DE2809085C2

DE2809085C2 - Anordnung eines Lärmschutzschirms mit hohlen Kanälen

Info

Publication number: DE2809085C2
Application number: DE2809085A
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Iida; Tomonori Katayama; Yoshikazu Kondo; Masayasu Zushi Matsumoto; Keiichiro Mizuno; Noriaki Kawasaki Murayama; Sadao Yokohama Nomoto; Kenichi Tokyo Onda; Keiichiro Yokohama Tabata
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-03-02
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPS5547162B2; JPS53108617A; FR2382736A2; DE2809085A1; FR2382736B2; US4156476A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Lärmschutzschirms mit einer Vielzahl von im Abstand übereinander angeordneten langen, hohlen, in Schallausbreitungsrichtung verlaufenden Kanälen, die etwa auf halber Schirmhöht· am Ängsten sind und zur Oberkante und Unterkäme des Schirms hin allmählich abnehmen, wobei an einer Sch .Tnkante vorbei sich Schall ungebeugt ausbreitet, was zur Interferenzauslöschung von ungebeugtem Schall mit durch die Kanäle dringendem und dabei unter Phasenverschiebung gebeugtem Schall führt

Eine derartige Anordnung mit einem entsprechenden Lärmschutzschirm ist bereits bekannt (DE-OS 26 24 026). Dort steht der Lärmschutzschirm auf dem Boden bzw. einem Sockel, so daß sich der Schall nur an der Oberkante, nicht aber zugleich auch an der Unterkante des Schirms vorbei ungebeugt ausbreiten kann. Zwar ist es zur Schallminderung bei Schienenfahrzeugen, bei denen der Schall von der Berührungsstelle zwischen Rad und Schiene ausgeht, vorgesehen, den Lärmschutzschirm herabhängend an der Unterkante der Seitenwand des Schienenfahrzeugs im Radbereich so xu befestigen, so daß sich der Schall an der Unterkante des Schirms vorbei ungebeugt ausbreitet In diesem Falle kann sich der Schall jedoch nicht an der Oberkante des Schirms vorbei ausbreiten, so daß stets der Schall entweder nur die Oberkante oder nur die Unterkante diis Lärmschutzschirms passieren kann.

Ferner ist bei der bekannten Anordnung wahlweise auch bereits eine zusätzliche Schallschluckwand auf der der Schallquelle abgewandten Rückseite des Lärmschutzschirme vorgesehen. Eine solche zusätzliche &o Schallschluckwand kann besonders wirksam in solchen Zonen eingesetzt werden, in denen sich aufgrund der Anordnung des Lärmschutzschirms in bekannter Weise anstelle einer Lärmminderung durch Interferenzauslöschung eine Lärmverstärkung durch Schallüberlagerung ergibt.

Die im Rahmen der Lärmbekämpfung bekannten Maßnahmen, entweder die Lärmquelle oder aber das vor Urm zu schützende Objekt vollständig zu umschließen bzw, einzukapseln, ist hJnfig nicht zu verwirklichen, beispielsweise weil sich dann zu große UmschließnngsflSchen oder Probleme hinsichtlich der Entlüftung oder Belichtung ergeben. Daher muß in solchen Fällen ejn von seiner Fläche her begrenzter Lärmscbutzschtrm in Anspruch genommen werden, der bei seiner betriebsmäßigen Anordnung eine freie Randkante aufweist, über die hinweg sich der Schall direkt ausbreitet Da das Vorsehen einer derartigen freien Randkante als an sich unerwünschte Notwendigkeit angesehen wurde, hat man auch bisher in Obereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik darauf geachtet, unnötige freie Schirmkanten zu vermeiden und den Lärmschutzschirm in unmittelbarem Anschluß an einen anderen Körper (Boden, Gehäusewand od. dgL) anzuordnen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine solche Anordnung zu einer lärmgeminderten Zone hinter dem Lärmschutzschirm führt, die durch eine andere Anordnung des Lärmschutzschirms noch vergrößert werden könnte.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Erhöhung der Abmessungen des Lärmschutzschirms größere Zonen verminderten Lärms zu schaffen, um somit die Leistung des Lärmschutzschirms zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schirm mit seinen Kanten so angeordnet ist, daß sowohl an der Oberkante wie an der Unterkante des Schirms vorbei sich Schall ungebeugt ausbreitet

Versuche haben gezeigt daß bei einer solchen Anordnung zwei Lärmminderungszonen entstehen, die der Oberkante bzw. der Unterkante des Lärmschutzschirms zugeordnet werden können. Dabei konzentriert sich der störende hohe Schall hinter dem Lärmschutzschirm in Richtung auf einen Punkt Dieses bietet in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, eine vergleichsweise kleine zusätzliche Schallschluckwand gezielt mit großem Effekt im wesentlichen in der Mitte hinter dem Lärmschutzschirm anzuordnen. Unabhängig von der Verwendung einer zusätzlichen Schallschluckwand sind aber bereits die Lärmminderungszonen vorhanden, die im Vergleich zu den bisher erzielten Ergebnissen eine größere Ausdehnung besitzen. Es ist daher ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Maßnahme die Lärmminderungswirkung gesteigert wird.

Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung nehmen die Kanallängen von etwa der Schirmmitte auch zu den beiden Seitenkanten des Schirms hin allmählich ab und breitet auch an den beiden Seitenkanten vorbei sich Schall ungebeugt aus. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß auf diese Weise der Effekt des Lärmschutzschirms weiter gesteigert wird, Weil nun nicht nur der Oberkante bzw. der Unterkante des Schirms zuzuordnende Lärmminderungszonen hinter dem Schirm entstehen, sondern zusätzliche Lärmminderungszonen vorhanden sind, die den Seitenkanten des Schirms zugeordnet werden können.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematiseher Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schrägansicht einer Ausführungsfofffl eines Lärmschutzschirms nach der Erfindung,

Fig.2 bis 5 zeichnerische Darstellungen von Fotografien, die ein Prinzip eines Lärmschutzschirms nach der Erfindung zeigen,

F i g. 6 bis 15 vereinfachte Schnitte durch verschiede-

ne Ausfflbrungsformen eines Urmsehutzschirms nsch der Erfindung mit Darstellungen beispielhafter Formen von Zonen Ai und Az mit direkter Schallausbreitung, von Zonen B\ und B₁ mit Schallminderung durchInterferenz, und von einer Zone C mit gebrochener Schallausbreitung,

Fig, 16 eine Darstellung einer Versuchsanordnung mit einem Lärmschutzschirm nach der Erfindung und

Fig, 17 eine Schrägansicht einer anderen Ausführungsform efc«s Lärmschutzschirms nach der Erfindung.

Wenn ein Teil des Schalls, der von einer Schallquelle abgestrahlt wird, durch eine Vielzahl von langen, hohlen Kanälen eines Hohlkörpers hindurchtritt, die von verschiedener Länge sind, und von al|en Kanälen gebeugt bzw, abgelenkt und gegenüber dem sich von der Schallquelle direkt ausbreitenden, über die Oberkante des Hohlkörpers hinweggehenden Schall phasenverzögert bzw. phasenverschoben wird, interferiert der Schall mit gebrochener Ausbreitung mit dem sich direkt ausbreitenden Schall, um zwischen dem Schall mit gebrochener Ausbreitung und dem sich direkt ausbreitenden Schall eine schallmindernde Zone zu erzeugen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis hat die Anmelderin einen neuartigen Lärmschutzschirm gemäß der DE-OS 26 24 026 entwickelt

Erfindungsgemäß ist ein verbesserter Lärmschutzschirm vorgesehen, der in der Lage ist, den Lärm mit gebrochener Ausbreitung an einer Stelle konvergieren zu lassen, die an einer Linie liegt, welche von einem in der Höhenrichtung des Hohlkörpers ungefähr in der Mitte gelegenen Abschnitt nach hinten geführt ist, wodurch hinter dem Hohlkörper obere und untere schallmindernde Zonen erzeugt werden und daher der Lärm in bedeutendem Maße herabgesetzt wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform hat ein Lärmschutzschirm nach der Erfindung einen Hohloder Tragkörper 1, der sich aus einer Vielzahl von übereinander und mit Zwischenabstand angeordneten, langen, hohlen Kanälen 2 zusammensetzt, sowie Ständer 3, die den Tragkörper 1 abstützen und einen Zwischenraum a bilden, der das Hindurchtreten eines Teils von von einer Schallquelle ausgesandtem Schall gestattet

Beim gezeigten Beispiel sind die in einem oberen Teil la des Tragkörpers angeordneten hohlen Kanäle 2 nach unten geneigt während die hohlen Kanäle 2 in einem unteren Teil Xb des Tragkörpers 1 nach oben geneigt sind, Außerdem hat die Länge der hohlen Kanäle 2 an einem in der Höhenrichtung des Tragkörpers 1 ungefähr in der Mitte gelegenen Abschnitt den größten Betrag und nimmt von diesem mittleren Abschnitt aus in Richtung von Ober- und Unterkanten des Tragkörpers 1 allmählich ab.

Um das Vorhandensein einer vergrößerten schallmindernden Zone feststellen zu können, die von dem gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildeten Lärmschutzschirm nach der Erfindung erzeugt wurde, wurde für Lärm bzw. Geräusch, das von einem Lautsprecher abgestrahlt wurde, ohne und mit dem Lärmschutzschirm nach der Erfindung eine Schalldruckverteilung mit Hilfe eines bekannten Schall-Licht-Umformers untersucht, der bei Erhalt einer Schallwelle ein der erhaltenen Schallwelle entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen und je nach Niveau des erzeugten elektrischen Signals eine lichtemittierende Diode ein- und auszuschalten vermag.

Fig.2 zeigt eine zeichnerische Darstellung einer Fotografie, angefertigt durch öffnen des Verschlusses einer Kamera zum Beobachten der Emv und Ausschalt' zustände der lichtemittierenden Diode in Abhängigkeit vom Niveau des elektrischen Signals, das einem von einem als Lftrmquelle 4 verwendeten Lautsprecher bei Fehlen des Lärmsehüt3scbirms nach der Erfindung ausgestrahlten Geräusches mit einem Frequenzbereich von '/3 Oktave und einer Mittelfrequenz von 2000 Hz entsprach. In Fig,2 entspricht ein nichtschraffierter

ίο Teil einer Zone mit einem Schalldruck von über 60 Phon, während ein schraffierter Teil eine Zone mit einem Schalldruck von weniger als 60 Phon darstellt

Fig.3 ist eine zeichnerische Darstellung einer in derselben Weise wie im Falle der Fig,2 aufgenommeis nen Fotografie und zeigt eine Schalldruckverteilung eines von einem als Lärmquelle 4 verwendeten Lautsprecher bei Vorhandensein des Lärmschutzschirms nach der'Erfindung erzeugten Geräusches mit einem Frequenzbereich und '/3 Oktave und einer MitteÜYe'quenz von 2000¹Hz.

Gemäß Fig.3 bewirkt das Vorhandensein des Lärmschutzschirms nach der Erfincraüg. daß ein Teil des von der Lärmquelle 4 abgestrahlten und durch eine Vielzahl von langen, hohlen Kanälen 2 des Tragkörpers t geleiteten Geräusches bezogen auf oben und unten sich direkt ausbreitende, ohne irgendwelche Beugung bzw. Ablenkung über die Ober- und Unterkanten des Tragkörpers 1 hinweggehende Schalle nach unten und nach oben abgelengt wird, um eine schallmindernde Zone B\ zwischen einer oberen Zone A\ mit direkter Schallausbreitung und einer Zone C mit gebrochener bzw. gebeugter Schallausbreitung und eine weitere schallmindernde Zone Bi zwischen einer unteren Zone A₂ mit direkter Schallausbreitung und der Zone C mit gebeugter Schallausbreitung zu erzeugen, wodurch Schall in bedeutendem Maße gemildert wird, wobei die Zone Cmit gebeugter Schallausbreitung in einem Punkt konvergiert, der an einer Linie liegt, die von einem in der Höhenrichtung des Tragkörpers ί ungefähr in der Mitte gelegenen Abschnitt aus geführt ist

Um die in F i g. 2 und 3 veranschaulichten Erscheinungen, zu ermitteln, wurden dünne und dichte Zustände (rare and dense conditions) eines von der Lärmquelle 4 ohne und mit dem Lärmschutzschirm nach der Erfindung ausgesandten Reintones mit einer Frequenz von 2000 Hz in der gleichen Weise wie weiter oben beschrieben fotografisch aufgenommen und in Fig.4 und 5 zeichnerisch dargestellt

In F i g. 4 und 5 entsprechen unschraffierte helle Teile einem dichten Zustand (dense condition) der Schallwelle, ein schraffierter dunkler Teil einem dünnen Zustand (rare condition) davon.

Gemäß F i g. 4 breitet sich der von der Lärmquelle 4 ausgesandte Reinton mit kugelförmigen Wellen ohne ttiasenverzögerung bzw. Phasenverschiebung aus. Das Vorhandensein des Lärmschutzschirms n?.ch der Erfindung bewirkt jedoch, daß eine durch eine Vielzahl von langen Kanälen 2 hindurchgetretene und sich in einer ebenen Welle ausbreitende Schallwelle gegenüber einem sich direk'. ausbreitenden Schall, der über die Ober- und Unterkanten des Lärmschutzschirms hinweggeht und sich mit kugelförmiger Welle ausbreitet, nach unten und nach oben abgelenkt und phasenverschoben wird; daraus ergibt sich, daß eine Zone Cmit gebeugter Schallausbreitung in einem Punkt konvergiert, der an einer Linie liegt, die von dnem in der Höhenrichtung des Lärmschutzschirms ungefähr in der Mitte gelegenen Abschnitt aus nach hinten geführt ist, und daß

Wellenfronten an den schallmindernden Zonen B\ und Bi zwischen den Zonen A\ und A₂ mit direkter Schallausbreitung und der Zone C mit gebeugter Schallausbreitung sich gemäß Fig.5 auflösen. Diese diskontinuierlichen Wellenfronten an den schall· mindernden Zonen B\ und Bi zeigen, daß dort eine zerstörende Interferenzerscheinung erzeugt wird. Das Ergebnis ist die Erzeugung der schallmindernden Zonen B\ und Bi gemäß F ig. 3.

Die vorstehend erwähnten schallmindernden Zonen B\ und B₂, die durch die Interferenz des Schalles mit gebeugter Ausbreitung mit den sich direkt ausbreitenden Schallen erzeugt wird, ist weiter untersucht und es sind Versuche an einem Lärmschutzschirm mit einem hohlen Tragkörper durchgeführt worden, bei dem die Vielzahl von langen hohlen Kanälen jeweils mit verschiedener Länge, verschiedenem Neigungswinkel, verschiedener Ausrichtung und verschiedener Gestalt ausgeführt "waren, ürn die Beziehungen zwischen der Lärmquelle 4, den Zonen A\ und Ai mit direkter Schallausbreitung, den schallmindernden Zonen B\ und Bi und der Zone C mit gebeugter Schallausbreitung zu ermitteln. Diese Versuche haben repräsentative Formen für die Zone C mit gebeugter Schallausbreitung, die Zonen A\ und Ai mit direkter Schallausbreitung und für die Zonen B\ und B₂ mit durch Interferenz erzeugter Schallminderung erbracht.

Fig.6 bis 15 zeigen, daß, wenn die äußere Konfiguration des Tragköpers 1 des Lärmschutzschirms nach der Erfindung und der Längenunterschied zwischen einander benachbarten Kanälen 2 die gleichen sind, die schallmindernden Zonen B\ und B₂ im wesentlichen dieselbe Form haben, unabhängig vom Unterschied in der Querschnittsgestalt der Kanäle 2, wie in F i g. 6 bis 10 gezeigt. Daraus ergibt sich, daß die durch die abgelenkte Richtung und die Interferenz der Schallwelle erzeugten schallmindernden Zonen B\ und B₂ durch die Abmessungen des Lärmschutzschirms, den Längenunterschied zwischen einander benachbarten Kanälen 2 und die Lage des Lärmschutzschirms relativ zur Lärmquelle 4 bestimmt werden.

Das heißt, die obere Begrenzungslinie der schall- Tabelle 1

mindernden Zone B\ und die untere Begrenzungslinie der schallmindernden Zone Bi verlaufen in der Richtung von geraden Verbindungslinien zwischen der Lärmquelle 4 und der Oberkante bzw. der Unterkante des S Lärmschutzschirms, während sich die untere Begrenzungslinie der schallmindernden Zone B\ steiler nach unten neigt und die obere Begrenzungslinie der schallmindernden Zone B₂ mit stärkerer Neigung nach oben verläuft, d.h. die Fokaldistanz sich verkürzt, je größer der Längenunterschied zwischen einander benachbarten langen, hohlen Kanälen 2 des Tragkörpers 1 wird (siehe Fig. 12 und 13) Daraus ergibt sich, daß sich die Zonen A\ und Ai mit direkter Schallausbreitung, die Zone C mit gebeugter Schallausbreitung und die Zonen B\ und Bi mit Schallminderung durch Interferenz in beliebigen Stellungen durch geeignete Wahl der Abmessungen des Lärmschutzschirms nach der Erfindung, des Längenunterschiedes zwischen einander benachbarten Kanälen 2 des Tragkörpers 1 und der Lage der Lärmquelle 4 erzeugen lassen. Auch ist es möglich, die Zone C mit gebeugter Schallausbreitung mit zur Schallausbreitungsrichtung paralleler Begrenzung auszubilden (siehe F i g. 14). Die schallmindernde Wirkung des Lärmschutz schirms nach der Erfindung wird nun anhand eines Versuchsbeispiels beschrieben.

Gemäß Fig. 16 wurde von einer Lärmquelle 4 ein Bandgiräusch mit einer Mittelfrequenz von 1000 Hz abgestrahlt und der Schalldruckpegel in dB an schallempfangenden Punkten A, B, C, D und E gemessen, die in einer Reihe rechtwinklig zur Verlängerung einer Linie angeordnet waren, die die Lärmquelle 4 mit dem in der Höhenrichtung mittleren Abschnitt des Tragkörpers 1 verbindet Die Messung wurde mit und ohne den Lärmschutzschirm 5 vorgenommen und ergab die in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführten Daten.

Der Abstand zwischen der Lärmquelle 4 und dem schallempfangenden Punkt C an der verlängerten

Verbindungslinie zwischen der Lärmquelle 4 und dem mittleren Abschnitt des hohlen zylindrischen Lärmschutzschirms 5 betrug 3 m.

Ohne Lärmschutzschirm 5 Mit Lärm schutzschirm 5

(Einheit	dB)	C	D	E
A	B	90	87	85
85	88	91	75	84
85	78

Der vorstehenden Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß an den schallempfangenden Punkten Λ und E, die in den Zonen mit direkter Schallausbreitung gelegen sind, in die das Geräusch gelangte, ohne durch den Lärmschutzschirm 5 hindurchzutreten, der Schalldruckpegel hn wesentlichen derselbe ist, unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen des Lärmschutzschirms 5. Bedingt durch das Vorhandensein des Lärmschutzschirms 5 nimmt der Schalldruckpegel am schaflempfangenden Punkt C m der Zone mit gebeugter Schallausbreitung einen hohen Wert an.

An den schallempf angenden Punkten B und D, die in den Zonen gelegen sind, wo der sich direkt ausbreitende, nicht durch den Lärmschutzschirm 5 hindurchgetretene Schall mit dem durch den Lärmschntzschirm 5 hindurchgetretenen Schall mit gebeugter bzw. abgelenkter Ausbreitung interferiert, ist der Schalldruckpe gel wegen des Vorhandenseins des Lärmschutzschirms 5 bedeutend erniedrigt.

Bei der in Fig. 17 gezeigten anderen Ausführungsform eines Lärmschutzschirms nach der Erfindung ist der hohle Tragkörper 1 so aufgebaut, daß die Länge einer Vielzahl von langen, hohlen Kanälen 2, die übereinander und mit Zwischenabstand angeordnet sind, nicht nur an einem in der Höhenrichtung des Tragkörpers 1 ungefähr in der Mitte gelegenen Abschnitt den größten Betrag hat und von diesem mittleren Abschnitt ans in Richtung der Ober- und Unterkanten des Tragkörpers I allmählich abnimmt sondern auch an dem in der Längsrichtung des

Tragkörpers 1 in der Mitte angeordneten Abschnitt den größten Betrag hat und von diesem aus in Richtung der linken und rechten Seitenkanten des Tragkörpers 1 allmählich kleiner wird.

Bei dem in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Lärmschutzschirm breitet sich der von der Lärmquelle 4 ausgestrahlte und sowohl über die Ober- und '.Jnterkanten als auch über die linken und rechten Seitenkanten des Tragkörpers 1 hinweggeleitete, sich direkt ausbreitende Schall nicht nur nach oben und nach unten, sondern auch nach links und nach rechts aus. Jedoch wird die Schallwelle, die durch die einander benachbarten Kanäle 2 von verschiedener Länge hindurchgetreten ist, von allen Kanälen 2 gebeugt bzw. abgelenkt und gegenüber dem sich direkt ausbreitenden

Schall phasenverschoben und konvergiert daher in einem Punkt an einer von ungefähr der Mitte des Tragkörpers 1 aus nach hinten verlängerten Linie, wodurch sie eine vergrößerte schallmindernde Zone hinter dem Lärmschutzschirm erzeugt.

Daraus ergibt sich, daß eine Anzahl von Lärmschutzschirmen gemäß F i g. 17 entlang einer Lärmquelle, z. B. an einem von einem elektrischen Triebwagen befahrenen Schienenweg oder an einer von Kraftfahrzeugen

ίο befahrenen Schnellstraße u.dgl. und mit Zwischenabstand angeordnet werden kann, ohne die schallmindernde Wirkung zu verschlechtern. Es ist somit möglich, die Lärmschutzschirme auf eine in bedeutendem Maße bequeme Weise aufzustellen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Anordnung eines Lftrmschutzschirms mit einer Vielzahl von im Abstand übereinander angeordneten langen, hohlen, in Schallausbreitungsrichtung verlaufenden Kanälen, die etwa auf halber Schirmhöhe am längsten sind und zur Oberkante und Unterkante des Schirms hin allmählich abnehmen, wobei an einer Schirmkante vorbei sich Schall ungebeugt ausbreitet, was zur Interferenzauslöschung von ungebeugtem Schall mit durch die Kanäle dringendem und dabei unter Phasenverschiebung gebeugtem Schall führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (1) mit \s seinen Kanten so angeordnet ist, daß sowohl an der Oberkante wie an der Unterkante des Schirms (1) vorbei sich Schall ungebeugt ausbreitet

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanallängen von etwa der Schinnmitte auch zu den beiden Seitenkanten des Schirms (1) hin allmählich abnehmen und auch an den beiden Seitenkanten vorbei sich Schall ungebeugt ausbreitet

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