DEP0015766DA - Schallschluckanordnung mit beliebigem Absorptionsspektrum über den gesamten Hörbereich - Google Patents

Description

Die Hörbarkeit von Rundfunk- und Filmstudios, Theatern, Konzertsälen, Kirchen und Kinos ist weitgehend durch die Nachhallzeit bestimmt. Im allgemeinen soll der Verlauf der Nachhallzeit über dem gesamten Hörbereich geradlinig sein.

Es gibt jedoch auch Räume, insbesondere unter Rundfunkstudios, für die eine Abweichung vom geradlinigen Verlauf, besonders im hohen oder tiefen Tonbereich, zweckmäßig ist. Die für einen Raum optimale Nachhallzeit über der Frequenz kann durch Anbringung von Schallschluckstoffen verschiedener Art angenähert erzielt werden, wobei es jedoch stets schwierig ist, gleichzeitig den akustischen sowie den architektonischen Anforderungen gerecht zu werden. In den meisten Fällen muß die restlose Erfüllung der akustischen Forderungen aus architektonischen Gründen unterbleiben, da zur Erzielung des optimalen Nachhallverlaufes über der Frequenz die Räume stets mit mehreren verschiedenen Materialien ausgekleidet werden müßten. Wenn es trotzdem gelingt, diese Materialien in architektonisch und dekorativ gefälliger Form anzubringen, so ist damit in jedem Falle ein erheblicher Aufwand an wertvollem Material und Arbeit verbunden, wie aus folgendem hervorgeht:

Es ist bekannt, daß es grundsätzlich zwei Gruppen von Dämmstoffen gibt: 1). poröse Schallschlucker und 2). schwingende Schallschlucker. Der Absorptionskoeffizient aller porösen Schallschlucker steigt kontinuierlich nach höheren Frequenzen hin an. Alle mitschwingenden Schallschlucker absorbieren im wesentlichen nur in dem begrenzten Frequenzgebiet ihrer Eigenschwingung. Zur Schallschluckung mittlerer und hoher Frequenzen (etwa 800 - 10 000 Hz) können deshalb poröse Schallschlucker benutzt werden, wobei dann die Absorption der hohen Frequenzen stets größer ist als die Absorption der mittleren Frequenzen. Zur Schallschluckung der tiefen Frequenzen allein können nur mitschwingende Schallschlucker verwendet werden, wobei dann niemals ein breites Frequenzband, sondern nur die Frequenzen um die Resonanzstelle absorbiert werden. Bekannte Anordnungen von mitschwingenden Schallschluckern sind in bestimmten Abständen von der Wand angebrachte Platten oder Helmholtz'sche Resonatoren, wobei ein in seiner Resonanzfrequenz mitschwingender Luftstrom als Absorber benutzt wird. Soll also z.B. eine annähernd gerade Nachhallkurve erzielt werden, so müssen für den Bereich von ca. 50 - 800 Hz mehrere mitschwingende Schallschlucker verwendet werden, deren Resonanzen aneinander anschließend den genannten Frequenzbereich überstreichen. Von ca. 800 - 10 000 Hz ab kann ein poröser Schallschlucker verwendet werden, wobei es unvermeidlich ist, daß dann in den höheren Frequenzen (ca. 7 000 - 10 000 Hz) die Nachhallkurve abfällt. Dieser Umstand ist bekanntlich sehr unerwünscht, weil dadurch die Brillanz der Räume zu wünschen übrig läßt. Es ist bekannt, derartige poröse Schallschlucker wegen ihrer geringen Festigkeit und Formbeständigkeit mit stark gelochten Schutzplatten aus Pappe oder Holz abzudecken, wobei die Lochung mindestens 20 - 25% beträgt, mit dem Ziel, im gesamten Hörbereich den Schall ungehindert in das poröse Material eintreten zu lassen.

In Figur 1) ist schematisch dargestellt, mit welchen Materialien beispielsweise eine annähernd gerade Nachhallkurve erzielt werden kann. Aufgetragen ist der Absorptionsverlauf über der Frequenz. Die Resonanzfrequenz der mitschwingenden Schallschlucker ist abhängig vom Gewicht des Materials und dem Abstand von der Wand. Die Größe des Absorptionskoeffizienten hängt ab vom inneren Widerstand des Materials und kann erhöht werden durch eine Dämpfung des Luftraumes zwischen Material und Wand. Im allgemeinen lassen sich aber auf diese Weise nur Absorptionskoeffizienten bis zu etwa 30% erreichen. Mit porösen Schluckstoffen der üblichen Dicke dagegen können etwa oberhalb 1 000 Hz 100% erreicht werden. Die bedeutet, daß zur Absorption der tiefen Frequenzen eine verhältnismäßig große Fläche mit mitschwingenden Schallschluckern belegt werden muß. Vielfach ergibt die Rechnung, daß zur Erzielung einer geraden Nachhallkurve alle in einem Raum zur Verfügung stehenden Flächen mit mitschwingenden Schallschluckern zu belegen sind. Vielfach sind nicht genug Flächen vorhanden, um alle erforderlichen Schallschluckstoffe unterzubringen. Es besteht deshalb zunächst das Bedürfnis nach einen einfachen Schallschluckstoff, der in den tiefen Frequenzen einen höheren Absorptionskoeffizienten besitzt und dessen Absorption sich über einen breiten Frequenzbereich erstreckt. Der ideale Schallschluckstoff wäre darüber hinaus ein Material, dessen Absorptionskoeffizient über dem gesamten Hörbereich gleichbleibend ist. Da Publikum und nur verputzte Wandflächen im wesentlichen im hohen Frequenzbereich absorbieren, würde in vielen Räumen ein Schallschluckstoff ausschließlich Verwendung finden können, dessen Absorption bei hohen Frequenzen kontinuierlich abnimmt. Ein derartiger Schallschluckstoff ist weder in porösen Schluckstoffen noch in mitschwingenden Schluckstoffen gegeben.

In Fig. 2) sind die Absorptionskurven dieser drei Schluckstoffe (poröser Stoff, mitschwingender Stoff, erwünschter Stoff) in ihrem prinzipiellen Verlauf dargestellt.

Die vorliegende Erfindung führt zu Anordnungen, mit welchen jede beliebige Absorptionskurve, wie also auch die in Figur 2) mit "erwünscht" bezeichnete, erzielt werden kann. Wenn die Schichtdicke eines porösen Schallschluckers genügend groß gewählt wird, so lassen sich bei tiefen Frequenzen beliebig hohe Absorptionskoeffizienten erzielen. Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, den Schall vor Eintritt in dicke Absorptionsflächen durch eine mechanische Anordnung zu filtern, derart, daß vornehmlich diejenigen Frequenzen in das Absorptionsmaterial eindringen können, die absorbiert werden sollen. Soll nur im tiefen Tonbereich absorbiert werden, so kann das Filter aus einem mitschwingenden Material bestehen, welches bekanntlich die Eigenschaft hat, die Frequenzen der Resonanzfrequenz und unterhalb der Resonanzfrequenz durch- zulassen, doch nicht die oberhalb der Resonanzfrequenz. Soll z.B. eine Absorptionskurve, wie in Bild 2) als "erwünscht" bezeichnet, erzielt werden, so wird vorgeschlagen, diese Filterung auf einfache Weise unter Zuhilfenahme der Beugung auszuführen:

Läßt man beispielsweise den Schall durch ein Loch von 5 mm Durchmesser hindurchtreten, so ist infolge der Beugung die wirksame Öffnungsfläche für 100 Hz 8mal so groß wie die für 1 000 Hz und ca. 20mal so groß wie die für 2 000 Hz. In Bild 3) ist der Verlauf der wirksamen Fläche einer Öffnung in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Läßt man den Schall durch entsprechend bemessene Öffnungen hindurchtreten, so lassen sich Filterkurven verschiedener Form erzielen, denen zunächst allen die Eigenschaft gemeinsam ist, daß sie nach tieferen Frequenzen hin kontinuierlich ansteigen. Die Form dieser Kurven hängt im einzelnen ab von der Zahl und der Form der verwendeten Öffnungen. Da poröse Schallschluckstoffe nach höheren Frequenzen hin stärker absorbieren, die beschriebenen Filterkurven jedoch nach tieferen Frequenzen zu ansteigen, lassen sich auf einfache Weise nahezu gerade Absorptionskurven erzielen, wenn man genügend dicke Schichten poröser Schallschlucker durch Material mit bestimmter Lochung abdeckt. Wie oben erwähnt, wird in bestimmten Räumen die Hörsamkeit verbessert durch einen Anstieg der Absorptionskurve in den tiefen Frequenzen und einen Abfall der Absorption in den Höhen. Dementsprechende Absorptionskurven herzustellen ist unter Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens ebenfalls möglich:

Eine Erhöhung der Absorptionskurve in den Tiefen, und zwar auch in einem breiten Tiefenbereich, ist dadurch möglich, daß man zwei Filter hintereinander anbringt, derart, daß der Schall nach Durchlaufen einer bestimmten Schicht des porösen Schluckers nochmals durch ein oder mehrere Filter tritt, die nur die tiefsten Frequenzen in das dahinter liegende Schluckmaterial eintreten läßt. Zusätzliche Absorption in enem schmalen tiefen Frequenzbereich kann dadurch er- reicht werden, daß das zur Filterung dienende Abdeckmaterial gleichzeitig als schwingender Tiefenschlucker verwendet wird. Ein Abfall des Absorptionskoeffizienten in den Höhen wird lediglich durch passende Wahl des Verhältnisses Öffnungsfläche zu Gesamtfläche erreicht.

Wie entsprechende Versuche bestätigt haben, lassen sich die meist erforderlichen Formen von Absorptionskurven herstellen mit Verhältnissen Öffnungsfläche zu Gesamtfläche von 1%o bis 5% und mit Lochdurchmessern zwischen 3 mm und 20 mm.

Soll die Hörsamkeit bereits fertiggestellter Räume verbessert werden, so ist es oft notwendig, Schluckstoffe einzubauen, deren Absorptionskoeffizient in einem oder mehreren diskreten Frequenzbereichen überhöht ist. In welchen Frequenzbereichen diese Ueberhöhungen liegen müssen, ergibt sich jeweils aus raumakustischen Berechnungen bekannter Art. Gemäss der Erfindung gelingt es, dadurch, dass mehrere verschiedene oder gleiche Schallfilter hintereinander angebracht werden, beliebige Formen von Absorptionskurven zu erhalten. Die Verschiedenheit der Schallfilter liegt dabei in dem unterschied des Lochungsgrades im Bereiche einer Lochung von 0 bis 25%, wobei dann die ungelochten Platten ausschliesslich als mitschwingender Schallschlucker und die gelochten Filter als Beugungsfilter wirken. Filter mit geringem Lochungsgrad, etwa bis zu 4%, wirken gleichzeitig als schwingende Filter, als Beugungsfilter und als Resonatoren, wenn die bekannten Bauarten für schwingende Schallschlucker und Resonatoren angewendet werden. Zum Zwecke einer guten Schallverteilung im Raum wird vorgeschlagen, bei Anwendung mehrerer die verdeckt angebrachten Filter schräg zu stellen, d.h. sie derart anzuordnen, dass ihre Grenzebenen mit derjenigen des vordersten Filters einen spitzen Winkel bilden.

Wenn es aus dekorativen Gründen erwünscht ist, können statt runder Löcher auch Schlitze, Kreuze, Vierecke und dgl. Verwendung finden. Die Schallfilter können aus allen Materialien hergestellt werden, die eine Durchlochung gestatten. Aus dekorativen Gründen verdienen Holz, Holzfaserplatten, Wachstuch, Mipolam u.dgl. den Vorzug. Wird aus Gründen des Materialmangels ein weniger dekoratives Material für die Filter verwendet, so kann die gesamte Anordnung mit einem dünnen, luftdurchlässigen Stoff abgedeckt werden. Damit dadurch die Wirkung der Filter nicht wesentlich abgeschwächt wird, wird vorgeschlagen, zur Abdeckung Stoffe zu verwenden, deren Absorptionskoeffizient nicht mehr als 10% und deren Reflexionsvermögen nicht mehr als 5% beträgt.

Da sich mit der beschriebenen Filteranordnung für alle Frequenzen jeder beliebige Absorptionskoeffizient erzielen läßt, können Wände und die Decke von Räumen ausnahmslos mit einem einzigen gelochten Material verkleidet werden. Diese Tatsache hat den weiteren erheblichen Vorteil, daß in derart ausgekleideten Räumen keine glatten Wandflächen auftreten und somit für jede Frequenz die Ausbildung von stehenden Wellen und Raumresonanzen erschwert ist. Selbstverständlich kann die beschriebene Filteranordnung auch in Form von Profilierungen etc. angebracht werden. Als eine aus dekorativen Gründen unter Umständen erwünschte Variante der beschriebenen

Anordnung wird als Beugungsfilter ein System von parallelen Stäben vorgeschlagen, wobei der Durchmesser der Stäbe gleich oder größer sein muß als der Abstand zwischen zwei Stäben.

Durch Variation des Abstandes zwischen den Stäben läßt sich dann die Form der Absorptionskurve verändern. Diese Maßnahme ist analog der Änderung des Verhältnisses Öffnungsfläche zu Gesamtfläche bei dem oben beschriebenen Filter mit Öffnungen.

In Figur 4) sind Versuchsergebnisse dargestellt, die an erfindungsgemäß angefertigten Schallschluckanordnungen gemessen wurden. Es sind diejenigen Absorptionskurven, die in Rundfunk- und Filmstudios, Theatern, Konzertsälen und Kinos am häufigsten Anwendung finden müssen. Die Schicht des porösen Schallschluckstoffes war 32 cm stark und bestand aus Kunstharzschaumstoff. Die Schallfilter bestanden aus gelochter Hartfaserplatte. Das Verhältnis von Öffnungsfläche zu Gesamtoberfläche bewegte sich zwischen 1,2%o und 1,88%. Die zu den einzelnen Kurven gehörigen Werte sind aus der Figur 4) zu entnehmen.

Claims (1)

1. Anspruch 1) Verfahren zur Schallschluckung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schall vor Eintritt in einen Schallschlucker, vorzugsweise einen porösen, durch ein Schallfilter geführt wird, welches das Eindringen des Schalles in den Schluckstoff nach Frequenz und Amplitude regelt.

   Anspruch 2) Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das Schallfilter ein mitschwingendes, nicht poröses Material ist.

   Anspruch 3) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des porösen Materials mindestens so groß ist, daß der Absorptionskoeffizient bei 100 Hz mindestens etwa 40% beträgt.

   Anspruch 4) Anordnung nach Anspruch 2) und 3), dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material aus einem formbeständigen porösen Stoff, vorzugsweise Kunstharzschaumstoff besteht und eine Schichtdicke von mindestens 20 cm besitzt.

   Anspruch 5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung des Schalles unter Zuhilfenahme der Beugung des Schalles erfolgt.

   Anspruch 6) Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1) und 5), dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material mit Platten aus lochbarem Material abgedeckt ist, welche Öffnungen in solcher Zahl und Größe enthalten, daß das Verhältnis der Öffnungsfläche zur Gesamtfläche im Bereich von 1%o bis 6% liegt.

   Anspruch 7) Anordnung nach Anspruch 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen Löcher mit dem Durchmesser von 3 mm bis 20 mm sind.

   Anspruch 8) Anordnung nach Anspruch 6) und 7), dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen gleichmäßig über die Gesamtfläche verteilt sind.

   Anspruch 9) Anordnung nach Anspruch 6) und 7), dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen ungleichmäßig über die Gesamtfläche verteilt sind.

   Anspruch 10) Anordnung nach Anspruch 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen aus Schlitzen oder Kreuzen bestehen.

   Anspruch 11) Anordnung nach Anspruch 6), 8) und 9), dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen gemischt aus Löchern, Kreuzen und Schlitzen bestehen.

   Anspruch 12) Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 5), dadurch gekennzeichnet, daß vor dem porösen Material parallele Stäbe angebracht sind.

   Anspruch 13) Anordnung nach Anspruch 12), dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Stäbe gleich dem Abstand zwischen zwei Stäben oder größer als dieser ist.

   Anspruch 14) Anordnung nach Anspruch 2), 6) - 11), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der porösen Schicht ein weiteres oder mehrere weitere Schallfilter angebracht sind.

   Anspruch 15) Anordnung nach Anspruch 14), dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen von porösem Material zwischen den Schallfiltern und hinter dem letzten Schallfilter gleiche Dicke haben.

   Anspruch 16) Anordnung nach Anspruch 14), dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen von porösem Material zwischen den Schallfiltern und hinter dem letzten Schallfilter ungleiche dicke haben.

   Anspruch 17) Anordnung nach Anspruch 14) - 16), dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzebenen der Schallfilter parallel zueinander liegen.

   Anspruch 18) Anordnung nach Anspruch 14) - 16), dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzebenen der Schallfilter einen Winkel miteinander bilden.

   Anspruch 20) Anordnung nach Anspruch 14) - 18), dadurch gekennzeichnet, daß die Schallfilter völlig gleich ausgebildet sind.

   Anspruch 21) Anordnung nach Anspruch 15) - 20), dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Schallfilter gleichzeitig als teilweise mitschwingende Schallschlucker verwendet werden.

   Anspruch 22) Verfahren nach Anspruch 1) - 21), dadurch gekennzeichnet, daß vor der gesamten Anordnung ein schalldurchlässiger Stoff mit einem Absorptionskoeffizienten kleiner als 10% und einem Reflexionsvermögen von weniger als 5% angebracht wird.

   Neuer Anspruch 19

   Anordnung nach Anspruch 14) - 18), dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzebenen der Schallfilter teils parallel sind, teils einen Winkel miteinander bilden.