EP0699257B1 - Schallabsorbierendes glas- oder transparentes kunstglasbauteil - Google Patents

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EP0699257B1
EP0699257B1 EP94916226A EP94916226A EP0699257B1 EP 0699257 B1 EP0699257 B1 EP 0699257B1 EP 94916226 A EP94916226 A EP 94916226A EP 94916226 A EP94916226 A EP 94916226A EP 0699257 B1 EP0699257 B1 EP 0699257B1
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glass
sound
glass component
plate
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Helmut Fuchs
Xueqin Zha
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    • Y10T428/131Glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide or metal carbide containing [e.g., porcelain, brick, cement, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a sound-absorbing glass or transparent synthetic glass component according to the preamble of claim 1, as is known from DE-G 91 16 233.6 U1.
  • Conventional sound absorbers use porous or fibrous material to convert airborne sound vibrations into heat through friction on their finely structured, as open as possible surface structure (passive absorber).
  • the roughly perforated glass pane (described in G 91 16 233.6 (with a perforated area of 5 - 30%) facing the sound field) can be used as a transparent cover with a large number of perforations, each of which has an area dimension of 20 mm 2 to 20 cm 2 , the sound passes almost unhindered to the sound-absorbing elements arranged in the air gap between the glass panes. Accordingly, only the sound energy that has entered the air gap through the holes can be absorbed there by the sound-absorbing elements.
  • the object of the invention is to provide a glass component which is sound-absorbing and remains transparent. This object is achieved by claim 1, advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
  • the new absorber itself consists exclusively of one or more completely light-transparent plates, which are hardly excitable by airborne sound waves. It is made up of a large number of very small continuous holes in its surface facing the room in connection with a cavity arranged behind it (for example in the manner of the micro-perforated plates described in [5] in front of a reverberant boundary) for the absorption of incident sound waves in a broad frequency band qualified in the listening area.
  • the holes can be made by means of drills, lasers, plasma welding systems.
  • sound absorbers that can be retrofitted and that do not interfere with the architectural design are planned to be installed parallel to the reflective glass components.
  • the principle of the micro-perforated transparent sound absorber can be advantageously implemented in 3 constructional variants.
  • the absorbers according to Figure 1 are subsequently inserted in front of the actual glass components, for example in their specified frame constructions, their physical, lighting and optical functions can be practically completely retained.
  • the holes for example with diameters d between 0.2 and 2 mm and spacing b of the holes from one another between 2 and 10 mm
  • the holes in the facing shells can be made so small and regularly that the transparency suffers only insignificantly.
  • the space between the facing shell and the glass component can be closed as indicated in Figure 1 .
  • the front cover can also be hung without a side closure. The absorption works as long as the distance is small compared to the transverse dimensions of the facing shell.
  • the front cover can be flat, oblique or layered and curved, convex or structured, for example corrugated, zigzag-nubbed, pyramid-shaped, etc.
  • the facing shell can be folded as shown in Figure 1.3 or can be arranged to span a corner.
  • the absorbers are integrated as independent components, e.g. in walls, ceilings and false ceilings, or if they are placed, suspended or placed in front of existing components, then they not only enable an absorption that can be adjusted to the respective requirements, but also additionally a scattering in targeted reflections of sound waves in areas where they are harmless or where they are absorbed.
  • the absorber can also perform constructional functions: as a kind of glass building block with high sound insulation at the same time, e.g. in suspended ceiling systems according to [6] and partition walls, but also as a sound-absorbing and sound-absorbing component for enclosures, cabins and channels.
  • Versions according to Figures 2 and 3 in which the section through a component according to the invention is shown, are particularly advantageous since they can be arranged to be movable in the room and the acoustics can thus be "varied", for example, depending on the number of people in a room, fewer or more absorbing glass components are set up and so the noise, ambient noise or the background of the conversation are dampened.
  • the versions shown in Figure 3 can be hung on the ceiling in the room, for example.
  • the hatched parts are solid and can themselves be transparent, they should support or support the backdrop (cylinder, cuboid, profile).
  • the thickness of the glass components according to the invention can be between 2 and 20 mm, advantageously (because of the weight) between 4 and 8 mm.
  • the hole cross-section can be round, oval, irregular or polygonal, the hole can be parallel, conical inwards or outwards or obliquely through the plate.
  • the plate can additionally be designed to reflect outside or inside for visible or infra-red light or especially for thermal purposes.
  • Figure 7 shows another version of a single plate made of plexiglass, whereby the parameters have been changed compared to the other two Figures 5 and 6, namely the thickness with 0.2 mm, hole diameter 0.16 mm, hole spacing 1.4 mm, distance to the rear wall 600 mm and the perforated area with 1.03%.
  • the very thin plastic plates with a thickness of 0.2 mm are thicker films which then have stiffeners, so that the plates cannot be excited to vibrate by the impinging sound. These stiffeners can be thickening or glued strips of the same material.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es DE-G 91 16 233.6 U1 bekannt ist.
  • 1.Einleitung
  • 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 in G 91 16 233.6 beschriebene, grob (mit einem Lochflächenantei von 5 - 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 fast 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 auftretenden 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 Materialien. Sowohl im Bereich der technischen wie der Raum- und Bauakustik wird dabei auch eine Ausführung verlangt, die ganz auf den Einsatz poröser oder gar faseriger Dämpfungsmaterialien verzichten kann.
  • Anforderungen bei Außenbauteilen aus Glas
  • In Büro- und öffentlichen Gebäuden hat der Flächenanteil von Glasbauteilen in der Außenhaut der Gebäude ebenso wie im Innenbereich stark zugenommen. Da Glas, insbesondere 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 verhalten sich in dieser Hinsicht Räume mit konkav gekrümmten Flächen, die zu Schall konzentrationen führen können.
  • 2.Nachteile konventioneller Schallabsorber
  • 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 durchsichtige (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-Konzentrationen 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 zu schaffen, das schallabsorbierend ist und durchsichtig bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • 3.Vorteile der neuartigen Schallabsorber
  • 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 Schallabsorber 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.
  • Materialauswahl
  • Als in vieler Hinsicht ideale Baustoff 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 = 0,1 - 3 mm, bevorzugt jedoch 0,1 - 0,8 mm. In mehrschichtigen Aufbauten lassen sich gemäß Patentanmeldung DE P 43 12 886 so Resonanzabsorber aufbauen, die den gesamten interessierenden Frequenzbereich 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.
  • 3.1 als Vorsatzschalen
  • 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.
  • 3.2 als einseitig wirksame Kassetten
  • Wenn stattdessen 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 ein 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.
  • 3.3 als allseitig wirksame Kulissen
  • 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.
  • 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 Absoptionsgrade 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.
  • Bild 7 zeigt eine weitere Ausführung einer Einfachplatte aus Plexiglas, wobei die Parameter gegenüber den anderen beiden Bildern 5 und 6 geändert worden sind, nämlich die Dicke mit 0,2 mm, Lochdurchmesser 0,16 mm, Lochabstand 1,4 mm, Abstand zur Rückwand 600 mm und der Lochflächenanteil mit 1,03 %.
  • Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, mehrere Platten in größer werdendem Abstand zur Wand hin anzuordnen.
  • Bei den ganz dünnen Platten aus Kunststoff mit einer Dicke von 0,2 mm handelt es sich um dickere Folien, die dann Versteifungen aufweisen, so daß die Platten nicht zu Schwingungen durch den auftreffenden Schall anregbar sind. Diese Versteifungen können Verdickungen sein oder aufgeklebte Streifen aus demselben Material.
  • Schrifttum
    • [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 12 886.
    • [3] Ackermann, U.; Fuchs, H.V.; Rambausek, N.: Schalldämpfer-Box. DE 35 04 208
    • [4] Kiesewetter, N.; Lakatos, B.: Schallabsorbierendes Bauelement. DE 27 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 43 12 885

Claims (8)

  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 mikroperforierten Löchern mit einem Durchmesser von 0,1 - 2 mm, einem Lochabstand von 2 - 20 mm und einer Plattendicke von 0,2 - 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 0,1 - 0,8, vorzugsweise von 0,2 - 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.
  7. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Platte derart steif ausgebildet ist, oder Versteifungen aufweist, so daß die Platte nicht durch Schallwellen im hörbarem Spektrum zu Schwingungen anregbar ist.
  8. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere Platten hintereinander vorgesehen sind.
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