DE966328C - Plattenschallschlucker mit tiefer Resonanzfrequenz - Google Patents

Plattenschallschlucker mit tiefer Resonanzfrequenz

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DE966328C
DE966328C DER12357A DER0012357A DE966328C DE 966328 C DE966328 C DE 966328C DE R12357 A DER12357 A DE R12357A DE R0012357 A DER0012357 A DE R0012357A DE 966328 C DE966328 C DE 966328C
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Dr-Ing Walter Kuhl
Dr Friedrich Karl Schroeder
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FRIEDRICH KARL SCHROEDER DR
WALTER KUHL DR ING
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FRIEDRICH KARL SCHROEDER DR
WALTER KUHL DR ING
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Description

  • Plattenschallschlucker mit tiefer Resonanzfrequenz Zur Erzielung der erwünschten Nachhallzeit von Konzertsälen, Theatern, Musik- und Sprachstudios werden verschiedenartige Schallschluckstoffe verwendet. Für mittlere und hohe Frequenzen sind das in erster Linie poröse Schluckstoffe in Form von gepolsterten Stühlen, Vorhängen und Wandbespannungen oder speziellen porösen Schallschlucks,toffen, wie Fasermatten und -platten. Zur Schlukkung bei tiefen Frequenzen sind diese Stoffe ungeeignet, da sie dafür eine Dicke haben müßten, die architektonisch und hinsichtlich des Preises selten zulässig ist. Man kommt aber mit geringerer Bautiefe aus, wenn man Lochresonatoren oder Plattenresonatoren verwendet.
  • In allen Fällen, in denen Sprache aufgenommen oder wiedergegeben werden soll, also z. B. in Rundfunk- oder anderen Sprachstudios und in Sprechtheatern, besteht gerade an Schallschluckern für sehr tiefe Frequenzen, d. h. Frequenzen unter ioo Hz, ein großes Interesse, da die Nachhallzeit auch -dort nicht über den Wert bei mittleren und hohen Frequenzen ansteigen soll. Auf diese Weise wird ein Dröhnen der Räume vermieden, und Störgeräusche, wie Türenschließen in anderen Räumen oder Geräusche einer Lüftungsanlage, erreichen keine große Lautstärke. Die praktische Verwirklichung von Schallschluckern für diesen Frequenzbereich macht aber bei Loch- und Plattenschallschluckern Schwierigkeiten.
  • Lochresonatoren bestehen z. B. aus gemauerten Hohlräumen in den Wänden oder der Decke, die über Öffnungen geeigneter Größe mit dem Raum in Verbindung stehen. Diese Schallschlucker haben den Vorteil, daß ihre Resonanzfrequenz bei starrer Begrenzung des Hohlraums aus den Abmessungen genau berechnet werden kann. Bei geringer Bautiefe und tiefer Resonanzfrequenz haben sie jedoch den großen Nachteil, daß sie ohne zusätzliche Reibungswiderstände an den Lochöffnungen nur in einem sehr schmalen Frequenzbereich eine hohe Schallschluckung bzw. mit Reibungswiderstand zwar eine große Bandbreite, aber eine geringe Schallschluckung haben. Die Wände der Lochresonatoren müssen allseitig starr und dicht sein, weil sonst starke Abweichungen von dem angestrebten Schluckgradverlauf und der Sollresonanzfrequenz auftreten. Ein Aufbau aus Sperrholzplatten oder anderen dünnen Platten hat sich nicht bewährt.
  • Plattenschallschlucker sind bekanntlich nicht gelochte Platten in einem gewissen Abstand von der Wand mit einem mehr oder weniger geschlossenen Hohlraum. Sie wurden aus architektonischen Gründen schon seit langer Zeit ohne Kenntnis ihrer schallschluckenden Wirkung in Sälen und'Lheatern verwendet. Erst später erkannte man, daß die gute Akustik mancher dieser Räume durch die Herabsetzung der Nachhallzeit bei tiefen Frequenzen bedingt ist, die bei starren Wänden und nur porösen Schluckstoffen sehr groß ist. Man lernte auch, durch die ganze oder teilweise Füllung des Hohlraums hinter den Platten mit porösen Schluckstoffen die Schallschluckung der Platten bei der Resonanzfrequenz und oberhalb von dieser.wesentlich zu steigern und die Resonanzfrequenz durch Wahl des Plattenmaterials und der Abmessungen von Platte und Hohlraum zu verändern. Die tatsächliche Resonanzfrequenz lag jedoch oft weit über der berechneten.
  • Wenn die Platten keine Biegesteifigkeit, also eine beliebig große Federung hätten, wäre die Resonanzfrequenz nur durch die Masse der Platte und die Federung des Luftraums bestimmt, die proportional seinem Volumen ist, und man könnte die Resonanzfrequenz durch die Vergrößerung einer der beiden Größen oder beider beliebig tief legen. Nun ist aber die tragende Konstruktion bisher starr bzw. ziemlich starr, und die Platten, vor allem dicke und kleine Plattere, haben bei der bisherigen homogenen Ausführung eine große Biegesteifigkeit, die wesentlich größer als die Steifigkeit des Luftpolsters sein kann. Wenn man bei diesen Platten die Resonanzfrequenz herabsetzen will, hat es keinen Zweck, die Dicke des Luftpolsters oder der Platte beliebig zu steigern, da man unter den Wert der tiefsten Biegeeigenschwingungsfrequenz der Platte nicht herunterkommen. sondern sich ihr nur asymptotisch nähern kann. Diese Frequenz ist bei gegebener Schallgeschwindigkeit des Plattenwerkstoffs proportional der Dicke der Platte und umgekehrt proportional drin Quadrat der Breite. Die Länge der Platte hat einen nur geringen Einfluß auf die Frequenz. Die Plattengröße ist meistens aus technischen oder architektonischen Gründen an einen bestimmten THa:cimalwert gebunden. Außerdem ist es in Räumen mit ` hochwertiger Akustik notwendig, dali mit Schluckstoffen verschiedener Art belegte nicht zu große Flächen zur Erzielung einer guten Schalldurchmischung regelmäßig oder unregelmäßig untereinander und mit üngedämpften Flächen räumlich abwechseln. Auch aus diesem Grunde dürfen die Abmessungen der Platte nicht zu groß sein. Damit ist dann bei starrer tragender Konstruktion mit dem Wert der tiefsten Biegeeigenschwingungsfrequenz der homogenen Platten -der untere Grenzwert für die Resonanzfrequenz des Plattenschallschluckers gegeben.
  • Zur »Auflösung« von Wänden und Decke, d. h. zur Schallstreuung werden bekanntlich - vor allem in Rundfunkstudios - quaderförmige, prismatische oder zylindrische Körper verwendet, die in vielen Fällen aus Sperrholzplatten oder anderen Platten gefertigt sind. Soweit es sich um ebene Platten handelt, wirken sie in bekannter Weise neben der Schallstreuung auch als gute Plattenschallschlucker. Bei den Zylinderabschnitten ist aber die Schallschluckung infolge der Krümmung der Platten ziemlich gering und hinsichtlich der Resonanzfrequenz wenig zu beeinflussen. Es wäre aber vor allem aus finanziellen Gründen ein Vorteil, wenn man diese und andere bei mittleren und hohen Frequenzen schallzerstreuenden Körper als wirksame Resonanzschallschlucker für sehr tiefe Frequenzen, bei denen sie fast keine zerstreuende Wirkung haben, ausbilden könnte, ohne daß dadurch größere zusätzliche Kosten entstehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ebenen oder gekrümmten Plattenschallschlucker mit beliebig tiefer Resonanzfrequenz bei möglichst großer Schallschluckung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies durch Einfügen von Stellen erhöhter Federung in die Platten oder in die tragende Konstruktion oder in beides erzielt, was für die akustische Wirkung gleichwertig ist. Dabei muß die akustisch wirksame Masse groß sein. hfan macht zweckmäßig die Summe aller Federungen von Platte und tragender Konstruktion größer als die Federung des Luftpolsters. Das Einfügen federnder Stellen kann praktisch dadurch geschehen, daß der Rand der ebenen oder gekrümmten Platte stark federnd ausgebildet wird, indem er in einer Breite, die wesentlich größer als zur Auflage auf den Zargen notwendig ist, dünner als der mittlere Teil der Platte und bzw. oder aus einem \@'eriestoff mit geringerem Elastizitätsmodul gemacht wird, während der mittlere Plattenteil so schwer ist, daß bei den gegebenen Federungen von Luftpolster und Plattenrand die gewünschte Resonanzfrequenz erhalten wird. Der Mittelteil kann also aus dem gleichen Werkstoff wie der Rand bestehen oder aus mehreren fest miteinander verbundenen Schichten von verschiedenen Werkstoffen. Der Übergang von der Dicke bzw. dem Werkstoff in der Mitte zur Dicke bzw. zum Werkstoff am Rande kann kontinuierlich oder in einer oder mehreren Stufen erfolgen.
  • Eine weitere Vergrößerung der Federung und Herabsetzung der Resonanzfrequenz wird erfindungsgemäß erzielt, wenn bei einer ebenen oder gebogenen Platte nicht nur ein breiter Rand, sondern auch in der Mitte schmale, parallel oder kreuzweise verlaufende Streifen eine geringere Dicke haben und bzw. oder aus einem Werkstoff °nit geringerem Elastizitätsmodul gemacht sind als die möglichst schweren Zwischenstücke.
  • Die zylindrischen oder prismatischen Körper zur Schallstreuung bestehen meistens aus zwei oder mehr Platten (z. B. Holzbrettern), die z. B. Querschnitte in Form von Kreisabschnitten oder Dreiecken bilden und mittels in Längsrichtung verlaufender Leisten miteinander verbunden sind. Auf die Bretter und die Längsleisten sind vielfach ebene oder gekrümmte Platten unmittelbar oder unter Zwischenlage von schalldämpfendem Stoff genagelt, geschraubt oder geleimt. Die Ränder der einzelnen Felder der gebogenen Platten können erfindungsgemäß allseitig wie bei den ebenen Platten stärker federnd ausgeführt werden. Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, daß der gesamte prismatische, zylindrische oder auch quaderförmige Körper einschließlich End- und Zwischenwänden und Leisten nicht starr, sondern in geeigneter Weise so weich gefedert, z. B. mittels Blattfedern mit der Wand oder der Decke des Raums oder einem darauf angebrachten Rahmen verbunden wird, daß die Federung der Befestigung größer als die des Luftpolsters im Innern des Körpers ist; der Hohlraum muß auch bei dieser Anordnung allseitig luftdicht geschlossen sein, und zwar durch einen ringsum laufenden weichen, elastischen Streifen, etwa aus Gummi, Kunststoff oder Wachstuch. Bei dieser Ausbildung ist der gesamte Körper, wenigstens unter und bei der Resonanzfrequenz des Schallschluckers, als starr zu betrachten, so daß zu der Mässe der gebogenen oder ebenen Platten die Masse der End- und Zwischenwände und der Leisten hinzukommt, wodurch die Resonanzfrequenz in gewünschter Weise herabgesetzt wird. Der elastische Dichtungsstreifen kann zugleich als federndes, den Körper haltendes Bauelement dienen, Bei geeigneter Ausbildung der äußeren Platte oder der Platten kann man es erreichen, daß der Körper bei einer höheren Frequenz, nämlich der durch das Luftpolster nur wenig beeinflußten tiefsten Biegeeigenschwingungsfrequenz der Platte, ein zweites Maximum der Schallschluckung hat.
  • Man kann die gleichzeitig schallzerstreuenden und als Tiefenschlücker ausgebildeten Körper auch, um sie billiger zu machen, als Ganzes oder in mehreren Teilen vorfertigen. Unter Umständen können die federnden Elemente zur Befestigung und der elastische, unporöse Dichtungsstreifen in einem Herstellungsgang mit eingearbeitet werden. Anstatt diese Körper gefedert an den Wänden oder der Decke zu montieren, kann man zwei oder mehrere von ihnen gefedert so miteinander verbinden, daß sie ein geschlossenes Ganzes bilden, z. B. in Form einer Säule oder als eine an der Decke hängende Einheit.
  • Wenn der Plattenschallschlucker in irgendeiner der beschriebenen Ausführungsformen in einem sehr breiten Frequenzbereich schallschluckend wirken soll, kann man das dadurch erreichen, daß man für die Platte selbst ein Material mit geeignetem Strömungswiderstand und geeigneter Porosität verwendet oder ein anderes poröses Material vor der Platte lose oder fest mit ihr verbunden anbringt.
  • Der Luftraum der beschriebenen Resonanzschallschlucker kann in jedem Fall zur Erhöhung der Schallschluckung ganz oder teilweise (Randdäripfung) mit porösem Schluckstoff geringer Steifigkeit ausgefüllt werden.
  • Die acht Figuren der Zeichnung stellen je ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
  • Gemäß Fig: i sind auf einer festen Wand oder Decke i Zargen a (Leisten) angebracht, und auf diesen ist eine als Plattenschlucker wirkende Platte 3 befestigt. Die Befestigung kann durch Nägel oder Schrauben 4., durch Leimen oder in anderer Weise erfolgen. Die Platte 3 hat dünne, biegeweiche Ränder in bedeutend größerer Breite, als für die Auflage auf den Zargen notwendig ist, und ist in der Mitte bedeutend dicker. Der Hohlraum zwischen Platte und Wand kann ganz oder zum Teil in bekannter Weise mit einem porösen Schluckstoff 5 gefüllt sein. Das gilt ebenfalls, obwohl es nicht eingezeichnet ist, für alle folgenden Beispiele.
  • Fig. 2 zeigt eine schwere, dicke Platte 6, an den Rändern durch Streifen 7 aus einem anderen Werkstoff gehalten, die wegen sehr geringer Dicke und gegebenenfalls geringeren Elastizitätsmoduls sehr biegeweich sind.
  • Nach Fig. 3 ist eine schwere Platte 8 in ganzer Ausdehnung auf eine dünne, ein- oder mehrschichtige Platte 9, die aus einem Werkstoff bzw. aus Werkstoffen mit sehr geringem Elastizitätsmodul bestehen kann, durch Nageln, Schrauben, Nieten, Leimen oder in anderer Weise aufgebracht.
  • Fig. q. stellt eine gebogene Platte io dar, die mit allseitig dünnem und breitem Rand i i an der tragenden Konstruktion, bestehend aus den Längsleisten 12 und Querwänden 13, befestigt ist. Die tragende Konstruktion ist mehr oder weniger starr mit der Wand oder Decke 14 verbunden.
  • Gemäß Fig. 5 bilden eine gebogene Platte 15, Längsleisten 16 und Querwände 17 eine bei tiefen Frequenzen starre Einheit und sind mittels biege weicher, ringsum laufender Streifen 18 und eines Rahmens i9 mit der starren Wand oder Decke 2o verbunden. Wenn der federnde Streifen i8 nicht ringsum läuft und den Hohlraum nach außen luftdicht abschließt, sondern einzelne federnde Streifen in der gezeichneten oder einer anderen Form angebracht sind, muß man den Spalt mittels eines dünnen Streifens 21 aus weichem, elastischem Werkstoff, z. B. Gummi, allseitig schließen.
  • Fig. 6 und 7 zeigen die gleiche federnde Befestigung für einen schallzerstreuenden, prismatischen bzw. quaderförmigen Körper.
  • Fig. 8 zeigt eine Platte 22 mit parallel oder kreuzweise angeordneten Rillen, die also aus mehreren starren, schweren und mehreren federnden Teilen besteht. Im einzelnen können die schweren und die biegeweichen Teile der Platte wie in einem der ersten drei Beispiele oder in ähnlicher Weise ausgebildet und miteinander verbunden sein, falls die Platte nicht aus einem Stück besteht und die Rillen durch Fräsen oder eine andere Bearbeitung entstanden sind.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Plattenschallschlucker mit tiefer. Resonanzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, da13 die Platte und bzw. oder die tragende Konstruktion bei großer akustisch wirksamer Masse Stellen erhöhter Federung aufweist.
  2. 2. Plattenschallschlucker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aller Federungen der Platte und der tragenden Konstruktion größer als die Federung des Luftpolsters ist. 3. Plattenschallschlucker nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte gekrümmt ist. 4. Plattenschallschlucker nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenrand in einer wesentlich größeren als zur Auflage auf der tragenden Konstruktion erforderlichen Breite dünner als der mittlere Teil der Platte ist. 5. Plattenschallschlucker nach einem der Ansprüche i bis 4, d--durch gekennzeichnet, daß der Plattenrand aus einem Werkstoff mit kleinerem Elastizitätsmodul als dem des mittleren Teils besteht. 6. Plattenschallschlucker nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mit mehreren, z. B. parallel oder kreuzweise verlaufenden Streifen versehen ist, deren Dicke geringer als die mittlere Dicke der Platten ist und bzw. oder die aus einem Werkstoff mit kleinerem Elastizitätsmodul bestehen. 7. Plattenschallschlucker nach Anspruch i oder 2 als schallzerstreuender Körper, z. B. in Form eines Zylinderabschnitts, eines Prismas, eines Quaders, einer Pyramide, dadurch gekennzeichnet, daß er einschließlich der Haltekonstruktion als ziemlich starre schwingende Masse an der Wand oder der Decke (2o) oder einem darauf angebrachten Rahmen (ig) nicht starr, sondern mit sehr weichen Federn (18), z. B. Blattfedern, befestigt ist und daß der Hohlraum durch einen ringsum laufenden weichen, elastischen Streifen (21) luftdicht geschlossen ist (Fig. 5 bis 7). B. Plattenschallschlucker nach Anspruch ; , dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Dichtungsstreifen zugleich als federndes, den Körper haltendes Bauelement dient. g. Plattenschallschlucker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte starre Körper als Einheit oder in mehre ren Teilen vorgefertigt ist und die stark federnden und den Luftraum dicht schließenden Konstruktionselemente in einem Fertigungsgang eingearbeitet sein können. io. Plattenschallschlucker, bestehend aus mehreren Hohlkörpern, die gemäß einem der Ansprüche 7 bis g federnd miteinander verbun den sind und z. B. eine Säule oder eine an der Decke hängende Einheit bilden. i i. Plattenschallschlucker nach einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte porös ist oder mit porösem Stoff bedeckt ist. 12. Plattenschallschlucl{er nach einem der Ansprüche i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum ganz oder teilweise mit porösem Schluckstoff gefüllt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: C r e m e r, »Die wissenschaftlichen Grundlagen der Raumakustik«, Bd.III, Leipzig 195o, S. 18o und 18i; Neue Bauwelt, Heft 1/195 i, S. g; Deutsche Patentanmeldung I 5o5 i V / 37d (Patent Nr. gio iig); britische Patentschrift Nr. 692 709. Friedrich Hess, »Konstruktion und Form im Bauwesen:«, Stuttgart, 1942, S.283, Abb.
  3. 3, S. 285, Abb. 3 ; »DieAusbauarbeiten-Baukunde für diePraxis«, Bd. II, Stuttgart 195o; S. 188, Abb. 48, 49, 51; S. 2o2, Abb, 3, 4; S. 2o8, Abb. 3; Karlhans W e i s s e, »Leitfaden der Raumakustik für Architekten«, Berlin 1949, S. 70, letzter Absatz, S. 71, Abbildung.
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