DE2848597A1

DE2848597A1 - Schalldaemmendes gebilde

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Publication number: DE2848597A1
Application number: DE19782848597
Authority: DE
Inventors: Jens Wested
Original assignee: ELEKTRONIKCENTRALEN
Current assignee: ELEKTRONIKCENTRALEN
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-09
Publication date: 1979-05-17
Also published as: NO783774L; DK345278A; DK142710C; LU80501A1; SE440101B; SE7811467L; NO153066C; DK142710B; IT1108395B; IT7869581A0; US4244439A; GB2010944B; FR2408888A1; NO153066B; JPS6125159B2; FR2408888B1; JPS5499401A; GB2010944A; NL7811154A

Description

Patentanwalt

MICHAEL KORN

Dipl. Ing.

Elektronikcentralen 6. Nov. 1978

Venlighedsvej 4 E 14 P 1

D fr-2970 HszSrsholm
Dänemark

Schalldämmendes Gebilde

Die Erfindung betrifft ein schalldämmendes Gebilde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Bereich von Flugplätzen und Straßen ist Lärm eine immer lästiger werdende Umweltbelastung. Man hat versucht,durch Erdwälle oder dergl. eine Schallisolierung und eine Begrenzung der Lärmbelastung zu erreichen, aber Erdwälle sind einmal relativ teuer und zum anderen gelegentlich Hindernisse, insbesondere im Bereich von Flugplätzen.

Die US-PS 3 783 368 beschreibt ein schallschluckendes Gebilde in Gestalt einer Platte mit länglichen Prismen, welche denjenigen Schall dämpfen, der im wesentlichen orthonal auf die Platte auftrifft, wobei die eigentliche Dämpfung im wesentlichen auf einem umgekehrten Horneffekt beruht, bei dem eine Impedanzanpassung vorgesehen ist. Es treten dabei kräftige Wirbel im Bereich der Kehlung des Hornes auf und man kann außerdem zwischen den einzelnen Hörnern dämpfende Werkstoffe in den Prismen vorsehen. Man kann solche

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schalldämmenden Gebilde zwar teilweise durchsichtig herstellen, sie sind aber dennoch optisch sehr unäbtraktiv und im übrigen in der Herstellung recht teuer.

Weiter ist bekannt, daß Helmholtz-Resonatoren in Wänden eine dämpfende Wirkung haben und aus den GB-PSen 965 611 und 1 020 421 sind lineare Helmholtz Resonatoren bekannt, die in Wänden oder Unterteilungen eingebaut werden können, um einen Schalldurchtritt durch solche Wände zu verhindern oder mindestens zu dämpfen. Es ist bekannt, daß Helmholtz Resonatoren deswegen eine dämpfende Wirkung haben, weil ein im wesentlichen senkrecht zur Wand einfallendes Schallfeld ein System stationärer Fluktuationen im inneren des Resonators induziert, welches nicht verlustfrei ist, wodurch also dem Schallfeld Energie entzogen wird; dies ist Dämpfung.

Die Erfindung sucht ein schalldämmendes Gebilde zu schaffen, welches nicht in das zu dämpfende Schallfeld einsteht, und dadurch optisch nicht stört. Desweiteren sollte das schalldämmende Gebilde auch befahrbar sein, und außerdem bezogen auf den Platzbedarf eine hohe Schalldämmung bewirken. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die im Anspruch angegebenen technischen Maßnahmen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Gebildes liegt darin, daß es kostenmäßig sehr günstig ist. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen bewirken, daß eine Kupplung des schalldämmenden Gebildes parallel zur Fortpflanzungsrichtung des zu dämpfenden Schallfeldes sehr gut

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ist, obwohl keine dämpfenden Gebilde in das Schallfeld selbst hineinstehen. Das erfindungsgemäße schalldämmende Gebilde hat im wesentlichen die Gestalt einer ebenen Fläche, die man auf diejenige Fläche legen kann oder in diejenige Ebene einarbeiten kann, über welche die zu dämpfenden Schallfelder sich fortpflanzen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß gewisse Analogien zwischen der Fortpflanzung elektromagnetischer und akustischer Wellen bestehen. Obwohl allenfalls Analogien, nicht aber qualitative Gleichheit vorliegt, kann man die Gültigkeit der Beziehungen für die Fortpflanzung elektromagnetischer Wellen bei akustischen Feldern nachweisen. Man kann sowohl die Kupplung zwischen dem Schallfeld und dem System stationärer Schallfluktuationen in dem Gebilde nach der Erfindung wenigstens näherungsweise errechnen. Es ist u.a. eine Feldtheorie angewendet worden, wobei die Ergebnisse sich leicht in Ausdrücken darstellen lassen, die aus der Theorie elektrischer Schaltkreise bekannt sind. Es ist beispielsweise erkannt worden, daß das ganze Schallfeld im Bereich eines periodischen Gebildes unendlicher Ausdehnung etwa dieselben Grundeigenschaften hat, wie das Phänomen, welches bei der Betrachtung der Fortpflanzung elektromagnetischer Wellen als "langsame Wellen" bezeichnet wird. Es konnte weiter gezeigt werden, daß die Fortpflanzung der Schallwellen sehr nahe an der Oberfläche des schalldämmenden Gebildes mindestens zweieinhalb mal langsamer ist als im normalen freien Luftraum. Die theoretischen Überlegungen zeigen eine starke Dämpfung pro Meter Breite des Gebildes in Richtung des Schallfeldes und eine

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größer werdende Dämpfung mit größer werdender Frequenz der Schallwellen in Richtung zur höchsten Frequenz in ähnlicher Weise wie dies bei der Fortpflanzung der elektromagnetischen Wellen in einem Wellenleiter ist; die Frequenzen muß man sich aber umgekehrt bezüglich der eben erwähnten Cut-off-Frequenz. Oberhalb dieser Cut-off-Frequenz betritt ein reflektierender Bereich der Reflektion auf,- auf den wieder ein absorbierender Frequenzbereich folgt, usw. Da das Gebilde keine unendliche Ausdehnung hat, kann natürlich keine ideale Dämpfung auftreten. Da die Dämpfung des Gebildes in einem Frequenzbereich gerade unter der Cut-off-Frequenz ein Maximum hat, sollte diese Frequenz etwas oberhalb des zu dämpfenden Frequenzbereiches liegen. Durch eine akustische Kopplung zwischen zwei nebeneinander liegenden Nuten kann die Hauptkomponente des akustischen Gebildes nahe der Cut-off-Frequenz als stationäre Schwingung zwischen den Böden der beiden nebeneinander liegenden Nuten angesehen werden. Wenn das Vorzeichen der Phase am Boden der zwei nebeneinander liegenden Nuten positiv und nach oben gerichtet ist, haben die Schwingungen nahe der Cut-off-Frequenz entgegengesetzte Phase in jedem Paar nebeneinander liegender Nuten. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Nuten mit Luft gefüllt und/oder die Wände sind schallabsorbierend gestaltet; die öffnungen der Nuten sind mit einem Film abgedeckt, zweckmäßig aus einer Kunststoff-Folie. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich insbesondere durch seine Preiswürdigkeit bei der Herstellung aus. In einer weiteren Ausführung der Erfindung enthalten die Nuten ihrerseits schallabsorbierende Werkstoffe und der Boden und die Wände sind dabei möglichst verlustlos schallreflektierend ausgebildet.

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Man kann dann das Gebilde derart herstellen, daß die Nuten nicht verschmutzt werden können. Erkennbar hat die Rundschwingung des von der akustischen Kopplung erzeugten Schwinungsgemisches einen Schwingungsbauch, der sich in dem Schallfeld selbst befindet, welches die Schwingungen erzeugt, aber ein großer Teil der Länge dieses Schwingungssystems erhält eine Ausbildung, die senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des zu dämpfenden Schallfeldes gerichtet ist, wodurch das schalldämpfende Gebilde nach der Erfindung relativ schmal ausgebildet sein kann.

Die Nuten ihrerseits können in vielfältiger Weise ausgestaltet sein und da sie nicht als Helmholtz Resonatoren wirken müssen, müssen sie auch keine Öffnungen nach außen haben, die im Vergleich mit anderen Nutquerschnitten sehr klein sind. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Querschnitt der Nuten rechteckig und die Nuten mit den Stegen dazwischen haben die Gestalt etwa einer Recheckwelle. Auf diese Weise erhält man eine besonders einfach aussehende äußere Gestalt; die Rippen können sogar nach innen zu ein wenig geneigt sein, sodaß man die Rippen in einer Spritzgrußform oder dergl. herstellen kann.

In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Gebildes wird die Tiefe und die Breite der Nuten und die Breite der Rippen als Funktion der Entfernung der in Richtung des zu dämpfenden Feldes größer. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Schalldämpfung für eine gegebene Breite des Gebildes in einem relativ großen Frequenzbereich stattfindet.

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Wenn man einen Frequenzbereich dämpfen will, der breiter ist, als dies von einem einzigen solchen Gebilde geleistet werden kann, dann müssen eben mehrere erfindungsgemäße Gebilde, die an verschiedene Frequenzbereiche angepaßt sind, nacheinander in Richtung der Fortpflanzungsrichtung des zu dämpfenden Schallfeldes angeordnet bzw. eingesetzt werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es aber im Gegensatz zu der eben angedeuteten Möglichkeit grundsätzlich auch möglich, an derselben Stelle zwei oder mehr Dämpfungsgebilde gewissermaßen zu überlagern, was dadurch ermöglich wird, daß der Querschnitt der Nuten aus der überlagerung zweier oder mehrerer Nutensysteme entsteht, wobei die Nuten eines jeden solchen Systems eine verschiedene Nutbreite haben, oder unterschiedliche Nutentiefe oder beides in Kombination. Selbstverständlich ist bei einer solchen "überlagerung" keine mathematisch korrekte Überlagerung erreichbar.

In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Gebildes, dessen Nuten unterschiedliche Nutentiefen haben und bei dem verschiedene Nuten dasselbe Dämpfungsmaterial haben, kann man stattdessen auch Nuten mit gleicher Tiefe verwenden, aber dann ein schallschluckendes Material in den Nuten, in welchem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schallwellen von Nut zu Nut anders ist, und zwar in solcher Weise, daß die Phasenverschiebung in jeder Nut gleich bleibt. Faßt man die zuletzt angedeutete Möglichkeit ins Auge, dann braucht man also keine in ihren Abmessungen unterschiedlichen Gebilde, sondern kann gleiche Nutenfelder verwenden, wobei die Anpassung an verschiedene Frequenzbereichs der Dämpfung durch entsprechend unterschiedliches schallschluckendes Material in den

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Nuten erreicht wird.

Es scheint, daß die Kopplung zwischen dem zu dämpfenden Schall und dem örtlichen Schallfeld, das zwischen zwei nebeneinander liegenden Nuten besteht, sich vorteilhaft auf die Erhaltung des örtlichen Schallfeldes auswirkt, und zwar auch dann, wenn es durch das dämpfende Material in den Nuten gedämpft wird. Es ist aber offensichtlich, daß, wenn die Schalldämpfung von porösem Material in den· Nuten abhängt, es schwierig ist, zu verhindern, daß die Dämpfung beispielsweise durch Regen oder Schnee verschlechtert wird. Das Eindringen von Regen oder Schnee in offene Nuten ist ohnedies kaum zu verhindern.

Um dem zuletzt genannten übelstand abzuhelfen, ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, am Boden der Nuten öffnungen in Form von Löchern oder Schlitzen forzusehen, die eine akustische Kopplung bilden und eine Nut mit einer daneben liegenden Nut oder mit einem Hohlraum zu verbinden.

Da in dem Teil des Schallspektrums, in welchem das Gebilde wirkt, der Druck am Boden der zwei nebeneinander liegenden Nuten in entgegengesetzter Phase erheblich ist, könnte eine öffnung, welche die Böden der zwei nebeneinander liegenden Nuten verbindet, Ströme hervor bringen, die weniger Verluste mit sich bringen, ohne daß man ein feuchtigkeits-empfindliches Material als Füllung benötigt.

Wenn die öffnung vom Boden einer Nut zu einem Hohlraum führt, könnte dieser Hohlraum in den Rippen zwischen

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zwei nebeneinander liegenden Nuten untergebracht sein. Auf diese Weise kann man in dem Hohlraum ein dämpfendes Material unterbringen, das gegen Feuchtigkeit geschützt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann ein Hohlraum dieser Art als akustischer Resonator gestaltet sein, der eine solche Resonanzfrequenz hat, die möglicherweise von der Resonanzfrequenz der Kopplung zwischen zwei nebeneinander liegenden Nuten abweicht und zusammen mit der akustischen Kopplung zwischen zwei nebeneinander liegenden Nuten eine ganz bestimmte Dämpfungscharakteristik bewirkt, wobei die Frequenzcharakteristik der Hauptschallquelle und die Sensitivität des menschlichen Ohres mit berücksichtigt werden.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen schalldämmenden Gebildes sind die mit den Böden der Nuten gekoppelten Resonatoren als Ibhlräume ausgebildet, die sich längs zu einer Rippe erstrecken und die Schwingungen des Resonators werden durch die öffnung oder durch die öffnungen zwischen dem rohrförmigen Hohlraum und dem Boden der Nut oder den Nutböden geleitet. Durch diese Ausgestaltung erreicht man, daß man dämpfendes Material feuchtigkeitsdicht anwenden kann; weiter hat man eine erhebliche Freiheit in der Wahl der Resonanzfrequenz der akustischen Resonatoren in den Röhren. Bei dieser Ausführung kann die Resonanzfrequenz des Resonators ausschließlich durch die Distanz zwischen aufeinander folgenden öffnungen zwischen dem Rohr und den Nutböden bestimmt werden; man kann weiter Böden oder Unterteilungen zwischen

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den Kopf an Kopf liegenden Resonatoren vorsehen, was aber nicht unbedingt erforderlich ist.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der an die Nutböden gekoppelte akustische Resonator in Gestalt von zwei sich im Inneren der Rippen erstreckenden Nuten ausgebildet, die durch eine dazwischen liegende Innenrippe unterteilt sind. Die Schwingungen des Resonators werden dabei durch einen Schlitz auf der Länge des Bodens der Nut eingekoppelt. Hierbei findet eine doppelte Ausnützung des Prinzips der akustischen Kopplung zwischen zwei nebeneinander liegenden Nuten statt: Einmal durch die kräftige Kopplung an das freie Schallfeld oberhalb des Gebildes und zum anderen durch Beaufschlagung durch den Schlitz am Boden durch das Schallfeld innerhalb der Rippe.

Auch in diesem Falle kann man schallschluckendes Material in dem Hohlraum unterbringen, welches gegen Feuchtigkeitseinflüsse geschützt ist.

Wenn das Dämm-Material in den akustischen Resonatoren unter Berücksichtigung seines akustischen Absorbtionsfaktors, seiner Geometrie und seinen sonstigen Eigenschaften gewählt wird/ daß akustische Resonanzen gedämpft werden, ohne daß sie vollständig verschwinden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnnung an Ausführungsbeispielen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1-4 Vertikalschnitte durch verschiedene

Ausführungsformen eines schalldämmenden Gebildes;

Fig. 5a - 5%cl im Schnitt die überlagerung von Kurven

derart, daß zwei weitere Ausführungsformen entstehen;

Fig. 6-8 teilweise geschnitten und teilweise

perspektivisch drei verschiedene schallabsorbierende Gebilde nach der Erfindung;

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Sequent des

Ausführungsbeispieles nach Fig. 8, und

Fig. 10 teilweise geschnitten und teilweise

perspektivisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebildes.

In Fig. 1 ist zunächst eine Ausnehmung 1 in einem Feld oder einer Wiese oder dergl. dargestellt. Die Ausnehmung bzw. der Graben 1 nimmt in abwechselnd geänderter Relativlage zueinander L-förmige Stäbe oder Profile auf, die dann Rücken an Rücken liegen und so Rippen 3 und Böden 4 bilden, sodaß aufeinander folgende parallele Nuten 5 entstehen. Die Rippen 3 sollten aus einem ausreichend harten und wetterfesten Material bestehen, wobei selbstverständlich auf klimatische Bedingungen Rücksicht genommen wird. Wenn der Verlustfaktor im verwendeten Material zu niedrig ist, kann man etwas Dämm-Material 5' in Form einer kleinen Schicht auf den Boden der Nuten aufbringen. Ein so mit ainem schalldämmenden Gebilde ausgefüllter Graben oder

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dergl. muß in bekannter Weise entwässert oder drainiert werden, damit er sich nicht mit Regenwasser oder dergl. füllen kann. Die Länge des Grabens entspricht der Länge der zu schützenden Schallquelle. Wenn beispielsweise die Schallabstrahlung einer Kraftverkehrsstraße vermindert werden soll, dann bringt man eben einen Graben parallel neben der Straße an, der periodisch durch Querplatten oder dergl. unterbrochen ist, um eine Schall-Leitung längs des Grabens zu verhindern, so weit in dieser Richtung auch eine Dämpfung erwünscht ist. Der beispielsweise von einer Kolonne von Kraftfahrzeugen auf der Straße ausgehende Lärm fließt in Form von Schallwellen horizontal über das Gebilde in der Ebene des Schnittes und es entstehen stationäre Schwingungen 6, deren Grundschwingung einen Schwingungsbauch immer am Boden der Nuten 5 aufweist. Die Kurven in Fig. 1 deuten die gemittelte Bewegungsspur der Gasteilchen der stationären Schwingungen. Die Pfeilköpfe der Spuren oberhalb der Rippen 3 deuten Antinodal -Punkte der stationären Schwingungen an. Man erkennt, daß die Pfeilspitzen aufeinander folgender Kurven in entgegengesetzte Richtungen weisen und daß diese Pfeilspitzen die Situation für eine ganz bestimmte Phasenlage der stationären Schwingungen darstellen. Eine Halbperiode später werden alle Pfeilspitzen umgekehrt. Weiter ist darauf hinzuweisen, daß die Schwingungssysteme, die für eine bestimmte Nut nebeneinander dargestellt sind, in diese besondere Nut gerade eintauchen, aber gleichzeitig auf beiden Seiten in den daneben liegenden Nuten nach oben gehen. Bei einem mit Hilfe eines Rechners simulierten Falle hat sich gezeigt, daß die Phasengeschwindigkeit des

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ganzen akustischen Feldes den Charakter einer "langsamen Welle" hat, und daß seine Fortpflanzungsgeschwindigkeit etwa 2,5 mal niedriger ist als die
Phasengeschwindigkeit einer ebenen Schallwelle im
freien Raum mit den üblichen Temperatur- und Druckbedingungen. Für eine gegebene Dämpfung wirkt dieses Phänomen der langsamen Wellen im Sinne einer Reduhierung der Breite des Gebildes, oder im Falle einer vorgegebenen Breite des Gebildes im Sinne einer entsprechenden Dämpfung.

Als Material für die Rippen und die Böden der Nuten
sollte man natürlich möglichst kostengünstigen Werkstoff verwenden. So kann man - allein aus Transportgründen - in einigen Gegenden Beton verwenden und in anderen Gegenden gebrannten Ton. Sind die Kosten für Ton oder Beton zu hoch, dann kann man für die relativ dünnwandigen Bauelemente einen (spezifisch leichteren) Kunststoff verwenden.

Abweichend von den Details gem. Fig. 4 kann man
selbstverständlich auch anstelle der L-Profile zwei
verschiedene quaderförmige Profile verwenden, deren
höhere dann die Rippen und deren niedrige dann die
Böden der Nuten bilden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der anstelle von
L-Profilen U-Profile verwendet wurden. Die Nuten
5 sind bei diesem Ausführungsbeispiel mit schalldämmendem Material gefüllt. Der Verlustfaktor des
Füllmaterials darf weder zu groß noch zu klein sein, da die Grundschwingungen des Systems bei zu großen
Verlusten zu stark gedämpft würden, wodurch man

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eine zu geringe Eingangsenergie am System hätte. Die Verhältnisse sind analog zu zwei gegenseitig gekoppelten elektrischen Schaltkreisen mit einer Ausgangsbelastung, welche maximal belastet ist, wenn die Ausgangsbelastung eine solche Größe hat, daß der Q-Faktor des Lastkreises reziprog zum Kopplungskoeffizienten ist, d.h. bei kritischer Kopplung. Es gibt also für ein bestimmtes Gebilde und eine bestimmte Frequenz einen Verlustaktor des Materials, der eine optimale Absorbtion von Schallenergie pro Längeneinheit des Gebildes ermöglicht. Einen geeigneten Verlustfaktor kann man experimentell ermitteln, indem man Material mit verschiedenen Verlustfaktoren mischt. Wenn man sehr viele Nuten vorsieht, kann man eine erhebliche Dämpfung erreichen, selbst wenn der Verlust pro Nut Schwingungsbedingungen in einer einzelnen Nut nicht sehr stark ändert. Das Gebilde nach Fig. 2 unterscheidet sich weiter von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Seitenflanken 8 der Rippen 3 nicht parallel, sondern nach außen leicht divergierend ausgebildet sind, was zunächst einmal den Vorteil mit sich bringt, daß man solche Gebilde bzw. deren Teile in Formen herstellen kann, weil das Entformen besonders einfach ist. Ferner liegt ein Rost 9 oder dergl. auf den Rippen. Der Rost 9 kann aus einem Drahtnetz bestehen oder so massiv ausgebildet sein, daß er begehbar oder sogar befahrbar ist. Der Rost hat den weiteren Vorteil, daß beispielsweise Papier oder dergl. nicht in die Nuten gelangen kann.

Es ist darauf hinzuweisen, daß man zur Erzielung

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derselben schalldämmenden Wirkung Gebilde etwa nach den Fig. 1 oder 2 auch auf den Erdboden legen kann, und nicht einen entsprechenden Graben vorsieht. In einem solchen Falle ist insbesondere das Ablaufen von Wasser kein Problem.

Durch entsprechende Auswahl der Parameter ist das Produkt aus Dämpfung pro Meter Breite des Gebildes und der Breite des gedämpften Frequenzbandes nahezu konstant. Wenn man eine große Dämpfung haben will, dann muß man also dafür sorgen, daß eine relativ schmale Bandbreite bedämpft wird. Wenn man andererseits über einer großen Frequenzbreite dämpfen will, sollte man eine Anzahl von Abteilungen solcher Gebilde aufbauen, die im wesentlichen kaskadenartig aneinander gereihte Dämpfungsintervalle aufweisen, die ihrerseits an die hauptsächlich auftretenden Lärmfrequenzen und auch an die Empfindlichkeitskurve des menschlichen Ohres angepaßt sind.

Anstatt - wie unter Hinweis auf Fig. 1 und 2 gezeigt - die Geometrie der aufeinander folgenden Abschnitte des Gebildes in Richtung des zu dämpfenden Schallfeldes gleich zu lassen, kann man auch z.B. nach Fig. 4 die Breite und auch die Tiefe der Nuten fortschreitend größer werdend auslegen. Man kann mehrere solche Gebilde in Richtung des zu bedämpfenden Schallfeldes auslegen. In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Tiefe der Nuten treppenartig in Richtung des zu bedämpfenden Schallfeldes fortschreitet und wobei zu jeder solchen Treppenstufe eine Rippe

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gehört/ die ebenfalls in dieser Richtung immer größer wird, wobei aber die Oberfläche des gesamten Gebildes etwa in derselben Ebene bleibt.

Dieselbe ebene Oberfläche des gesamten Gebildes wird auch bei der Ausführungsform nach Fig. 4 erhalten. Bei dieser Ausführung ist der Schnitt durch die Nuten und Rippen im wesentlichen sinus-förmig mit unterschiedlichen Koeffizienten hinsichtlich "Frequenz" und "Amplitude" derart/ daß die Amplitude in Richtung des Schallfeldes größer wird und die Frequenz kleiner. Man kann solche Gebilde z.B. dadurch herstellen, daß man ein entsprechendes Wellblech 10 in ein weiches Bett 11 z.B. aus noch verformbarem Beton eindrückt und dann aushärten läßt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man bezogen auf den Schnitt durch das Gebilde etwa nach den Fig. 5a - 5d vorgehen und das Schnittprofil durch Überlagerung zweier gedachter Rechteckkurven etwa nach den Fig. 5a und 5b zusammen setzen. Fig. 5a zeigt eine gedachte erste Rechteckkurve, die in einem vorher bestimmten Frequenzbereich dämpft und in Fig. 5b ist eine zweite gedämpfte Rechteckgestalt eines entsprechenden Gebildes dargestellt, die in einem daran anschließenden Frequenzbereich dämpft. Aufgrund theoretischer Überlegungen könnte man also für das Profil die in Fig. 5c dargestellte Gestalt wählen, die erkennbar aus einer überlagerung der Kurven nach den Fig. 5a und 5b entstanden ist. Man erkennt ohne weiteres, daß auch die durch überlagerung entstandene Profilgestalt periodisch ist. Man sieht weiter, daß die einzelnen Nuten sich in ihrer Profilgestalt sehr stark voneinander unterscheiden.

in welchem Falle es so weit kommen kann, daß eine insgesamt ebene Gestaltung nicht mehr erreichbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn man soweit geht, daß man das überlagern fortsetzt, indem man nicht nur zwei gedachte Profile überlagert, um das endgültige fertige Profil zu erhalten, sondern eine sehr große Anzahl von Einzelprofilen, die jeweils einem bestimmten Frequenzbereich zugeordnet sind. Das überlagern einer praktisch unendlich großen Anzahl von Frequenzbereichen kann näherungsweise dadurch geschehen, daß die einzelnen, jeweils für ein bestimmtes enges Frequenzband gültigen Rechteckkurven in Sinuskurven umgedacht werden, deren lineare Dimensionen umgekehrt proportional zur Frequenz verlaufen und damit grob eine Art Treppenkurve ergeben. In Fig. 5d ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, daß aus dem Gebilde aus Fig. 5c durch Berechnung der Phasenverschiebung entstanden ist/ die zwischen der Feldoberfläche und dem Boden einer Nut an einer vorher bestimmten Stelle besteht; auf dieser Basis wurde dann berechnet, welche Schallgeschwindigkeit an der infrage stehenden Stelle für eine gegebene konstante Nuttiefe sein mußte. Die Ausführung nach Fig. 5d erhält auf diese Weise einen ebenen Boden und eine ebene Oberfläche, aber für jede Änderung des Gebildes nach Fig. 5c ist eine bleibende Untereilung 12 eingefügt. Dann werden die Räume zwischen diesen Unterteilungen 12 mit entsprechend gemischten Werkstoffen gefüllt, die verschiedene Dichten haben und damit unterschiedliche Schallgeschwindigkeiten im Werkstoff selbst.

In Fig. 6 ist mit 1 wieder eine ebene Unterlage bezeichnet, die beispielsweise auf dem Boden neben der entsprechenden Schallquelle ausgelegt ist. Die Unterlage 1 kann in einem flachen Graben liegen oder einfach

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auf dem Boden, ohne einen entsprechenden Graben vorzusehen. Wie man insoweit vorgeht, hängt von den Möglichkeiten der Drainage an der Stelle im Gelände ab.

Die Kurven 6 beschreiben den mittleren Pfad eines örtlichen Schallfeldes mit Halbwellen-Resonanz zwischen zwei nebeneinander liegenden Nuten, wobei das örtliche Feld von der zu bedämpfenden Schallquelle erzeugt wird; die Ausbreitungsrichtung des zu bedämpfenden Schallfeldes ist mit dem Pfeil 7 gekennzeichnet. Das örtliche Schallfeld hat Schwingungsbäuche in der Luft über den Rippen 3 und Schwingungsknoten mit erheblichen Änderungen des Druckes jeweils im Bereich des Bodens der Nuten 5.

Das örtliche Schallfeld ist also am Boden zweier aufeinander folgender Nuten im wesentlichen gegenphasig. Die gewollte Schallabsorbtion erfolgt teilweise aufgrund unvermeidbarer Verluste in der Unterlage 1 und teilweise durch Luftreibung, wobei aber eine erhebllich vergrößerte Absorbtion erreicht werden kann, wenn man Dämpfungsmaterial vorzugsweise im Bereich dder Böden der Nuten 5 vorsieht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist dies aber nicht in jeder Hinsicht erwünscht, weil Regen, Schnee oder anderer Schmutz, z.B. Sand, Blätter und dergl. in die Nuten gelangen kann, und daurch die Dämpfungseigenschaften negativ beeinflußt werden können.

Wenn man die einzelnen Nuten 5 beipielsweise durch Kanäle 10' gem. Fig. 6 verbindet, dann fließen Verluste

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bedingende Strömungen durch diese Kanäle. Auf diese Weise werden dann jene nicht erzielbaren Verluste ausgeglichen, die in porösem Füllmaterial in den Nuten auftreten, wenn die Poren des Materials beispielsweise mit Flüssigkeit gefüllt sind oder wenn der Werkstoff verrottet. Die Gestalt, die Größe und die Anzahl der Kanäle pro Längeneinheit des Gebildes können natürlich geändert werden. Das kann soweit gehen, daß man anstelle einer Vielzahl von Kanälen gem. Fig. 7 durchgehende Schlitze zum Zwecke der Verbindung zweier aufeinander folgender Nuten an deren Böden vorsieht. Dies erreicht man einfach dadurch, daß man die Rippen 3 gem. Fig. 7 auf Abstandhalter 12" legt, wodurch die Schlitze 11' entstehen. Die gewünschten Verluste hängen zu einem erheblichen Grade von der Reibung zwischen der Luft und den Wänden der öffnungen ab. Aus diesem Grund muß das Verhältnis der Querschnitts fläche der öffnungen bzw. Schlitze und deren Umfang entsprechend gewählt werden.

In den Fig. 8 und 9 ist ein Ausführungsbeispiel des schalldämmenden Gebildes der Erfindung dargestellt, bei welchem die öffnungen oder Kanäle 10' zu jeweils einem Hohlraum 15 im inneren einer Rippe 3 führen. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Wände des Hohlraumes oder geeignete Teile dieser Wände mit porösem Dämpfungsmater.ial beschichtet werden, ohne daß insbesondere durch Wasser eine Beeinträchtigung der Dämpfungseigenschaften auftritt. In den Hohlräumen 15 kann Resonanz zweckmäßig bei derselben Frequenz oder auch bei anderen Frequenzen wie der Resonanzfrequenz der äußeren akustischen Kopplung zwischen aufeinander folgenden Nuten 5 erreicht werden. Die Entferung zwischen benachbarten Bohrungen 10' und

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10'' bestimmt die Längsresonanz im Hohlraum 15 und entspricht zumindest hinsichtlich der Grundschwingung im wesentlichen einer Halbwellenlänge. Die Hohlräume 15 können entweder nur an einer Seite der Rippe entsprechende Verbindungsöffnungen aufweisen, oder an beiden Seiten der Rippe. Im zuletzt genannten Fall muß man berücksichtigen, daß eine gegenphasige Beziehung zwischen den Schwingungen in aufeinander folgenden Nuten besteht, aus welchem Grunde die öffnungen auf entgegengesetzten Seiten einer Rippe 3 relativ zueinander versetzt angeordnet sein sollten. Ggfs. kann man bestimmte Resonanzfrequenzen durch Einfügen von Unterteilungen in den Hohlräumen der Rippen erreichen.

Es ist bekannt, daß die am meisten störende Frequenz im Bereich von Kraftfahrstraßen etwa bei 300 Hz liegt. Infolgedessen wird man bei der Auslegung des Dämpfungsgebildes dafür sorgen, daß eine akustische Kopplung für die bei 6 angedeuteten Schwingungen zwischen nebeneinander liegenden Nuten etwas über dieser Frequenz liegt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 kann man den Dämpfungsbereich zu den niedrigen Frequenzen hin vergrößern, indem man den Abstand zwischen nebeneinander liegenden öffnungen 10' und 10'' so groß macht, daß beispielsweise bei 200 Hz eine Halbwellenresonanz im Inneren der Rippe 3 in Längsrichtung erzielt wird. Man kann außerdem den Abstand aufeinander folgender öffnungen 10' und 10'* von Rippe zu Rippe ändern, um eine weitere Verbesserung der Schallabsorbtion zu erhalten; ebenso ist es natürlich unter Zugrundelegung vergleichbarer Überlegungen möglich, eine Dämpfung bei über 300 Hz zu erhalten.

In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem

die Resonanz im Inneren der Rippen in anderer Weise erreicht wird:

Im Bereich der Mitte der"Decke" 17 des Hohlraums im Innern der Rippe 3 ist eine weitere herabhängende Rippe 19 vorgesehen, sodaß also zwei Hohlräume 19 in der Rippe entstehen. Die Außenwände 21 der Rippe stehen auf kleinen Böckchen 12', wodurch Kopplungsschlitze 23 an der Unterseite der Wände 21 entstehen. Die innere Rippe oder Unterteilung 19 geht nicht ganz bis zum Boden des Raumes innerhalb der Rippe 3, sodaß unter dieser Unterteilung 19 ein weiterer Schlitz 26 besteht.

Der gegenphasige Druck zwischen aufeinander folgenden Nuten trifft durch die Schlitze 23 eine Halbwellenresonanz zwischen den inneren Nuten oder Hohlräumen 25 unter der Rippe oder Unterteilung 19 in einer ähnlichen Weise wie das äußere Feld, wobei die Ausbreitungsrichtung des äußeren Feldes wieder mit einem Pfeil 7 dargestellt ist. Es tritt also wieder der Fall auf, daß ein örtliches Schallfeld beschallt wird, wobei Schallwellenresonanz zwischen den Nuten 5 besteht. Aufgrund der Dämpfung der Schlitze 23 bzw. 26 ist es nicht absolut notwendig, die beiden Hohlräume 25 mit Dämpfungsmaterial zu füllen; dies wird man nur tun, wenn eine weitere Dämpfung im Frequenzbereich der inneren Halbwellenresonanz erhalten werden soll; es ist möglich/ weiteres Dämpfungsmaterial 27 unter die "Decken" der Hohlräume 25 zu kleben oder zu hängen; erkennbar ist dieses Dämpfungsmaterial besonders gut gegen Regen und dergl. geschützt.

Wenn die beschriebenen Gebilde in Ausbreitungsrichtung des dämpfenden Schallfeldes unendlich breit wären, ergäbe sich eine Frequenzkennlinie, die für größer werdende Frequenz eine Dämpfung ergeben würde, die dann bis zu

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einer vollständigen Sperre reicht. Nach diesem gesperrten Bereich gibt es wieder einen Durchlaßbereich mit Dämpfung, der von einem neuen Sperrbereich mit höherer Frequenz gefolgt wird, usw. Diese Eigenschaften des Verhältnisses zwischen Dämpfung und Frequenz ergibt sich aus einer Analogie zur Theorie elektromagnetischer Felder. In der Praxis sind aber die Gebilde selbstverständlich nicht unendlich breit, wodurch sich eine endliche Breite der Sperrbereiche ergibt, in denen Reflektionen auftreten, die mehr oder minder betont sind. Dies ist aber nicht nur durch einen Effekt bedingt, der dem Effekt eines Helmholtz Resonators entspricht. Man mijß diese Gegebenheiten für die Dimensionierung der Dämpfungsgebilde berücksichtigen. Wenn also insbesondere der Frequenzbereich von 300 Hz bedämpft werden soll, sollte man die Resonanzfrequenz der äußeren akustischen Kopplung zwischen aufeinander folgenden Nuten etwas größer als 300 Hz wählen, also z.B. 45o Hz. Wenn es weiter wichtig ist, auch unter 300 Hz liegende Frequenzen möglichst stark zu bedampfen, z.B. Frequenzen um 200 Hz, dann legt man dafür in der beschriebenen Weise eine weitere Resonanz im Hohlraum 15 im Inneren der Rippe 3 möglichst nahe an der weiter zudämpfenden Frequenz an.

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Patentansprüche

Schallschluckendes Gebilde mit mehreren in einer Oberfläche parallel zueinander und normal zur Richtung des zu bedämpfenden Schallfeldes angeordneten Nuten und Rippen solcher Anordnung und Dimension, daß stationäre Schwingungssysteme in den Nuten entstehen, dadurch gekennzeichnet/ daß eine akustische Kopplung zwischen aufeinander folgenden Nuten bei den zu bedämpfenden Frequenzen vorgesehen ist, und daß die Oberfläche des Gebildes sich im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des zu bedämpfenden Schallfeldes erstreckt.

Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) mit Luft gefüllt sind, daß der Boden und die Wände der Nuten schallabsorbierend gestaltet sind, und daß die Öffnung über jeder Nut (5) durch eine Folie, zweckmäßig aus Kunststoff, abgedeckt ist.

Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten schallabsorbierenden Werkstoff

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aufnehmen und daß die Seitenwände und der Boden der Nuten verlustfrei schallreflektierend ausgebildet sind.

4. Gebilde nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Gestalt der aufeinander folgenden Nuten und der dazwischen angeordneten Rippen in einem Schnitt, dessen Fläche die Ausbreitungsrichtung des Schallfeldes enthält, etwa die Gestalt einer Rechteckwelle haben.

5. Gebilde nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schnitt in der Ebene nach Anspruch 4 die Gestalt von etwa einer Sinuskurve hat.

6. Gebilde nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe und die Breite der Nuten und die Breite der Rippen in Richtung des zu bedämpfenden Schallfeldes größer werden.

7. Gebilde nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,daß es im Schnitt nach Fig. 4 ein Profil aufweist, das aus der Überlagerung von zwei oder mehr Rechteck- oder Sinuskurven entstanden gedacht ist, bei welchem die Nuten unterschiedliche Abstände und / oder unterschiedliche Tiefen haben.

8. Gebilde nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten gleiche Tiefe haben aber mit derart unterschiedlichem schallschluckendem Werkstoff gefüllt sind, daß aufgrund unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit in den Füllungsstoffen die Phasenverschiebung in allen Nuten gleich ist.

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9. Gebilde nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem schalldurchlässigen Netz oder Rost bedeckt ist.

10. Gebilde nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinander folgende Nuten im Bereich ihrer Böden miteinander durch Öffnungen oder Schlitze verbunden sind, die eine akustische Kopplung bilden und jede Nut mit einer Nut daneben oder einem Hohlraum (15) im Gebilde verbinden.

11. Gebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (15) in den Rippen zwischen aufeinander folgenden Nuten ausgebildet sind.

12. Gebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume als akustische Resonatoren mit einer Resonanzfrequenz ausgebildet sind, die von der Resonanzfrequenz der Kopplung zwischen zwei aufeinander folgenden Nuten unterschiedlich ist, und die zusammen mit der zuletzt genannten Kopplung das Dämpfungsverhalten bestimmt.

13. Gebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Resonatoren, die an die Nuten gekoppelt sind, im wesentlichen als in Längsrichtung innerhalb der Rippen sich erstreckende Hohlräume ausgebildet sind, und daß die Schwingungen der Resonatoren durch Löcher zwischen dem Hohlraum und daneben liegenden Nuten oszillieren.

14. Gebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Nuten angekoppelten Hohlraumresonatoren als zwei im Inneren einer jeden Rippe sich längs derselben erstreckende Hohlräume ausgebildet sind, wobei eine Unterteilung (19) im Inneren der hohlen Rippen ausgebildet ist, und daß die Frequenz des Resonators durch Schlitze im unteren

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Bereich der Seitenwände der Rippen bestimmt ist.

15. Gebilde nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß akustisch dämpfendes Material in den akustischen Resonatoren so hinsichtlich seiner Dämpfungseigenschaften gewählt ist, daß unter Berücksichtigung der Dämpfungsfaktoren, der Geometrie der Hohlraumresonatoren und dergl. die akustischen Resonanzen gedämpft sind, nicht aber zur Dämpfung Null führen.

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