmetrische Wellenform, bei welcher die Schallfeldgrößen bezüglich einer in Kanalmitte zu denkenden Symmetrieebene symmetrisch sind, führt in der Tat in einem auf gegenüberliegenden Seiten gleichartig, also symmetrisch, berandeten Kanal den weitaus überwiegenden Teil der Schallenergie.

Neben der symmetrischen Schallwellenform gibt es die sogenannte antisymmetrische Schallwellenform, bei

welcher eile Sehallieldgrößen beiderseits der ymme trieftäche "des Kanals entgegengesetzte Vorzeichen haben. Diese antisymmetriscbe Schallwellenform hat die interessante Eigenschaft, daß sie eine viel höhere Ausbreitungsd&mpfung besitzt als die symmetrische Wellenform, Dies wird etwa in dem Buch »Theoretical Acoustics« von P, M, Morse und K, U, Fngard, erschienen im McGraw-Hill-Verlag, New-York, 1968, S. 504 bis 510, erläutert Dennoch spielt die antisymmetrische Scha|lv»ellenform in der Praxis im symmetrisehen Kanal keine Rolle und wird deshalb als technisch uninteressant angesehen, weil sie im symmetrisch berandeten Kanal nicht angeregt werden kann.

Bei dem aus der FR-PS 12 83 Ί47 bekannten Kulissen-Luftschalldämpfer können Ausführungsfor- is men auftreten, bei denen die akustischen Eingangsleitwerte der schallabsorbierenden Berandungen des freien Kanalquerschnittes, obwohl in axialer Kanalrichtung abschnittsweise konstant, voneinander verschieden sind, also keine akustische Symmetrie der Kanalberandung vorliegt Jedoch erfolgt eine solche unterschiedliche Ausbildung mit damit einhergehender unterschiedlicher Größe der akustischen Eingangsleitwerte nicht zielgerichtet zur Erzielung einer bestimmten Wellenform, sondern ergibt sich durch bei Bedarf unterschiedliche Ausbildung der Perforationen von Abdeckflächen, unterschiedliche Dichte des Absorptionsmaterials usw, wobei aber völlig offen ist, in welchem Umfang und in welcher Richtung diese Unterschiede vorliegen. Mit der Art der Wellenform beschäftigt sich die FR-PS 12 83 147 nicht

Hingegen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kulissen-Luftschalldämpfer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 umrissenen Gattung so zu gestalten, daß während der Schallausbreitung beständig Energie aus der nur schwach bedämpfbaren symmetrischen Wellenform abgezogen und in die mit höherer Ausbreitungsdämpfung versehene antisymmetrische Wellenform übergeführt wird, wodurch sich insgesamt eine erhöhte Dämpfung des gesamten Schallfeldes ergibt

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich bei einem Kulissen-Luftschalldämpfer gemäß Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Hierdurch ergibt sich überraschenderweise eine, sehr « einfache Möglichkeit einer wirksamen Erhöhung der Dämpfung des Schallfeldes. Eine Erklärung für die Wirksamkeit dieser Maßnahme kann darin gesehen werden, daß mit wachsendem Grad der Unsymmetrie der Eingangsleitwerte ein immer größerer Anteil der so antisymmetrischen Wellenform benötigt wird, um die Randbedingungen an den Berandungen des Kanals mit endlichen, voneinander verschiedenen akustischen Leitwerten erfüllen zu können. Hieraus folgt daß eine schallabsorbierende Auskleidung mit endlichem akustischem Eingangsleitwert gegenüber einer schallharten Kanalwand nicht im erfindungsgemäßen Sinn wirksam ist da bekanntlich schallharte Flächen akustische Symmetrieflächen darstellen. Außerdem ergibt sich, daß auch Auskleidungen mit stetig sich ändernden akustisehen Eingangsleitwerten keine geeignete Maßnahme sein können, da die Einstellung des Amplitudengleichgewichts zwischen symmetrischer und antisymmetrischer Wellenform, welches dem jeweiligen Grad der Unsymmetrie der Berandung entspricht, eine gewisse Einlauflänge benötigt, wdrhe mindestens gleich dem halben gegenseitigen Abstand einander gegenüberliegender schallabsorbiertmder Ek/andungen, oft jedoch gleich dem Einfachen *ww Abstandes ist,,

Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorptionsmaterialien, insbesondere Mirieraifasern, wie Glasfasern, offenzelligen SlehBnmen oder dergleichen bestehen, die gegebenenfalls mit Deckschichten, wie Faservlies, Folien, Lochblechen, Draht-, Glas- und Textilgewebe, gelochten oder geschlitzten Platten versehen sind und gegebenenfalls eine Kassettierung aufweisen, wodurch unterschiedliche akustische Eingangsleitwerte in beiden Kulissenoberflächen erzeugt werden. Von Kassettierung einer schallabsorbierenden Auskleidung spricht man dann, wenn durch quergestellte Wände, im wesentlichen senkrecht zur Auskleidungsoberfläche angeordnet, die Schallausbreitung im Inneren der schallabsorbierenden Auskleidung und parallel zu ihrer Oberfläche unterbunden wird.

Die im Inneren der Kulisse parallel zu ihrer Oberfläche und außermittig angeordnete Trennwand aus schallreflektierenden Werkstoffen kann aus Metall, Holz, Kunststoff, Gips, Asbestzement und/oder aus Klebemitteln bzw. -schichten undy-iler einer Produktionshaut von Schallabsorptiortsmälcriaiien bestehen. Durch diese außermittig angeordneten Trennwände entstehen beiderseits der Trennwände unterschiedliche Absorptionstiefen, welche bekanntlich unterschiedliche akustische Eingangsleitwerte der jeweiligen Kulissenoberfläche zur Folge haben, so daß bei der beschriebenen Anordnung der Kulisse im Schalldämpfer die Teilkanäle auf einander gegenüberliegenden Seiten entsprechend unterschiedlich berandet sind, um die gewünschten Unterschiede der Eingangsleitwerte zu erhalten. Zur Verstärkung der Wirkung können die Kulissen der Schalldämpfer durch Schichten aus Schallabsorptionsmaterial mit starkem Unterschied des spezifischen Strömungswiderstands im Vergleich zu dem spezifischen Strömungswiderstand der Nachbarschichten gebildet sein. Beiderseits der schallreflektierenden Trennwände können Schallabsorptionsmaterialien und/oder Deckschichten mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausführungsform werden die Kulissen im Luftschalldämpfer so angeordnet, daß sich abwechselnd nebeneinander Kulissen größerer und kleinerer Dicken befinden. Die Kulissen bestehen dabei bevorzugt aus Schallabsorptionsmaterial, wobei den Anforderungen entsprechend Deckschichten und/oder Kassettierungen vorgesehen sein können. Die Unterschiede in den Kulissendicken führen zu unterschiedlichen akustischen Eingangsleitwerten der Kulissenoberflächen und bei der abwechselnden Anordnung gemäß der Erfindung somit zu unsymmetrischer Berandung der Teilkanäle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine räumliche Teilansicht eines rechteckigen Kulissen-Schalldäirpfers,

F i g. 2 einen runden Kulissen-Schalldämpfer in einer F i g. 1 analog entsprechenden Ausführungsform, und

F i g. 3 bis 5 drei Diagramme mit einem Leistungsund Materialaufwandsvergleich zwischen der Erfindung und bekannien Kulissen-Luftschalldämpfern.

Der Kulissen-Schalldämpfer besteht nach F?g. 1 aus ebenen Kulissen 1 bzw. nach F i g. 2 aus zylindrischen, im wesentlichen konzentrisch angeordneten Kulissen 2. Die Kulissen unterteilen den gesamten Kanalquerschnitt in einzelne Itilkanäle 3 und weisen außermittig angebrachte schallreflektierende Trennwände 4 auf. Die Kulissen können in bekannter Weise aus Schallabsorp-

tionsmaterial, das gfs. eine Kassettierung und/oder Oberflächenabdeckschichten aufweist, bestehen. Die Fig.3 zeigt als Beispiel für die Wirksamkeit der vorliegenden Ausstattung eines Kulissen-Schalldämpfers in doppeltlogarithmischer Auftragung die Pegelabnähme Dh auf der Strecke eines Kulissenabstandes h als Funktion der Frequenz f und zwar für konstante Gesamtdicke d\ + di der Kulissen und konstanten gegenseitigen Kulissenabstand h, jedoch für jeweils verschiedene Verhältnisse d\/<h der durch die Trennwand geschaffenen Absorbertiefen d\ und di.

Das Dickenverhältnis d\ldi = I entspricht dem Stand der Technik mit einer Trennwand oder einer Symmetriefläche in der Kulissenmitte. Die Kulissen bestehen in dem in F i g. 3 gezeigten Beispiel aus Mineralfaserabsorbern mit einem Strömungswiderstand der gesamten Absorptionsschicht von 80(Rayl) und mit kassettierenden Unterteilungen. Der technische Fortschritt ist an

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ten Kurvenflanke der unsymmetrischen Kulisse gegenüber den bekannten symmetrischen Kulissen zu erkennen. Der entscheidende Vorteil für die praktische Anwendung liegt darin, daß diese Verbesserung bei tiefen Frequenzen und über einen breiten Frequenzbereich und ohne Dickenzunahmen der Kulissen sowie ohne stärkere Einengung des freien Querschnittes erfolgt. Gerade diese Kombinationsforderung, die in der Praxis häufig gestellt wird, ist schwierig zu erfüllen. In dem in Fig.3 gezeigten Beispiel läßt die gewählte doppellogarithmische Auftragung deutlich erkennen, daß auf der ganzen unteren Kurvenflanke Verbesserungen gegenüber dem bekannten symmetrischen Kulissen bis fast auf doppelte Dämpfungswerte erreichbar sind. Als weiteres Beispiel zeigt die F i g. 4 die Frequenzkurve der Dämpfung in doppeltlogarithmischem Maßstab und zwar für die verschiedenen Dickenverhältnisse d\ldi der Kulissen bestehend aus kassettierten Mineralfaserplatten unter Beibehaltung der Gesamtdicke d\ + di zweier benachbarter Kulissen und unter Beibehaltung der gleichen lichten Kanalweite bei allen Aufbauten. Die Kurve mit d\ldi = 1 entspricht Schalldämpfern nach dem bekannten Stande der Technik mit symmetrischer Teilkanalberandung. Bei den anderen Kurven wurden sodann die Kulissendicken benachbarter Kulissen unterschiedlich gemacht und die Dämpfung erneut festgestellt. Auch hier erkennt man wieder die Verbesserung der Schalldämpfung bei den tiefen Frequenzen. Daß der Anmeldungsgegenstand auch zur Verbesserung der Schalldämpfung bei hohen Frequenzen eingesetzt werden kann, zeigt das Diagramm in Fig.5. In diesem Falle werden jeweils zwischen zwei dickere Kulissen, welche die Schalldämpfung bei den tiefen unteren Frequenzen bestimmen, dünnere Kulissen eingeschoben. Um dabei den freien Querschnitt unverändert zu lassen, also den Druckverlust des Schalldämpfers nicht zu erhöhen, sind die dicken Kulissen vorher um die Dicke der dünn™ Kulissen auseinander zu rücken. Das Ergebnis dieser Anordnung ist in Fig.5 in den Frequenzkurven der Dämpfung dargestellt. Auch in diesem Falle bestehen die Kulissen aus kassettierten Mineralfaserplatten. Hierbei ist ein deutlicher Zuwachs an Schalldämpfung für die Frequenzen der oberen Kurvenflanke, der bis zu einem Faktor Acht, angewandt auf die Dämpfung der symmetrischen Kulissenanordnung, gehen kann, erkennbar. Dieser hohe ZuffMvinn an Dämpfung kann hier erzielt werden durch einen Mehraufwand an Material und Bauvolumen, der nur etwa ein Viertel des Aufwandes bei der symmetrischen Vergleichsanordnurg nach dem bekannten Stand der Technik beträgt. Demgegenüber ist eine Verbesserung bei den Beispielen nach Fig.3 und 4 erzielt worden, ohne insgesamt den Materialverbrauch im Vergleich zu den bekannten symmetrischen Kulissen zu erhöhen und ohne den gesamten freien Querschnitt zu verkleinern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Kulissen-Luftschalldämpfer mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden schallabsorbierenden Berandungen des freien Kanalquerschnjttes, deren akustische Eingangsleitwerte in axialer Kanalnchtung konstant oder abschnittsweise konstant, jedoch voneinander verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Kulisse (1; 2) parallel zu deren schallabsorbierender Oberfläche eine die beidseitigen Berandungen voneinander trennende, schallreflektierende Trennwand (4) außerhalb der Symmetrieebene der Kulisse (1; 2) in der Weise angeordnet ist, daß der größere der beiden Eingangsleitwerte wenigstens doppelt so groß ist wie der kleinere.

2. Kulissen-Luftschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissen (1; 2) aus SchaUabsorptionsmaterialien, insbesondere Mineralfasern, wie Glasfasern oder öffenzelligen Schäumen, besteigen, die gegebenenfalls mit Deckschichten, wie Faservlies, Folie, Lochblech, Draht- Glas- und Textilgewebe, gelochten oder geschlitzten Platten, versehen sind, und gegebenenfalls eine Kassettierung aufweisen.

3. Kulissen-Luftschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schallreflektierenden Trennwände (4) insbesondere aus Metall, Holz, Gips, Asbestzement, Kunststoff und/ oder aus Klebemitteln bzw. -schichten und/oder Produktionshäuten auf Schallabsorptionsmaterialien bestehen unc? daß sie gegebenenfalls durch Schichten aus SchaIIabsorptionsm?!erialien mit starkem Unterschied des spezifischen Strömungswiderstands im Vergleich zu dem spezifischen Strömungswiderstand der Nachbarschichten gebildet sind.

4. Kulissen-Luftschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich beiderseits der schallreflektierenden Trennwand (4) Schallabsorptionsmaterialien und/oder Deckenschichten mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften befinden.

5. Kulissen-Luftschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinander abwechselnd Kulissen (1; 2) unterschiedlicher Dicke angeordnet sind.