DE2744867A1

DE2744867A1 - Schallschutzwand

Info

Publication number: DE2744867A1
Application number: DE19772744867
Authority: DE
Inventors: Leslie Spencer Wirt
Original assignee: Lockheed Aircraft Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1976-11-16
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-05-18
Also published as: CA1066198A; IT1086388B; AU2906377A; BE860876A; IL52859A0; FR2370825B1; GB1594470A; AU510522B2; JPS601443B2; FR2370825A1; US4175639A; SE434444B; JPS5362331A; SE7712887L

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

SBH 8 MÜNCHEN 86, DEN

Lockheed Aircraft Corporation ££^£ rufnummer ,.„»/» 2555 North Hollywood Way

Burbank

California 91520

USA

Schallschutzwand

Die Erfindung betrifft eine Schallschutzwand zur Anordnung zwischen einer Schallquelle und einem in dem akustischen Schatten der Schallschutzwand befindlichen Schallempfänger.

Es sind bereits verschiedene Arten von Schallschutzwänden bekannt, mit denen der in einem Verkehrsbereich wie z.B. auf einer Fernstraße erzeugte Lärm gedämpft werden kann. Die einfachste Möglichkeit, den Verkehrslärm gegenüber einem benachbarten Bereich abzuschirmen, besteht in der Verwendung einer einfachen Wand oder Platte, Solche Schallsperren haben elastische Eigenschaften und eine bekannte Dicke und bewirken in einem Schallfeld eine Beugung sowie eine Brechung und Übertragung der Schallwellen. Die letzteren beiden Effekte können mit nur begrenztem Erfolg durch die üblichen Erdwälle oder feste, aufrechtstehende Sperren erzielt werden. Das gebeugte Schallfeld im Bereich der Schattenzone der Schallsperre relativ zum Schallfeld bei Fehlen der Schallsperre

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bestimmt die Gesamtdämpfung. Eine Vorherbestimmung der theoretischen Dämpfung kann mit den bekannten Fresnel'sehen Integralgleichungen durchgeführt werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, daß mit Schallsperren eine maximale Dämpfung von 15dB erreicht werden kann, was auf den Einfluß von Beugungseffekten an der Schallsperre zurückzuführen ist. Mit einfachen Sperren scheint man Geräuschpegelverringerungen nur mit extremen Wandhöhen (mehr als 3,5 m) und bei den höheren Frequenzen (über 1000 Hz)zu erreichen.

Die Hauptnachteile der bisherigen Schallschutzwände für Verkehrslärmdämpfung können folgendermaßen zusammengestellt werden: 1 .Die effektive Schalldämpfung hängt von der Höhe der Wand ab, 2. Wandhöhen von 7,5 m oder mehr (für Dämpfungen von 20 dB oder mehr) passen ästhetisch nicht in die umgebende Landschaft, 3. die Baukosten für hohe Schallsperren (Erdwälle, versenkte Straßen und Betonwände) sind extrem hoch, 4. der Kraftfahrzeugfahrer hat den Eindruck, daß er in einem Tunnel fährt und verliert dabei das Beurteilungsvermögen für Abstände und Geschwindigkeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Schallschutzwand zu schaffen, die die vorstehend aufgezeigten Nachteile vermeidet, den Durchgang von Licht ermöglicht, ein ästhetisches Aussehen hat, für vertikale oder horizontale Anordnung längs einer Straße oder anderen stark frequentierten Verkehrsgebieten oder Schallquellen geeignet ist und eine gegenüber bisherigen Schallsperren verbesserte Leistung hat.

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Eine Schallschutzwand eingangs genannter Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Schallsperre mit einem schallundurchlässigen Teil und einem daran anschließenden schalldurchlässigen Teil mit endlicher Schalldurchlässigkeit derart, daß der durchgelassene Schall zu dem durch Beugung über eine Zone außerhalb des akustischen Schattens auf den Schallempfänger einwirkenden Schall dieselbe Größenordnung und etwa entgegengesetzte Phase hat.

Eine Schallschutzwand nach der Erfindung vermeidet die vorstehend aufgezeigten Nachteile der bisherigen Anordnung dadurch, daß der Fresnel-Effekt in verbesserter V/eise ausgenutzt wird. Die Dämpfung wird als programmierte Funktion der Höhe über Grund erzeugt, wobei die größte Dämpfung nahe dem Boden auftritt (wo sie auch am meisten benötigt wird) und die geringste Dämpfung am oberen Ende der Anordnung vorliegt. Diese Dämpfungsänderung wird durch akustisch behandelte Vorsprünge oder Teilerelemente erreicht, die am Boden am breitesten sind und nach oben bis zu einem angespitzten Ende abgeschrägt sind. Diese Vorsprünge können mit ihren flachen, absorptionsfähigen Flächen normal zur Richtung der Schallausbreitung angeordnet sein. Bei einer Anordnung von Teilern sind diese mit ihren flachen, absorptionsfähigen Flächen parallel zur Richtung der Schallausbreitung angeordnet und arbeiten als akustische Kanäle.

Ausfünrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Schallschutzwand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Schallschutzwand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und

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Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 1.

bekanntlich breitet sich der Schall durch die Luft in Form einer Reihe zyklischer Änderungen der örtlichen Luftdichte, des Luftdrucks und der Temperatur sowie von Störungen der Positionen von Luftteilchen aus. Da diese zyklischen Änderungen in regelmäßigen Intervallen auftreten, kann diese Form der Störungen als Wellenbewegung charakterisiert und im folgenden als solche behandelt werden. Eine bekannte Eigenschaft der Wellenbewegung ist die Beugungserscheinung. Das theoretische Modell, das am besten auf die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, ist das von Fresnel für eine Linienquelle, die zylindrische Wellen an einer scharfen Kante erzeugt, die auf einen Empfänger geführt werden, wobei die Quelle und der Empfänger einen endlichen Abstand zur scharfen Kante haben. Bei einer Schallschutzwand für Verkehrslärm werden Messungen der mit der Erfindung erzielbaren Effekte durch Bodenreflexionen,unebenes Gelände, gerichtete Schallerzeugung und Atmosphäreneffekte kompliziert. Insbesondere kann infolge Bodenreflexionen bei einer bestimmten Frequenz und Anordnung eine niedrige Wand einen tieferen akustischen Schatten als eine hohe Wand erzeugen. Es wurde jedoch eine vereinfachte Theorie entwickelt, mit der praktische Vorhersagen getroffen werden können, und empirische Daten haben gezeigt, daß eine optisch durchsichtige Schallschutzfläche nach der Erfindung hergestellt werden kann, die einen tieferen akustischen Schatten erzeugt als eine feste Wand.

Der Mechanismus, auf dem die Erfindung aufbaut, besteht darin, daß entweder Durchlässigkeitsgradienten oder Phasengeschwindigkeitsgradienten oder beide zur Erzeugung eines tieferen akustischen Schattens hinter der

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Schallsperre ausgenutzt werden können, als er sonst erzielbar wäre. Strukturell werden der Transparenz- oder Phasengradient nahe der Beugungskante der Schallsperre durch einen Übergangsbereich eingeführt, der nicht vollständig für Schall undurchlässig ist. Die Energieerhaltung erfordert es, daß bei einer zu vergrößernden Schattenzone der Schall in einer anderen Richtung lauter sein muß. Das Fehlen der Energie im Schattenbereich kann dann darauf zurückgeführt werden, daß eine Umlenkung in eine relativ harmlose Richtung erfolgte.

Bei einer praktischen Konstruktion, die für eine Verkehrsstraße bestimmt ist, ist eine feste oder erdgefüllte Gründung mit ansteigenden, nach außen weisenden Fläche vorgesehen. Auf dieser Gründung stehen aufrechte Übergangselemente, die den gewünschten Amplitudendämpfungsgradienten (Änderung der akustischen Durchlässigkeit) oder den gewünschten Phasenvoreilungsgradienten (oder Phasenverzögerungsgradienten) oder eine Kombination dieser beiden Gradienten erzeugen. Die Ubergangselemente umfassen mehrere gegenseitig beabstandete vertikale Teile, die jeweils an ihrem Grund breiter als an der Spitze sind. Wenn diese Teile normal zur Hauptausbreitungsrichtung der Schallwellen angeordnet sind, so können sie als zugespitzte Pfähle bezeichnet werden. Wenn diese Elemente parallel zur Ausbreitungsrichtung der Schallwellen angeordnet sind, so können sie als zugespitzte Teiler bezeichnet werden. Jede dieser Strukturen hat ihre Wirkung und kann fest auf der Gründung montiert sein. Ein typischer zugespitzter Pfahl oder Teiler zur Absorption der tiefen Frequenzen des Verkehrslärms hat 10 cm Dicke, eine Länge von 240 cm vertikal über dem Grundteil, einen Mittenabstand von 60 cm und erzeugt eine zusätzliche Dämpfung von 3 bis 5 dBA des Schallpegels auf der der Schallquelle abgewandten Seite der Schallsperre, verglichen mit einer festen Wand ähnlicher Höhe.

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Wie bereits ausgeführt, kann der Übergangsbereich, durch den der Schall in eine harmlose Richtung (beispielsweise nach oben) gebeugt wird, entweder einen Amplitudengradienten oder einen Phasengradienten oder beide erzeugen. Eine Pfahl- oder eine Teileranordnung mit 50 % Gesamtdurchlässigkeit zur Erzeugung eines Amplitudengradienten hat einen tieferen Schallschatten als eine feste Wand über einen relativ großen Frequenzbereich. Es gibt viele Möglichkeiten zur physikalischen Erzeugung einer Zone veränderlicher akustischer Durchlässigkeit, beispielsweise eine Abschrägung oder anderweitige Änderung der Breite der gegenseitig beabstandeten Elemente von unten nach oben. Alternativ kann der akustische Widerstand abhängig von der Höhe veränderlich sein, um den gewünschten Amplitudengradienten zu erzeugen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist möglich, wenn der Übergangsbereich einen Phasengradienten zur Vertiefung des Schallschattens erzeugt. Diese kann durch Teilerfelder von Dreieckform erreicht werden, wobei die breiteste Abmessung unten vorgesehen ist und die Breite nach oben abnimmt. Gegenseitig beabstandete Reihen solcher Teileranordnungen können auch einen Amplitudengradienten durch abgestufte Leitungsdämpfung erzeugen.

Die Flächender den Übergangsbereich bildenden Elemente sollten ein akustisch absorptionsfähiges Material aufweisen. Die Absorptionseigenschaften für pfahlförmige Elemente sind nicht kritisch, sie müssen jedoch nur so absorptionsfähig sein, daß die Feldverzerrung durch Druckverdopplung bei Reflexion minimal ist. Ferner ist der Wirkungsgrad abhängig von der Frequenz durch die Geometrie der Übergangselemente beeinflußbar, obwohl ein extrem großer Bereich unterschiedlicher Formen mög-

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lieh ist. Beispielsweise wird die Dämpfung im Bereich von 1000 Hz verbessert, indem die Spitze der Pfähle flach und nicht zugespitzt ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich zum Einsatz längs einer Verkehrsstraße oder eines anderen Verkehrsbereichs eignet. Es ist nur ein geradliniger Abschnitt dieser Anordnung gezeigt, sie kann in Richtung ihrer Hauptachse je nach Wunsch verlängert werden. Die Anordnung umfaßt einen Grundteil mit Erdfüllung aus Beton oder einem anderen geeigneten MateriaL, dieser Teil hat eine nach oben geneigte oder vertikale Wand. Hehrere Pfähle o.a. sind auf dem Grundteil aufrechtstehend angeordnet. Die unteren Enden der Pfähle 2, 3 können in den Grundteil 1 mit Beton 4 eingebettet sein, wenn dieser ein Erdwall ist. Zwischen benachbarten Pfähien ist ein gleichmäßiger Abstand vorgesehen, der beispielsweise den oben genannten Wert haben kann. Ferner ist zu berücksichtigen, daß die Zwischenräume auch Perforationen, kreisrunde Öffnungen oder Öffnungen mit einer Form sein können, die von der in der Figur gezeigten V-Form abweicht. Die wesentlichen Eigenschaften des oberen Teils der Konstruktion gemäß Fig. 1 bestehen darin, daß eine Zone akustischer Durchlässigkeit mit einem Gradienten vorhanden ist.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiei der Erfindung dargestellt. Hier trägt der Erdwall 5 eine kompakte Kies- oder Schotterabdeckung 6, auf der mehrere gegenseitig beabstandete Teilerelemente 7 und 8 angeordnet sind. Die unteren Enden der Teiler 7 und 8 können mit Beton bei 9 und 10 verankert sein. Die Höhe und der gegenseitige Mittenabstand der Teiler 7 und 8 können die oben bereits genannten V/erte haben.

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Die ebenen Flüchen der Pfähle oder Teller sollten mit einem akustisch absorp t ions fähigen (also nicht reflexionsfähigen) Material versehen sein, in Fig. 3 Lst ein CiU6irr.chn.itt eines Pfahls 11 gezeigt, der mit einer absorptions fähigen Fläche 12 auf seiner der Schallquelle zugewandten Seite versehen ist. Metallfilz oder ein anderes geeignetes Material kann als Schicht 12 verwendet werden. Falls erwünscht, kann dieses Material auch an allen freiliegenden FLächen vorgesehen sein.

Vorstehend wurden lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung bi-se.hrif.'ben. AlLe erläuterten MerkmaLe können einzeLn (»der in beliebiger Zusammenfassung erfLndungswer.ent L lc;h ;;;".· In.

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Claims

Patentansprüche

M.J Schallschutzwand zur Anordnung zwischen einer Schallquelle und einem in dem akustischen Schatten der Schallschutzwand befindlichen Schallempfänger, gekennzeichnet durch eine Schallsperre mit einem schallundurchlässigen Teil (1) und einem daran anschließenden Übergangsteil (2, 3) mit endlicher Schalldurchlässigkeit derart, daß der durchgelassene Schall zu dem durch Beugung über eine Zone außerhalb des akustischen Schattens auf den Schallempfänger einwirkenden Schall dieselbe Größenordnung und etwa entgegengesetzte Phase hat.
2. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (2, 3) eine Änderung der Phasengeschwindigkeit erzeugt.
3. Schallschutzwand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Phasengeschwindigkeit eine Zunahme ist.
4. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (2, 3) eine geometrische Form hat, die einen Phasenverschiebungsgradienten erzeugt .
5. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (2, 3) eine Amplitudenänderung erzeugt.
6. Schallschutzwand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenänderung eine Amplitudendämpfung ist.

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7. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (2, 3) eine Amplitudenänderung und eine Phasenänderung erzeugt.
8. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (2, 3) einen Amplitudengradienten abhängig von der Position im Übergangsbereich erzeugt.
9. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil mehrere schallundurchlässige Teile (2, 3) und damit abwechselnd schalldurchlässige Teile aufweist.
10. Schailschutzwand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schallundurchlässigen und die schalldurchlässigen Teile (2, 3) eine Phasenverschiebungsgradienten erzeugende geometrische Form haben.
11. Schallschutzwand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsteil (2, 3) schalldurchlässig ist.
12. Schallschutzwand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalldurchlässigkeit des Übergangsteils (2, 3) einen Gradienten aufweist.
13. Schallschutzwand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schallundurchlässigen Teile (2, 3) des Übergangsteils akustisch absorptionsfähig sind.

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