DE3821939A1 - Schalldaemmende vorrichtung - Google Patents

Schalldaemmende vorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine schalldämmende Vorrichtung.
Zur Herabsetzung des Schalls an einer einer Geräuschquelle zugewandten beschallten Seite eines vor Lärm zu schützenden Gegenstandes ist bisher ein Schallschutzkörper mit verbesserter schalldämmender Wirkung notwendig. Zu diesem Zweck ist bisher das Gewicht des Schallschutzkörpers erhöht und, bei einem doppelwandigen Schallschutzkörper, ein schallschluckender Stoff in dessen Inneres eingefüllt worden. Diese Verfahren sind in jedem Fall insofern nachteilig, als das Gewicht des Schall­ schutzkörpers groß wird und viel Raum benötigt wird. Insbeson­ dere ist bei der doppelwandigen Ausführung nachteilig, daß die schalldämmende Eigenschaft in einem bestimmten Frequenzbereich schlechter wird.
Als Verfahren zur zuverlässigen Erzeugung einer schalldämmenden Wirkung ist vorgeschlagen worden, dem Schallschutzkörper eine erzwungene Schwingung von umgekehrter Phase zu erteilen (Japa­ nische Offenlegungsschrift 55-29 304). Dabei ist an einer der Geräuschquelle zugewandten Wand eines Gegenstandes eine Schwin­ gungen mitteilende Vorrichtung angeordnet, durch die der Gegen­ stand zu einer erzwungenen Schwingung von umgekehrter Phase oder einer ihr nahekommenden Schwingung angeregt wird. Mit an­ deren Worten, die in der Phase umgekehrte Schwingung wird dem durch eine Geräuschsquelle in Schwingung versetzten Gegenstand aufgezwungen, um die Schwingung auszugleichen, derart, daß die Schwingung des Gegenstands zum Schutz gegen die Schallfort­ pflanzung unterdrückt wird.
Ist der Gegenstand ein dünnes Blech, so läßt er sich ohne Schwierigkeiten in Schwingung versetzen. Ist der Gegenstand jedoch von ziemlichem Gewicht, so ist eine große Kraft erfor­ derlich, um ihn in eine erzwungene Schwingung zu versetzen;, nach dem Stand der Technik wird also zur Schwingungserregung eine Vorrichtung von großen Abmessungen benötigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden und eine schall­ dämmende Vorrichtung von geringem Gewicht und kleinen Abmes­ sungen zu schaffen, die an beliebiger Stelle befestigbar ist.
Diese Aufgabe löst erfindungsmäß eine schalldämmende Vorrich­ tung mit
  • - einem Schallerzeuger, der auf der einer Geräuschquelle ent­ gegengesetzten Seite eines Gegenstandes angeordnet ist,
  • - einem Schallempfänger zum Erfassen von durch den Gegenstand übertragenem Geräusch,
  • - einem Phasenschieber zur Phasenänderung eines im Schall­ empfänger erfaßten Schallsignals, und
  • - einem Treiber zum Steuern des Schallerzeugers aufgrund eines Signals mit der im Phasenschieber geänderten Phase.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform der schalldämmenden Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen piezoelektrischen Laut­ sprecher und eine Wand für die Vorrichtung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den piezoelektrischen Laut­ sprecher,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steueranlage in der Vor­ richtung,
Fig. 5 eine Darstellung einer Anordnung für Versuche mit der Vorrichtung, und
Fig. 6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der schalldämmenden Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist die schalldämmende Vorrichtung folgendermaßen aufgebaut:
Auf der einer Geräuschquelle A entgegengesetzten Seite eines als Schallschutzkörper dienenden Gegenstandes B ist ein Schall­ erzeuger C angeordnet. Durch den Gegenstand B übertragenes Ge­ räusch wird von einem Schallempfänger D erfaßt, und die Phase des von ihm erfaßten Schallsignals wird von einem Phasenschie­ ber E verändert. Ausgehend von einem Signal von der im Phasen­ schieber E umgekehrten Phase wird der Schallerzeuger C von ei­ nem Treiber F gesteuert.
Das vom Schallempfänger D erfaßte Geräusch wird durch den Phasenschieber E in ein Signal von umgekehrter Phase oder von einer dieser nahekommenden Phase umgewandelt, das an den Trei­ ber F abgegeben wird. Der Treiber F steuert den Schallerzeuger C in einen schallerzeugenden Zustand ausgehend vom vorgenannten Signal. Somit wird das durch den Schallschutzkörper B übertra­ gene Geräusch durch den vom Schallerzeuger C erzeugten Schall gestört und ausgeglichen, derart, daß die schalldämmende Wir­ kung zustande kommt.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das Geräusch durch den Schallschutzkörper B gedämpft, und erst das durch den Schallschutzkörper B übertragene Geräusch wird durch den Schallerzeuger C eliminiert; die Schwingung des Schallschutz­ körpers B selbst wird also nicht direkt unterdrückt. Die Auf­ gabe des Schallerzeugers C selbst besteht nur in der Erzeugung von Schall, somit gelingt es, Abmessungen und Gewicht der Vor­ richtung so klein wie möglich zu halten.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand einer in Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsform beschrieben.
Gemäß Fig. 2 ist ein keramischer piezoelektrischer Lautsprecher 3 an einer als Schallschutzkörper dienenden Wand 2 auf einer beschallten Seite 1 b befestigt, die jedoch einer der Geräusch­ quelle zugewandten Seite 1 a entgegengesetzt ist.
Gemäß Fig. 2 und 3 setzt sich der Lautsprecher 3 zusammen aus einem scheibenähnlichen dünnen Metallblech 4, das mit seinem Außenumfang an einer kreisrunden Unterlage 5 abgestützt ist, einem Paar piezoeleotrischer Keramikstücke 6, die mit beiden Flächen des Blechs 4 mittig verbunden sind,
und zwei Elektroden 7, die je mit der Oberfläche des zuge­ hörigen Keramikstückes 6 verbunden sind.
Mit der Elektrode 7 und dem Blech 4 sind Endstücke von Lei­ tungsdrähten 8, 8 verbunden, wogegen beide Elektroden 7 mit­ einander durch einen Leitungsdraht 9 verbunden sind, der gegen das Blech 4 elektrisch isoliert und durch die Unterlage 5 hindurchgeführt ist.
Der Lautsprecher 3 erzeugt Schall durch die Biegeschwingung des Blechs 4 aufgrund der bei Anlegen eines Wechselstroms an die piezoelektrischen Keramikstücke 6 zustande kommenden piezoelektrischen Wirkung, so daß der Lautsprecher 3 bei einem Außendurchmesser des Blechs 4 von 35 mm mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht ausgeführt werden kann.
Da ein solcher Lautsprecher 3 über die Unterlage 5 an der Seitenfläche der Wand 2 befestigt ist, ist das der Wand 2 zugewandte Keramikstück 6 im Abstand von der Wand 2 angeord­ net.
Die Steuerung für die schalldämmende Vorrichtung wird anhand des in Fig. 4 dargestellten Blockschaltbildes erläutert. Auf der der Geräuschquelle zugewandten Seite 1 a ist ein Mikro­ phon 10 angeordnet. Ein von diesem erfaßtes Schallsignal wird von einem Meßverstärker 11 verstärkt und an eine Verzö­ gerungsschaltung 12 abgegeben, in welcher die Phase des ver­ stärkten Signals derart verzögert wird, daß sich ein Signal mit ungefähr umgekehrter Phase ergibt.
Das umgewandelte Signal wird von einer Verstärkerschaltung 13 so verstärkt, daß es den Lausprecher 3 ansteuert, wodurch ein Schall von ungefähr umgekehrter Phase erzeugt wird.
Das durch die Wand 2 hindurch übertragene Geräusch wird durch den Schall von umgekehrter Phase gestört und ausgegli­ chen, so daß die schalldämmende Wirkung zustande kommt.
Die Erfindung wird weiterhin im Zusammenhang mit einem Ver­ such zur Ermittlung der schalldämmenden Wirkung erläutert. Die Versuchsanordnung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.
Über die obere Öffnung eines Schallschutzkastens 20, bei dem jede Seitenwand und der Boden aus Platten von großem Gewicht und großer Schalldämmwirkung aufgebaut sind, erstreckt sich eine Platte 21 aus Eisen von 1 mm Dicke. Im Schallschutz­ kasten 20 ist ein Lautsprecher 22 angeordnet.
Dem Lautsprecher 22 wird über ein Filter 23 von einem Ge­ räuscherzeuger 24 ein Geräuschsignal zugeführt. Daraufhin erzeugt der Lautsprecher 22 als Geräuschquelle ein Geräusch mit einer Bandbreite von 1/3 Oktave.
Gemäß Fig. 4 ist das Mikrophon 10 zwischen der Eisenplatte 21 und dem Lautsprecher 22 angeordnet, wogegen der piezo­ elektrische Lautsprecher 3 an der Außenfläche der Platte 21 befestigt ist. Das Mikrophon 10 ist mit dem Lautsprecher 3 über den Meßverstärker 11, die Verzögerungsschaltung 12 und die Verstärkerschaltung 13 verbunden.
Zum Erfassen des Geräuschpegels ist außerhalb des Schall­ schutzkastens 20 ein Mikrophon 25 angeordnet. Das von ihm erfaßte Signal wird von einem Meßverstärker 26 verstärkt und mittels eines Pegelschreibers 27 aufgezeichnet.
Die vorstehend beschriebene Versuchsanordnung wurde zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen Tests in einem schalltoten Raum aufgestellt.
Bei diesem Versuch war der Schallerzeugungspegel des Laut­ sprechers 3 etwa gleich mit dem Pegel des ohne den Laut­ sprecher 3 übertragenen Schalls, und die Verzögerungszeit der Verzögerungschaltung 12 wurde zur Untersuchung der schalldämmenden Wirkung entsprechend eingestellt.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 darge­ stellt.
Frequenz (Hz)Dämpfung (dB)
 400 -3  500 -5  630 -7  800-12 1000 -8 1250 -6 1600 -3
Die Dämpfung gemäß Tabelle 1 zeigt eine abnehmende Geräusch­ menge (dB), wenn der Schalldruckpegel bei nicht eingeschal­ tetem Lautsprecher 3 0 dB beträgt. Gemäß Tabelle 1 kommt es im mittleren Frequenzbereich um 800 Hz zu einer beträchtli­ chen Geräuschminderung.
Die Gewichtszunahme infolge der Befestigung des Lautspre­ chers 3 an der Platte 21 ist sehr gering und beträgt nur 0,2%.
Trotzdem ein keramischer piezoelektrischer Lautsprecher von kleinen Abmessungen und geringem Gewicht benutzt wird, wird eine bemerkenswerte Schalldämmwirkung festgestellt. Die Brauchbarkeit ist daher sehr gut.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist der Schallerzeuger zusammengesetzt aus einer Platte 30 aus ge­ schäumtem Urethan hart mit einer Dicke von 15 mm und einer Dichte von 0,03 und einem an ihr befestigten piezoelektri­ schen Körper 31 aus Verbundwerkstoff. Durch Ausnutzen der Resonanz der Platte 30 kann der Schallerzeugungspegel im niedrigen Frequenzbereich höher liegen.
Die Platte 30 kann auch aus geschäumtem Polystyrol o.dgl. hergestellt sein.
Der piezoelektrische Körper 31 aus Verbundwerkstoff dieser Ausführungsform wird erhalten durch Dispergieren von Pulver von einem keramischen piezoelektrischen Stoff in Polyvinyl­ idenfluorid, Formen einer Folie, Niederschlagen von Alumi­ nium als Elektrode auf beide Folienflächen, und Polarisation (Enddicke: 0,5 mm). Als keramischer piezoelektrischer Stoff kann ein piezoelektrischer Stoff mit hohem Molekurlarge­ wicht, z.B. Polyvinylidenfluorid u.dgl. verwendet werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wurde der piezoelektrische Körper 31 mit der Platte 30 über einer Fläche verbunden, deren Größe etwa 1/20 der Platte entsprach.
Sodann wurde die Platte 30 mit dem Körper 31 an der Eisen­ platte 21 der weiter oben beschriebenen Versuchsanordnung befestigt und ein Versuch unter denselben Bedingungen wie zuvor durchgeführt.
Die Meßergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 dar­ gestellt.
Frequenz (Hz)Dämpfung (dB)
 200 -5  315 -5  400 -7  500-10  630 -6  800 -8 1000 -4
Gemäß Tabelle 2 ist die Dämpfung im niedrigen Frequenzbe­ reich groß. Im Vergleich mit der ersten Ausführungsform ist also die Schalldämmwirkung bei niedrigen Frequenzen ausge­ zeichnet.
Bei der zweiten Ausführungsform erhöht sich das Gewicht der Eisenplatte 21 durch die Art der Anordnung des Schallerzeu­ gers um 5%, was gegenüber der ersten Ausführungsform viel ist. Der absolute Wert der Erhöhung ist jedoch sehr klein.
Wenngleich bei den vorstehend beschriebenen Versuchen das Mikrophon 10 auf der der Geräuschquelle zugewandten Seite des Schallschutzkörpers angeordnet war, kann es je nach den Umständen in der Nähe der Geräuschquelle, des Schallschutz­ körpers oder auf der beschallten Seite angeordnet werden.
Bei Verwendung der schalldämmenden Vorrichtung gemäß der Erfindung für den Schallschutzkörper ist der Werkstoff des letzteren nicht wichtig und kann eine Platte aus Eisen oder einem anorganischen Werkstoff, ein Harzkörper, ein poröser Körper, ein schwingungsdämpfender Körper oder ein anderer zusammengesetzter Körper sein. Ferner kann der Schallschutz­ körper platten- oder folienähnlich o.dgl. sein.
Die schalldämmende Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht nur bei Ein- und Mehrfamilienhäusern anwendbar, sondern auch auf eine Trennwand oder Trennorgane zwischen Motor- und Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges o.dgl.
Die Erfindung schafft somit eine schalldämmende Vorrichtung, bei der eine bemerkenswerte schalldämmende Wirkung durch einen Schallerzeuger von kleinen Abmessungen und geringem Gewicht erzeugt wird, und deren Brauchbarkeit daher sehr gut ist. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist an beliebiger Stelle zur Geräuschreduzierung einsetzbar.

Claims (6)

1. Schalldämmende Vorrichtung, mit
  • - einem Schallerzeuger (C), der auf der einer Geräuschquelle (A) entgegengesetzten Seite eines schalldämmenden Gegenstan­ des (B) angeordnet ist,
  • - einem Schallempfänger (D) zum Erfassen von durch den Ge­ genstand (B) übertragenem Geräusch,
  • - einem Phasenschieber (E) zur Phasenänderung eines im Schallempfänger (D) erfaßten Schallsignals, und
  • - einem Treiber (F) zum Steuern des Schallerzeugers (C) aufgrund eines Signals mit der im Phasenschieber (E) geänderten Phase.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger (C) ein keramischer piezoelektrischer Lautsprecher (3) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (3) zusammengesetzt ist aus
  • - einem scheibenähnlichen metallischen dünnen Blech (4), das mit seinem Außenumfangsabschnitt an einer kreisringförmi­ gen Unterlage (5) abgestützt ist,
  • - je einem an jeder Fläche des Blechs (4) mittig befestigten piezoelektrischen Keramikstück (6), und
  • - je einer Elektrode (7), die mit der Oberfläche jedes Kera­ mikstücks (6) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallerzeuger zusammengesetzt ist aus einem an einer Außenfläche einer Platte (30) aus Schaumstoff befestigten piezoelektrischen Körper (31) aus einem Verbundwerkstoff.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (30) aus Schaumstoff aus Urethan hart oder Poly­ styrol geschäumt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (31) durch Dispergieren eines Pulvers von einem keramischen piezoelektrischen Stoff in Polyvinylidenfluorid, Formen einer Folie und Niederschlagen von Aluminium auf bei­ de Folienflächen erhalten worden ist.
DE3821939A 1987-06-30 1988-06-29 Schalldaemmende vorrichtung Withdrawn DE3821939A1 (de)

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