DE4315759C1 - Schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil - Google Patents
Schallabsorbierendes Glas- oder transparentes KunstglasbauteilInfo
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Description
Herkömmliche Schallabsorber benutzen poröses oder faseriges Material, um Luftschall-
Schwingungen durch Reibung an ihrer feinstrukturierten, möglichst offenen
Oberflächenstruktur in Wärme umzuwandeln (passive Absorber).
So läßt die im Gebrauchsmuster G 91 16 233.6 beschriebene, grob (mit einem Lochflächenanteil von 5 bis
30%) gelochte, dem Schallfeld zugewandte Glasscheibe als transparente Abdeckung
mit einer Vielzahl von Durchbrechungen, die jeweils eine Flächenabmessung von 20
mm2 bis 20 cm2 aufweisen, den Schall möglichst ungehindert zu den im
Luftzwischenraum zwischen den Glasscheiben angeordneten Schallschluckelementen
hindurch. Entsprechend kann nur die durch die Löcher in den Luftzwischenraum
gelangte Schallenergie dort durch die Schallschluckelemente absorbiert werden.
Alternativ wird den auftreffenden Schallwellen in sogenannten reaktiven Absorbern
durch Mitschwingen von Folien, Platten oder Membranen Energie in einem relativ
breiten Frequenzband entzogen, wenn das Mitschwingen durch poröse, faserige oder
viskose Dämpfungs-Schichten bedämpft wird. Es sind auch reaktive Schallabsorber
bekannt [1], die ganz ohne den Einsatz zusätzlicher Dämpfungs-Materialien
auskommen. Sie sind dann aber
- - entweder mehrschichtig aus Folien, Platten oder Membranen aufgebaut [2],
- - oder/und mit relativ großen, scharfkantigen Löchern versehen [3]
- - oder/und mit einer stark strukturierten (z. B. reliefartigen) Oberfläche ausgestattet [4],
so daß eine Vielzahl von Platten- und Luftschwingungen angeregt werden kann.
In jüngster Zeit häufen sich bei Beratungs- und Entwicklungsprojekten Forderungen
nach Schallabsorbern aus mechanisch und chemisch hochresistenten keramischen Ma
terialien. Sowohl im Bereich der technischen wie der Raum- und Bauakustik wird dabei
auch eine Ausführung verlangt, die ganz auf den Ansatz poröser oder gar faseriger
Dämpfungsmaterialien verzichten kann.
In Büro- und öffentlichen Gebäuden hat der Flächenanteil von Glasbauteilen in der
Außenhaut der Gebäude ebenso wie im Innenbereich stark zugenommen. Da Glas, ins
besondere in größerer Materialstärke, Schallwellen in einem breiten Frequenzbereich
praktisch vollständig reflektiert, ist dadurch nicht selten ein raumakustisches Problem
hinsichtlich Nachhallzeit und schädlicher Rückwürfe entstanden. Besonders kritisch ver
halten sich in dieser Hinsicht Räume mit konkav gekrümmten Flächen, die zu Schall
konzentrationen führen können.
Allen o.g. Absorbern gemeinsam ist, daß sie bei geeigneter Wahl der schwingenden bzw.
der bedämpfenden Materialien bis zu einem gewissen Grade lichtdurchlässig
(transluzent) gemacht werden können [4]. Bisher war es aber nicht möglich, völlig durch
sichtige (transparente) Glas- oder Kunststoffbauteile mit völlig glatter, harter, nicht
schwingungsfähiger geschlossener Oberfläche für die Schallabsorption heranzuziehen.
Vielmehr gelten raumbegrenzende Glasflächen i.A. als akustisch völlig hart (total
reflektierend). Der anhaltende Trend zu immer mehr und größeren Glaswänden und
-decken, die außerdem häufig konkav geformt zu besonders schädlichen Schall-Kon
zentrationen zum Krümmungs-Mittelpunkt hin führen können, läßt diesen gravierenden
Nachteil der Glasbauteile immer deutlicher hervortreten. Bisher wird der Architekt in
solchen Objekten, die neben baulichen, optischen und lichttechnischen auch bestimmten
raumakustischen Anforderungen genügen müssen, gezwungen, in sein Konzept massiv
einschneidende Kompromisse einzugehen: Er muß die Glasbauteile, zumindest teilweise,
- - entweder durch absorbierende nicht-transparente Bauteile ersetzen,
- - durch vorgesetzte nicht-transparente zusätzliche Schallabsorber unschädlich machen,
- - oder durch vorgesetzte (auch transparente) zusätzliche Reflektoren eine Umlenkung oder Streuung der zurückgeworfenen Schallwellen so bewerkstelligen, daß sie die "Akustik" des Raumes nicht mehr stören können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Glasbauteil der eingangs genannten Art zu
schaffen, das schallabsorbierend ist und
durchsichtig bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst, vor
teilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der neue Absorber besteht selbst ausschließlich aus einem oder mehreren völlig licht
transparenten Platten, die an sich durch Luftschallwellen kaum anregbar sind. Er wird
durch eine Vielzahl sehr kleiner durchgängiger Löcher in seiner dem Raum zugewandten
Oberfläche in Verbindung mit einem dahinter angeordneten Hohlraum (etwa nach Art der
in [5] beschriebenen mikro-perforierten Platten vor einer schallharten Begrenzung) zur
Absorption von auftreffenden Schallwellen in einem breiten Frequenzband im Hörbereich
befähigt. Die Löcher können mittels Bohrer, Laser, Plasmaschweißanlage gefertigt sein.
Um diesen teilweise neuen Problemen begegnen zu können, sind planparallel, möglichst
unmittelbar vor den reflektierenden Glasbauteilen nachträglich montierbare Schallab
sorber vorgesehen, die den architektonischen Entwurf nicht beeinträchtigen. Für Räume
mit vorwiegenden Sprachdarbietungen weisen diese ebenen, transparenten Absorber,
insbesondere bei senkrecht auftreffenden Schallwellen im Frequenzbereich zwischen f =
125 und 1250 Hz einen Absorptionsgrad von größer 0,5 bei 500 Hz nahe 1, auf.
Als in vieler Hinsicht ideale Baustoffe für derartige Schallabsorber haben sich einige
hochresistente Kunststoffe sowie Glas, aber im Innenraumbereich auch Acrylglas
(glasklar oder eingefärbt) herausgestellt. Wenn man Platten aus diesem Material in einer
Stärke zwischen etwa t = 2 und 12 mm mit einem Abstand zwischen D = 25 und 100 mm
vor dem Glasbauteil anbringt, lassen sich, wie umfangreiche Untersuchungen gezeigt
haben, ganz erstaunlich breitbandige Schallabsorber entwickeln. Sie benötigen keinerlei
poröse oder faserige Materialien, sondern nur relativ kleine Löcher mit Durchmessern d =
0,4-0,8 mm. In mehrschichtigen Aufbauten lassen sich gemäß Patentanmeldung DE P
43 12 886 so Resonanzabsorber aufbauen, die den gesamten interessierenden Fre
quenzbereich auf einer und derselben Absorberfläche zu mehr als 80% absorbieren.
Das Prinzip der mikro-perforierten transparenten Schallabsorber läßt sich vorteilhaft in 3
bautechnischen Varianten realisieren.
Wenn die Absorber gemäß Bild 1 vor den eigentlichen Glas-Bauteilen, z. B. in deren
vorgegebenen Rahmenkonstruktionen, nachträglich eingefügt werden, lassen sich deren
bauphysikalische, lichttechnische und optische Funktionen praktisch vollständig erhalten.
Z.B. können die Löcher (z. B. mit Durchmessern d zwischen 0,2 und 2 mm und
Abständen b der Löcher voneinander zwischen 2 und 10 mm) in den Vorsatzschalen so
klein und regelmäßig angebracht werden, daß darunter die Transparenz nur ganz
unerheblich leidet.
Die Vorsatzschale wird in einem Abstand von D = 20-500 mm vor das vorhandene
Bauelement (Fenster, Wand, Tür) fixiert. Der Raum zwischen Vorsatzschale und
Glasbauteil kann geschlossen sein wie in Bild 1 angedeutet. Die Vorsatzschale kann aber
auch ohne seitlichen Abschluß vorgehängt sein. Die Absorption funktioniert solange der
Abstand klein ist gegenüber den Querabmessungen der Vorsatzschale.
Die Vorsatzschale kann, wie in Bild 1 gezeigt, eben, schräg oder geschichtet angeordnet
sein und gewölbt, konvex oder strukturiert, z. B. gewellt, zick-zack-genoppt,
pyramidenförmig etc., ausgebildet sein. Die Vorsatzschale kann gemäß Bild 1.3 gekantet
sein oder eine Ecke überspannend angeordnet sein.
Wenn statt dessen die Absorber als eigenständige Bauteile z. B. in Wänden, Decken und
Unterdecken integriert oder auch vor vorhandenen Bauteilen aufgestellt, abgehängt oder
vorgesetzt werden, dann ermöglichen sie nicht nur eine auf den jeweiligen Bedarf
einstellbare Absorption, sondern darüber hinaus zusätzlich auch eine Streuung in gezielte
Reflexe von Schallwellen in Raumbereiche, wo sie unschädlich sind oder dort absorbiert
werden. In dieser Variante gemäß Bild 2 kann der Absorber auch bautechnische
Funktionen übernehmen: als eine Art Glas-Baustein mit gleichzeitig hoher
Schalldämmung, z. B. in Unterdecken-Systemen etwa nach [6] und Stellwänden, aber
auch als schalldämpfendes und -dämmendes Bauteil für Kapselungen, Kabinen und
Kanäle.
Ausführungen gemäß Bild 2 und 3, in denen der Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Bauteil gezeigt ist, sind besonders vorteilhaft, da sie bewegbar im Raum angeordnet
werden können und so die Akustik "variierbar" ist, z. B. können je nach Personenzahl in
einem Raum weniger oder mehr absorbierende Glasbauteile aufgestellt werden und so
die Geräusche, Umgebungslärm oder der Gesprächshintergrund gedämpft werden.
Schließlich können vollständig transparente Bauteile gemäß Bild 3 als "Kompakt-
Absorber", "Zentral-Körper" oder "Baffles", losgelöst von anderen Bauteilen und
Funktionen, als Schall absorbierende und streuende Elemente auch raumgestaltend, z. B.
in Verbindung mit Beleuchtungskörpern, sehr vielseitigen Einsatz finden.
Die in Bild 3 gezeigten Ausführungen können z. B. an der Decke im Raum aufgehängt
werden. Die schraffiert angeordneten Teile sind massiv und können selbst auch
transparent sein, sie sollen die Kulisse (Zylinder, Quader, Profil) tragen bzw. stützen. Sie
wirken als Reflektor, also streuend für den Schall, bzw. infolge der Reflexion bewirken sie
auch eine verbesserte Absorption. Je nach Wanddicke können diese Teile natürlich auch
entfallen.
Die Dicke der erfindungsgemäßen Glas-Bauteile kann je nach Anwendungszweck
zwischen 2 und 20 mm betragen, vorteilhafterweise (wegen des Gewichts) zwischen 4
und 8 mm.
Der Lochquerschnitt kann rund, oval, unregelmäßig oder vieleckig ausgebildet sein, die
Lochbohrung parallel, konisch nach innen oder außen oder schräg durch die Platte sein.
Die Platte kann zusätzlich nach außen oder innen reflektierend für sichtbares oder infra
rotes Licht oder speziell für wärmetechnische Zwecke ausgebildet sein.
In Bild 4 sind 3 nur einschalig aufgebaute Absorber als einfache Vorsatzschalen vor
den verschiedenen Glas-Bauteilen, wie Glasaußenfassade, Glaszwischenwand,
Glasdecke, Fenster oder Tür dargestellt. Bild 5 zeigt für senkrechten Schalleinfall die
Absorptionsgrade alpha für eine Ausführung in Glas und Bild 6 die Ergebnisse für eine
Ausführung in Acrylglas, bei einer Schichtdicke von t = 5 mm. Wenn der
Schwerpunkt des Problems in einem anderen Frequenzbereich liegt, lassen sich
durch Variation der geometrischen Parameter b, d, t und D auch andere optimale
Auslegungen ermitteln.
[1] Fuchs, H.V.: Zur Absorption tiefer Frequenzen in Tonstudios.
Rundfunktechnische Mitteilungen rtm 36 (1992), H. 1, S. 1-11.
[2] Fuchs, H.V.; Hunecke, J.; Zha, X.: Schallabsorbierendes Bauteil.
DE-Anmeldung 43 12886.
[3] Ackermann, U.; Fuchs, H.V.; Rambausek, N.: Schalldämpfer-Box.
DE 35 04 208.
[4] Kiesewetter, N.; Lakatos, B.: Schallabsorbierendes Bauelement.
E27 58 041.
[5] Maa, D.-Y.: Theory and design of microperforated panel sound absorbing
constructions. Scientia Sinica 18 (1975), H. 1, S. 55-71 (in chinesischer
Sprache).
[6] Fuchs, H.V.; Eckoldt, D.: Unterdecke.
DE-Anmeldung 4312885.
Claims (6)
1. Schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil, das durchgehende
Löcher aufweist und dem in einem Abstand eine Rückwand zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil als Platte mit kleinen Löchern mit einem Durchmesser von 0,2-
2 mm, einem Lochabstand von 2-20 mm und einer Plattendicke von 2-30 mm
ausgebildet ist.
2. Glasbauteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil im Abstand vor einer Wand, Decke, Fenster oder Türe(n)
angebracht ist.
3. Glasbauteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Platte eben, geknickt, gewölbt, gewellt, strukturiert, konkav, konvex oder
zylinder-, prismen-, ellipsoid- oder kugelförmig, und/oder als Kasten oder Kassette
ausgebildet ist.
4. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Löcher einen Durchmesser von 0,2-0,8, vorzugsweise von 0,4-0,8 mm
aufweisen.
5. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lochbohrung parallel, konisch, vieleckig oder schräg durch die Platte geführt
ist.
6. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Platten mit einer IR - oder sichtbares Licht reflektierenden
Schicht versehen ist.
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