DE880798C

DE880798C - Schalldaemmende Trennwand

Info

Publication number: DE880798C
Application number: DEC737D
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr-Ing Cremer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-12-19
Filing date: 1941-12-19
Publication date: 1953-06-25
Also published as: CH235527A; FR889245A

Description

Schalldämmende Trennwand Feste porenfreie Trennwände stellen bekanntlich eine gute Abschirmung gegen Schall dar. Dabei spielt nach den bisherigen experimentellen Erfahrungen die Masse m der Wand je Flächeneinbeit eine Hauptrolle. Alle bisherigen theoretischen Berechnungen laufen daher darauf hinaus, die Wand einfach als eine träge Masse zu behandeln. Die Druckdifferenz A P zwischen Vorder- und Rückseite bewirkt hiernach eine Beschleunigung, die bei reinen Tönen ausgedrückt werden kann durch wv (a) ist die Kreisfrequenz lind v die Schnelle der Wand), wobei gilt IAPI = «).In. Ivi. (I) Für senkrechten Schalleinfall werden hiermit die Verhältnisse auch richtig erfaßt. Eine Wirkung der Biegesteifigkeit entsteht nur durch die Einspannung am Rand und äußert sich durch eine Dämmungsverminderung infolge von Resonanzen. Auch diese Wirkung ist bekannt.
Nach ausführlichen Untersuchungen des Erfinders können aber bei schrägem Einfall weitere erhebliche Abweichungen eintreten. Die Anregung erfolgt hierbei in Abständen von mit abwechselnd entgegengesetzter Phase, wobei A die Schallwellenlänge in Luft bzw. im umgebenden Medium, z. B. Wasser q7 den Einfallswinkel bedeutet (vgl. hierzu Fig. i). Dadurch gewinnt die Biegesteifigkeit auf der ganzen Platte Bedeutung, während sie bei senkrechtem Einfall nur am Rand von Einfluß ist. Massenwirkung und Steifigkeitswirkung sind aber auehhier, wie bei jedem einfachen Schwinger, in Gegenphase, so daß sie sich gegenseitig aufheben können, und zwar tritt das dann ein, wenn die räumliche Periodizität der Anregung gerade einer Biegewellenlänge 'li der Pf atte entspricht: oder anders ausgedrückt, indem man diese Gleichung mit der Frequenz multipliziert, wenn die Spurgeseliwindigkeit der einfallenden Schallwelle gleich der Phasengescliwindigkeit c, der Biegewelle ist- In der Formel (3) ist c die Schallgeschwindigkeit der Luft bzw. des umgebenden Mediums.
Dieser Effekt ist an sich auch schon mit Ultraschall (4 - iol Hz) an dünnen Folien (o,i bis o,6 mm) experimentell bestätigt worden (S an d er s, Canadian Journ. of Research, 1939, S. 179 bis 193); jedoch wurden vom Verfasser keine grundsätzlichen Aussagen über die Stärke des Schalldurcliganges gemacht, noch eine technische Anwendung auf die Bauakustik in Betracht gezogen. Es sei dieser Effekt im folgenden als Koinzidenz, zum Unterschied von Resonanz, und der- zugehörige Einfallswinkel als Koinzidenzwinkel bezeichnet.
Die Untersuchungen des Erfinders zeigten nun, daß die Biegesteifigkeit B der Wand sich hierbei dadurch äußext, daß in Gleichung (i) neben die Masse m ein Korrekturfaktor tritt, so daß sie bei schrägem Einfall lauten muß: Diese Gleichung ergibt folgende neue Erkenntnis: Ist der Einfallswinkel kleiner als der Koinzidenzwinkel, so überwiegt die Wirkung der trägen Massen, istderEinfallswinkel-größeralsderKoinzidenzwinkel, so überwiegt die Wirkung der Biegesteifigkeit.
Nun wächst die Phasengescliwindigkeit einer Biegewelle bekanntlich mit der Wurzel aus der Frequenz, und zwar ergibt sich für eine beliebig gestaltete dünne Trennwand: worin f die Frequenz bedeutet. Bei höheren Frequenzen tritt noch infolge der Drehträgheit und der Schubdeformation eine gewisse Modifikation dieser Formel auf, die aber am Wesen des Effektes nichts ändert. Speziell für eine liomogene Platte der Dicke h, vom Elastizitätsmodul E, der Dichte Q und der Poissonschen Zahl u gilt Bei sehr niedrigen Frequenzen kann daher keine Koinzidenz auftreten. Es gibt aber für jede Platte eine Grenzfrequenz bei welcher = C (6) ist, wo also Koinzidenz bei streifendem Einfall zum erstenmal auftritt und oberhalb welcher stets Koinzidenzen bei bestimmten Einfallswinkeln zu erwarten sind. Diese Grenzfrequenz bestimmt sich aus den Gleichungen (5) und (6) zu bzw. für eine homogene Platte zu Unterhalb der Grenzfrequenz wirkt die Wand bei allen Einfallswinkeln wie eine träge Masse, deren volle Wirkung nur durch die Biegesteifigkeit mehr oder weniger kompensiert wird. Oberhalb der Grenzfrequenz haben bei einer statistischen Verteilung der Einfallswinkel nur die dem Koinzidenzwinkel benachbarten Strahlen Anteil am Schalldurchgang. Dabei wird derselbe, welcher bei Koinzidenz vollständig sein müßte, durch vorhandene innere Dämpfungen des Materials sehr geschwächt.
Wie der Erfinder festgestellt hat, wird bei statistischer Verteilung der Einfallswinkel die im Mittel durch die Wand tretende Schallenergie mit wachsender Frequenz kleiner, während gleichzeitig der Koinzidenzwinkel immer spitzer wird.
Aus der Erkenntnis dieses Koinzidenzeffektes ergeben sich erfindungsgemäß für die Praxis folgende neue Regeln zum technischen Handeln: i. Bei Schalldämmungsaufgaben ist es wichtig, gemäß der Erfindung den Koinzidenzeffekt zu vermeiden. Das Vorgehen hierfür ergibt sich aus der Lage der Grenzfrequenz zu den hauptsächlich zu dämmenden Schallfrequenzen.
2. KommtdieselbeindieNähederoberenFrequenzgrenze des zu dämmenden Bereiches zu liegen, so empfiehlt es sich, sie durch Verringerung der Biegesteifigkeit gegenüber der trägen Masse noch weiter entsprechend der sieh aus Gleichung (7) ergebenden Ungleichung heraufzurücken: worin f die höchste zu dämmende Frequenz bedeutet.
Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß man in der in Fig. 2 und 3 gezeigten Weise in die betreffende Wand W ein Netz von Schlitzen s einfügt. Diese Schlitze können verhältnismäßig schmal sein. Dabei ist zur Erreichung der angestrebten Wirkung erforderlich, daß der Abstand d der Schlitze kleiner als die Viertel-Wellenlänge des Schalles im umgebenden Medium ist: Dabei kann das Netz ebenso gut dreieckförmige Maschen haben, wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist.
Besteht eine ausgesprochene Vorzilgsebene für die Ausbreitungsrichtung des Schalles, wie etwa in langen Schächten (Ventilationstürmen u. dgl.), so kann die gewünschte Verringerung der Biegesteifigkeit auch durch mäancterförmige Gestaltung der Wand erreicht werden, wie dies beispielsweise die Fig. 5'zeigt. Für die Bemessung des Abstandes d gilt auch hier die Bemessungsformel (9).
3. Tritt die Grenzfrequenz bei tiefen Frequenzen auf, so empfiehlt es sich, die Biegesteifigkeit gegenüber der trägen Masse zu erhöhen. Dabei ist es zweckmäßig, mit der tiefsten zu dämmenden Frequenz f 1" noch oberhalb der doppelten Grenzfrequenz zu bleiben, so7 daß sich aus Gleichung (7) folgende Bemessungsregel ergibt: Maßnahmen zur Erhöhung der Biegesteifigkeit bei gegebener Masse stehen in großer Zahl zur Verfügung. Ein Beispiel bietet die kassettierte Wand in Fig. 6 oder die in Fig. 7 gezeigte Decke. Die Abstände der Stege ste in Fig. 6 bzw. die Abstände der Stäbe stä in Fig. 7 sind hierbei so klein zu wählen, daß die zwischen denselben abgegrenzten dünneren Platten Eigenschwingungen aufweisen, die noch oberhalb der höchsten zu dämmenden Frequenz liegen.
E, benso weist die mäanderförmige Wand gemäß Fig. 5 eine sehr große Biegesteifigkeit für alle Schall-,vellen auf, die in die y-z-Ebene fallen.
4. Bei tief gelegener Grenzfrequenz sowie wenn dieselbe in die Mitte des Bereiches fällt, ist es zweckmäßig, die innere Dämpfung zu erhöhen.
5. Bei Mehrfachwänden ist es vorteilhaft, den einzelnen Wänden durch die unter 2. und 3. erwähnten Maßnahmen verschiedene Biegesteifigkeiten zu geben, damit die Koinzidenzwinkel nicht zusammenfallen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE-i. Schalldämmende Trennwand, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Koinzidenzeffektes das Verhältnis von Biegesteifigkeit zu Masse je Flächeneinheit entweder klein gehalten ist, beispielsweise durch Einsägen von Schlitzen, oder groß gehalten ist, beispielsweise durch Auf- setzen von Leisten.
2. SchalldämmendeTrennwandnachAnspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß der Koinzidenzeffekt durch zusätzliche Dämpfung der Biegeschwingungen der Wand verringert ist. 3. Schalldämmende Wände nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hintereinandersetzung mehrerer Wände die Verhältnisse von Biegesteifigkeit zu Masse bei den einzelnen Teilwänden möglichst verschieden gestaltet sind, so daß die Koinzidenzlagen gegenseitig verschoben sind. Angezogene Druckschriften: Beihefte zum )iGesundheits-Ingenieur«, Reihe II, Heft 2o, S. 22, 23, 30, Verlag R. Oldenburg, München u. Berlin, 1935; Prospekt der Firma Grünzweig u. Hartmann G. m. b. H., Ludwigshafen am Rhein, über "Expansit-Korkstein,z DRP, To. 5. 1935.