DE4200773A1

DE4200773A1 - SOUND ABSORBING MATERIAL FOR USE UNDER WATER

Info

Publication number: DE4200773A1
Application number: DE19924200773
Authority: DE
Inventors: Ingvar Andersson
Original assignee: Barracuda Technologies AB
Current assignee: Barracuda Technologies AB
Priority date: 1990-03-06
Filing date: 1992-01-15
Publication date: 1993-07-22
Also published as: FR2686725A1; SE9000794D0; SE500795C2; SE9000794L; GB2263281A; GB9200602D0; CA2057733A1

Description

Material für die Schalldämpfung unter Wasser kann in vielen Anwendungsfällen benutzt werden. Beispielsweise kann sol ches Material zur Eliminierung von Störungen in Verfahren der Echolot-Tiefenmessung oder beispielsweise als Schutz gegen Terrorakte, die gegen Pipelines und Ölbohrinseln ge richtet sind, dienen.Material for soundproofing underwater can be found in many Use cases are used. For example, sol material to eliminate interference in processes depth sounder or for example as protection against acts of terrorism against pipelines and oil rigs are intended to serve.

Die Frequenzen, deren Dämpfung in diesem Zusammenhang von Interesse sind, liegen zwischen etwa 50 und 500 kHz, ent sprechend Wellenlängen im Wasser von etwa 3 mm bis 0,3 mm. Schall wird sowohl von Objekten, die leichter sind als Was ser, als auch von Objekten, die schwerer sind als Wasser, in die Ankunftsrichtung zurückreflektiert. Ein Verfahren zur Dämpfung der Reflexionen kann mit einem analogen Ver fahren entworfen werden, nämlich durch Antireflexverarbei tung, wobei die vordere und hintere Oberfläche einer Be schichtung mit sich gegenseitig auslöschenden Phasenwinkeln reflektiert. Die Reflexionsfähigkeit mit dieser Art der Dämpfung ist jedoch außerordentlich stark frequenzabhängig.The frequencies whose attenuation in this context is from Are interested, are between about 50 and 500 kHz, ent speaking wavelengths in water from about 3 mm to 0.3 mm. Sound is both from objects that are lighter than what as well as objects heavier than water, reflected back in the direction of arrival. A procedure to dampen the reflections can with an analog Ver be designed, namely by anti-reflective processing tion, the front and rear surfaces of a loading stratification with mutually canceling phase angles reflected. The reflectivity with this type of Attenuation, however, is extremely frequency-dependent.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schallabsorbierendes Material zu schaffen, was in erster Linie eine gute Wirkung innerhalb des Frequenzbereichs von 75 bis 300 kHz, vorzugsweise hinauf bis zu 500 kHz auf weist. Diese Aufgabe wird mit einem Material gemäß der Er findung und mit den charakterisierenden Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.It is therefore an object of the present invention to provide a sound-absorbing material which primarily has a good effect within the frequency range from 75 to 300 kHz, preferably up to 500 kHz. This object is achieved with a material according to the invention and with the characterizing features of claim 1 .

Um eine gute Schalldämpfungswirkung zu erzielen, insbeson dere bei niedrigeren Frequenzen, vorzugsweise bei Frequen zen bis hinab zu 50 kHz, ist es auch bevorzugt, eine profi lierte Oberflächenstruktur vorzusehen, beispielsweise nach der Art eines "Eierkartons" in Übereinstimmung mit Anspruch 8. Solche Oberflächenstrukturen sind ebenfalls bei hohen Frequenzen vorteilhaft.In particular, to achieve a good sound damping effect at lower frequencies, preferably at frequencies Zen down to 50 kHz, it is also preferred to be a professional provided surface structure, for example after the type of an "egg carton" in accordance with claim 8. Such surface structures are also at high Frequencies advantageous.

Überraschend gute Wirkungen konnten bei Experimenten er zielt werden, in denen sogenannter Netzschaum verwendet wurde. Dies ist ein Material, welches als Verpackungsmate rial, Filtermaterial und ebenso als Material zur Verwendung in der Herstellung von Lautsprechern bekannt ist. Dieses im Handel erhältliche, bekannte Material wird normalerweise dadurch hergestellt, daß man das Gas, das in den Zellen des Schaummaterials vorhanden ist, detonieren läßt, oder indem man die Trennwände zwischen benachbarten Zellen entfernt.He was able to achieve surprisingly good results in experiments targets in which so-called mesh foam is used has been. This is a material that is used as packaging material rial, filter material and also as material for use is known in the manufacture of speakers. This in Commercially available, well known material is usually by making the gas in the cells of the Foam material is present, detonates, or by the dividing walls between neighboring cells are removed.

Experimente haben gezeigt, daß ein guter Absorptionseffekt bei wassergefüllten Strukturen nicht erzielt werden kann, wenn das Material zu nachgiebig ist. Deshalb sorgen natür liche Schwämme nur für einen schlechten Absorptionseffekt. Teppiche oder Matten, die eine lange Schichtung in Schall richtung aufweisen, erzeugen ebenfalls ein relativ schlech tes Ergebnis, genauso wie unterschiedliche skelettartige Strukturen, die Eintrittsöffnungen aufweisen oder auf ande re Art durchlässig sind. Der Dämpfungsmechanismus kann als Kombination von innerer Reibung im Wasser, welches in der Schwingung gezwungen wird, unterschiedliche Wege zu nehmen, wobei die unterschiedlichen Wege, die genommen werden, das Phasenmuster stören, und der inneren Reibung des Dämpfungs materials selbst gesehen werden. Der letztere Effekt ist der wichtigste. Deshalb muß das Material nicht nur eine Struktur aus gegenseitig verbundenen Hohlräumen aufweisen, sondern auch eine geeignete Fähigkeit zur Absorption von Sonarenergie aufweisen. Um dies zu erreichen, ist es not wendig, daß sich das Kunststoffmaterial nahe an seiner Glasumwandlungstemperatur befindet. Es ist daher für die beste Wirkung notwendig, unterschiedliche Materialien aus zuwählen, wenn sie im Winter in nördlichen Gewässern (bei Temperaturen nahe 0°C) und wenn sie in tropischen Gewäs sern verwendet werden sollen. Da die Glasumwandlungstempe ratur ebenfalls für unterschiedliche Frequenzen unter schiedlich ist, muß das gewählte Material eine Glasumwand lungstemperatur für Frequenzen von 50 bis 500 kHz aufwei sen, die nahe der vorgesehenen Benutzungstemperatur liegt.Experiments have shown that a good absorption effect cannot be achieved with water-filled structures, if the material is too compliant. That's why naturally sponges only for a poor absorption effect. Carpets or mats that have a long layering in sound have direction, also produce a relatively bad result, as well as different skeletal ones Structures that have entry openings or other re kind of permeable. The damping mechanism can be used as Combination of internal friction in the water, which in the Vibration is forced to take different paths the different paths that are taken, the Disrupt phase patterns, and the internal friction of the damping materials can be seen. The latter effect is the most important. Therefore, the material does not have to be just one Have a structure of interconnected cavities, but also an appropriate ability to absorb Have sonar energy. To achieve this, it is necessary maneuverable that the plastic material close to his Glass transition temperature is located. It is therefore for the best effect necessary, different materials select if they are in winter in northern waters (at Temperatures close to 0 ° C) and when in tropical waters should be used. Because the glass conversion temp also for different frequencies is different, the selected material must be a glass wall temperature for frequencies from 50 to 500 kHz sen, which is close to the intended use temperature.

Weiterhin ist die Oberfläche des Materials vorzugsweise strukturiert, so daß eine verringerte Reflexion in erster Linie bei wesentlich niedrigeren Frequenzen erzielt wird. Ein bevorzugtes Verfahren, um dies zu erreichen, umfaßt das Durchlaufenlassen einer Platte des zusammenpreßbaren Mate rials durch den Walzenspalt von Walzen, die mit Mustern von stumpfen Nasen versehen sind, die in dem Walzenspalt eine freie Mittenebene lassen, in der ein Messer angebracht ist. Dadurch wird, wenn die geschnittene Platte den Walzenspalt verläßt und zu ihrer ursprünglichen Form zurückkehrt, die Platte entlang von zwei komplementären Oberflächen mit einer "Eierkarton"-Form geteilt. Der Abstand zwischen den Spitzen und dem Boden einer jeden Oberfläche ist vorzugsweise zwischen 10 und 30 mm. Auf Wunsch können die verbleibenden flachen Oberflächen der Platten, die auf die se Weise geschnitten worden sind, auf flachen Platten aus entsprechendem Material befestigt werden.Furthermore, the surface of the material is preferred structured so that a reduced reflection in the first Line is achieved at much lower frequencies. A preferred method to accomplish this includes Passing through a sheet of the compressible mate rials through the nip of rolls, with patterns of are provided with blunt noses in the nip Leave a free center plane in which a knife is attached. This will when the cut plate hits the nip leaves and returns to its original form, the Plate along two complementary surfaces with divided into an "egg carton" shape. The distance between the Peaks and the bottom of each surface is preferably between 10 and 30 mm. On request, the remaining flat surfaces of the plates that are on the cut out on flat plates appropriate material to be attached.

Wenn das Material für lange Zeit unter Wasser verwendet werden soll, wird das Material vorzugsweise mit einer Antifouling-Substanz von der Art überzogen, wie sie in Schiffslacken verwendet wird. Beispiele für solche Substan zen sind organische Zinnverbindungen oder Kupferpulver.When the material is used under water for a long time should be, the material is preferably with a Antifouling substance of the type coated in Marine paints is used. Examples of such substances Zen are organic tin compounds or copper powder.

Kunststoffnetzschaummaterialien können aus unterschied lichen Kunststoffen hergestellt werden. Die derzeit üblich sten Kunststoffe sind jedoch Polyurethankunststoffe, bei spielsweise Kunststoffe auf Polyester- oder Polyätherbasis, die in einem Zustand mit einer Hydroxylendung mit Isocyanat reagieren. Da Kunststoffe auf Polyätherbasis wesentlich wasserresistenter sind, wird dieser Kunststoff entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgezogen, obwohl Versuche ge zeigt haben, daß Kunststoffe auf Polyesterbasis im Hinblick auf die Schallabsorption gleichwertig mit den Kunststoffen auf Polyätherbasis sind.Plastic mesh foam materials can differ from one another Lichen plastics are manufactured. The currently common Most plastics, however, are polyurethane plastics for example plastics based on polyester or polyether, which is in a state with a hydroxyl end with isocyanate react. Because polyether-based plastics are essential are more water-resistant, this plastic becomes corresponding preferred to the present invention, although attempts ge shows that polyester-based plastics with regard on sound absorption equivalent to the plastics are based on polyether.

Das erfindungsgemäße Material kann in geeigneter Weise ge bogen und geschnitten werden, um damit Objekte mit ver schiedenen Formen, beispielsweise zylindrischen, konischen und sphärischen Formen abzudecken und es kann mechanisch oder durch Kleben an den Oberflächen der betroffenen Objek te befestigt werden. Die Erfindung kann damit vorzugsweise an Objekten mit Metalloberflächen und an Objekten, die bei spielsweise aus Schaumkunststoff hergestellt sind, oder allgemeiner ausgedrückt an Materialien mit einer höheren oder niedrigeren Dichte als Wasser angebracht werden.The material according to the invention can be suitably ge bent and cut to make objects with ver different shapes, for example cylindrical, conical and cover spherical shapes and it can be mechanical or by sticking to the surfaces of the affected object te be attached. The invention can therefore preferably on objects with metal surfaces and on objects that are made of foam plastic, for example, or more generally expressed on materials with a higher or lower density than water.

Es kann auch nützlich sein, das Material mit einem Benet zungsmittel oder ähnlichem zu sättigen, so daß seine Poren strukturen bereitwillig mit Wasser gefüllt werden.It can also be useful to material with a benet saturating agent or the like, so that its pores structures willingly filled with water.

Es wurde eine große Anzahl von Experimenten mit verschiede nen Materialien vorgenommen, die wie folgt zusammengefaßt werden können:A large number of experiments with various NEN materials, summarized as follows can be:

Offene wassergefüllte Bläschenstrukturen mit zwei bis zwan zig Bläschen pro Zentimeter wurden als am besten funktio nierend erkannt, während sogenannter Netzschaum als über haupt am besten erkannt wurde. Sonarversuche haben gezeigt, daß das Material nicht durchlässig sein sollte, obwohl es leicht durchlässig sein darf. Beim Dämpfen von Frequenzen im Bereich unterhalb 100 kHz ist es entscheidend, daß die äußere Oberfläche des Materials strukturiert ist, während die interne Struktur von größerer Bedeutung ist, wenn höhe re Frequenzen gedämpft werden sollen. Open water-filled bubble structures with two to two tens of bubbles per centimeter were found to work best Detected, while so-called mesh foam as over was best recognized at all. Sonar experiments have shown that the material should not be permeable, although it can be easily permeable. When attenuating frequencies in the range below 100 kHz it is crucial that the outer surface of the material is textured while the internal structure is more important when height re frequencies should be attenuated.

Die Materialien, die getestet wurden und als sehr geeignet erkannt wurden, und die auch hinreichend leicht erhältlich sind, sind Materialien, die normalerweise in Filtern verwen det werden, und Materialien, die in der Herstellung von Lautsprecherkonstruktionen und ähnlichem verwendet werden. Andere verfügbare Materialien sind Faserplatten, in denen die Fasern in einem räumlichen System gegenseitig verbunden sind oder geeignet angeordnete Stapel von Streckmetall mit Schlitzen, die zusammen die Bläschenstruktur bilden.The materials that have been tested and found to be very suitable were recognized, and which are also sufficiently easily available are materials that are normally used in filters and materials used in the manufacture of Speaker constructions and the like can be used. Other available materials are fiberboard in which the fibers are mutually connected in a spatial system are or suitably arranged stacks of expanded metal with Slits that together form the bubble structure.

Die Erfindung soll nun mit bezug auf ein Ausführungsbei spiel und im bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigen:The invention will now relate to an embodiment game and with reference to the accompanying drawings to be discribed. Show it:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Absorbers mit einer Oberflächenstruktur des "Eierkarton-Typs", Fig. 1 is a sectional view of an absorber having a surface structure of the "egg-box" type

Fig. 2 bis 5 stellen Absorptionskurven dar, wie sie mit verschiedenen Materialien erhalten wurden. Figures 2 to 5 illustrate absorption curves as obtained with different materials.

Die Materialplatte, die in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt Netzschaumkunststoff, der, wie in der Einleitung beschrie ben, geschnitten worden ist. In den folgenden Beispielen wurde die Dämpfung der Schallreflexion bei verschiedenen Frequenzen für verschiedene Platten gemessen, die auf Plat ten aus Hartschaumkunststoff mit geschlossenen Zellen mon tiert worden sind (Dicke 20 mm, Dichte 200 kg/m³). Der Ver suchsaufbau wurde in Wasser getaucht und das Absorptionsma terial wurde gut gesättigt. Die Frequenz wird in logarithmischem Maßstab entlang der X-Achsen der Zeichnun gen dargestellt, während der Dämpfungsmaßstab entlang der Y-Achsen der Figuren näherungsweise auf Db normalisiert dargestellt ist.The sheet of material shown in Fig. 1 comprises mesh foam plastic which has been cut as described in the introduction. In the following examples, the attenuation of the sound reflection at different frequencies was measured for different plates which were mounted on plates made of rigid foam plastic with closed cells (thickness 20 mm, density 200 kg / m ³ ). The experimental set-up was immersed in water and the absorption material was well saturated. The frequency is represented on a logarithmic scale along the X-axes of the drawings, while the attenuation scale along the Y-axes of the figures is approximately normalized to Db.

Example 1 ( Fig. 2)

Eine flache Platte ohne Muster mit einer Dicke von 20 mm und aus einem Material mit 15 bis 25 Bläschen pro Zoll aus Netzschaumkunststoff. Es wurde ein sehr guter Dämpfungsef fekt bei Frequenzen oberhalb 80 kHz erhalten, wobei jedoch die Dämpfung bei geringeren Frequenzen schlechter war.A flat plate without a pattern with a thickness of 20 mm and from a material with 15 to 25 bubbles per inch Mesh foam plastic. It became a very good damping effect perfectly obtained at frequencies above 80 kHz, however the attenuation was lower at lower frequencies.

Example 2 ( Fig. 3)

Eine Platte aus demselben Material wie in Beispiel 1, je doch mit einer "Eierkarton-Struktur", so daß die Platte eine geringste Dicke von 15 mm und eine größte Dicke von 25 mm aufwies. Die Wiederholung des Musters auf der Oberflä chenstruktur war 60/90 mm der hergestellten Längen- und Breitenabmessungen (die getestete Platte war rechteckig). Aus der Kurve erkennt man, daß die Dämpfung in dem niedrig sten Frequenzbereich nun erheblich verbessert ist im Ver gleich mit der Dämpfung, wie sie in Beispiel 1 erzielt wer den konnte.A plate of the same material as in Example 1, each but with an "egg carton structure" so that the plate a minimum thickness of 15 mm and a maximum thickness of 25 mm had. The repetition of the pattern on the surface Chen structure was 60/90 mm of the length and Width dimensions (the plate tested was rectangular). From the curve you can see that the damping in the low most frequency range is now significantly improved in Ver same with the damping as achieved in Example 1 could.

Example 3 ( Fig. 4)

Eine flache Platte von Netzschaumkunststoff mit einem Durchschnitt von 60 Bläschen pro Zoll (Bläschengröße etwa 0,4 mm). Aus der Kurve erkennt man, daß die Dämpfung nicht befriedigend war.A flat sheet of mesh foam plastic with a Average of 60 bubbles per inch (bubble size approx 0.4 mm). From the curve you can see that the damping is not was satisfactory.

Example 4 ( Fig. 5)

Eine Platte aus Netzschaumkunststoff mit Eierkarton-Struk tur mit einer Bläschengröße von 7 bis 15 Bläschen pro Zoll (1,7 bis 3,6 mm Bläschengröße). Die Struktur oder das Mu ster hatte eine Musterwiederholung von 60/90 mm.A sheet of mesh foam plastic with egg carton structure with a bubble size of 7 to 15 bubbles per inch (1.7 to 3.6 mm bubble size). The structure or the Mu ster had a repeat of 60/90 mm.

Wie in der Kurve erkennbar, wurde eine gute Absorption über die gesamte Frequenzbreite erzielt.As can be seen in the curve, good absorption was about achieved the entire frequency range.

Die bevorzugten Netzschaumstoffe sind Polyurethanschaum. Eine Zusammenfassung der verschiedenen Versuchsergebnisse zeigt, daß offene undurchlässige Bläschenstrukturen bei Frequenzen oberhalb 100 kHz gut funktionieren, wenn die mittlere Größe der Bläschen größer als 0,5 mm, vorzugsweise größer als 1 mm, und kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2,5 mm ist. Das Material sollte außerdem eine Oberflä chenstruktur oder ein Muster mit einer Musterwiederholung oder ähnlichem von weniger als 100 mm aufweisen, insbeson dere zur Dämpfung der niedrigeren Frequenzen.The preferred mesh foams are polyurethane foam. A summary of the different test results shows that open impervious vesicle structures in Frequencies above 100 kHz work well when the average size of the vesicles larger than 0.5 mm, preferably larger than 1 mm, and smaller than 5 mm, preferably smaller than 2.5 mm. The material should also have a surface or a pattern with a pattern repetition or the like of less than 100 mm, in particular to attenuate the lower frequencies.

Die bevorzugten Netzschaumstoffe, die derzeit im Handel erhältlich sind, weisen ein Schüttgewicht im Trockenzustand von 26 bis 32 kg/m³ im Fall der Beispiele 1 und 2 und ein Schüttgewicht von 20 bis 24 kg/m³ im Fall der Beispiele 3 und 4 auf. Die Zusammenpreßbarkeit (Zusammenpreßbarkeit mit 40%) in dem ersten Fall ist 2,6 bis 3,6 und in dem letzte ren Fall 3,0 bis 5,0 kPa.The preferred mesh foams that are currently commercially available have a bulk density in the dry state of 26 to 32 kg / m ³ in the case of Examples 1 and 2 and a bulk density of 20 to 24 kg / m ³ in the case of Examples 3 and 4 . The compressibility (compressibility at 40%) in the first case is 2.6 to 3.6 and in the latter case 3.0 to 5.0 kPa.

Unter den anderen Materialien, die getestet wurden, kann nicht verwobenes PVC entsprechender Dicke genannt werden, welches flach gute Ergebnisse zeigt (<6 Db über 100 kHz für eine Dicke von 15 mm), künstlicher Rasen ("Astro Turf") mit brauchbaren Resultaten oberhalb von 150 kHz und 20 mm Filz (genäht und gewalkt), welcher schlechte Absorption ergab.Among the other materials that have been tested non-woven PVC of appropriate thickness are mentioned, which shows good flat results (<6 Db over 100 kHz for a thickness of 15 mm), artificial lawn ("Astro Turf") with usable results above 150 kHz and 20 mm felt (sewn and tumbled), which resulted in poor absorption.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und Zeich nungen hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich selbst als auch in be liebiger Kombination erfindungswesentlich sein.All of the description, claims and drawings features and advantages of the invention, including constructive details and spatial Arrangements can be both for yourself and in any combination be essential to the invention.

Claims

1. Soundproofing material for use under water, characterized by a layer of an open structure of solid material, which has open bubble structures with 2 to 20 bubbles per centimeter, which are intended to be filled with water in use, this layer having a thickness of has at least 1 cm and consists of a plastic material with a glass transition temperature for frequencies from 50 to 500 kHz, which is close to the application temperature.

2. Soundproofing material according to claim 1, characterized records that the layer is a foam with open Cells includes.

3. Soundproofing material according to claim 2, characterized records that the foam plastic is a plastic from the network is foam type.

4. Sound absorption material according to claim 3, characterized records that the material for the foam plastic Material is of the polyurethane type.

5. Soundproofing material according to claim 4, characterized records that the polyurethane material is a material from Polyether type is.

6. Soundproofing material according to claim 4, characterized records that the polyurethane material is a material from Is polyester type.

7. Soundproofing material according to claim 1, characterized records that the layer is substantially impermeable is.

8. Soundproofing material according to claim 1, characterized records that the material has a wave structure on a of its sides.

9. Soundproofing material according to claim 8, characterized indicates that the structure has a thickness between 10 and 40 mm, calculated between the crests and troughs of the waves having.

10. Soundproofing material according to claim 8, characterized ge indicates that it is made of a flat material and a Material with surface structure, which on the flat material is attached.

11. Soundproofing material according to claim 1, characterized ge indicates that it is dry and not with water filled state has a modulus of elasticity, so that compressing the material to 40% in dry conditions stood a pressure of 2 to 6 kPa required.