EP2203728B1 - Schallabsorber - Google Patents

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EP2203728B1
EP2203728B1 EP08841320.8A EP08841320A EP2203728B1 EP 2203728 B1 EP2203728 B1 EP 2203728B1 EP 08841320 A EP08841320 A EP 08841320A EP 2203728 B1 EP2203728 B1 EP 2203728B1
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EP
European Patent Office
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sound
sound absorber
porous
absorber according
areas
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08841320.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2203728A2 (de
Inventor
Frank Zickmantel
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SilenceResearch GmbH
Original Assignee
SilenceResearch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by SilenceResearch GmbH filed Critical SilenceResearch GmbH
Publication of EP2203728A2 publication Critical patent/EP2203728A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2203728B1 publication Critical patent/EP2203728B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162Selection of materials
    • G10K11/168Plural layers of different materials, e.g. sandwiches
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/82Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to sound only
    • E04B1/84Sound-absorbing elements
    • E04B2001/8457Solid slabs or blocks
    • E04B2001/8461Solid slabs or blocks layered

Definitions

  • the invention relates to a sound absorber having the features of the preamble, for example known from the publication DE 24 37 947 OS.
  • porous materials are suitable for damping rooms.
  • Typical building materials can be found, for example, in acoustic ceilings.
  • the matching ratio of a porous so-called ⁇ / 4 absorber according to 800 ⁇ ⁇ * d ⁇ 2400 Pa * s / m to account for at least 80% sound absorption.
  • a body moving at a velocity relative to a gaseous or liquid medium undergoes a flow resistance in the form of a force opposing the direction of movement.
  • Strömungs represents the length-specific flow resistance and d the layer thickness of the absorber.
  • the flow resistance of the porous absorber must therefore be chosen so that the sound wave can penetrate into it and the particle movement forced by the airborne sound is damped by friction in the Maferialsfruktur of the absorber. Excessively high flow resistances lead to reflection at the front layer of the absorber, whereas too low a penetration of the absorber without frictional losses.
  • Porous Hall absorbers usually have a homogeneous, sound-absorbing layer. But there are also wedge-shaped structures, for example, for lining refiexionsarmer spaces. Wedge-shaped structures are achieved by - to the space boundary surfaces - homogeneous rising flow resistance. The mixing ratio of air to fiber material, which forms the porous material, then grows steadily in the direction of the space boundary surface. The aim is to achieve uniformly high sound absorption over the entire frequency range.
  • foams could also be arranged in layers in order to realize a wedge-shaped structure, wherein from layer to layer in the direction of the space boundary surface the amount of material could increase and the pores in the material could decrease. From layer to layer, attention should then be paid to adapted flow conditions in order to minimize sound reflections at boundary layers and thus to approach the ideal wedge-shaped structure. The input impedances of the different layers would then be similar.
  • a sound absorber comprising porous fibrous material
  • the fibers may be made of plastic or metal. Porous material to be absorbed by the sound, but may also consist of other materials such as foams, such as the publication DE 4027511 C1 can be seen. It is essential that it is an open-pored system. The sound should be able to penetrate into the porous material and be converted here into heat.
  • plate resonators are used.
  • a plate resonator is in the pamphlet DE 10213107 A1 described.
  • the plate resonator known therefrom comprises a swingably mounted metal plate. The principle is based on the fact that the plate is set in motion, so that sound is converted into kinetic energy of the plate. Behind such a plate is arranged an attenuating medium, such as air or another damping material. Here, the kinetic energy of the plate is converted into heat. Corresponding frequencies are absorbed in accordance with the set resonance frequency of such a plate resonator. It succeeds so to be able to absorb low frequencies despite low depth. However, such a plate resonator only absorbs certain frequencies according to the set resonance frequency. In addition, the plate resonator is relatively expensive due to the metal plate.
  • Helmholtz resonators are used. These include a perforated plate with a volume behind. It takes a relatively large volume of air behind a perforated plate to absorb low frequencies can. A Helmholtz resonator therefore consumes a relatively large amount of space. Also, a single Helmholtz resonator can only absorb a set relatively small frequency range. A Helmholtz resonator is from the publication DE 89161 79 U1 or from the publication EP 1570138 A1 out.
  • a sound absorber comprising two different porous materials.
  • One of the two porous materials is chosen so that the sound absorber is mechanically stable.
  • the second porous material is chosen so that it is particularly inexpensive. So the manufacturing costs should be reduced.
  • this solution has the problem of having to provide a high depth, in order to absorb even low frequencies can.
  • the publication WO 03/031229 discloses a sound absorber with porous material for insulating sound with adjacent regions of the porous material where there is an impedance discontinuity between two adjacent regions of the porous material. Impedance jumps occur between two adjacent regions of the porous material. In this case, the adjoining regions formed of porous material are selected so that there are at least two different interfaces between the regions which have different sized impedance jumps.
  • a sound absorber which has a plurality of porous layers or regions. No air gaps remain between the porous layers or areas. The transition from a porous layer to an adjacent porous layer is accompanied by an impedance jump. This means that the input impedance or the input resistance of a porous region differs so significantly from the input impedance of an adjacent porous region that low frequencies below 600 Hz, preferably below 500 Hz, are absorbed. In particular, will Sound with a frequency of less than 600 Hz at least 50%, preferably at least 80% absorbed.
  • At least 50% of the sound is absorbed at frequencies in the particularly interesting range between about 200 to about 700 Hz, preferably at least 80%. This information applies throughout the entire frequency range mentioned.
  • sound is absorbed with all audible frequencies from 250 Hz to at least 80%. In particular, this is possible even with a maximum of 10 cm thick, surface mounted on a wall or ceiling claimant absorber.
  • the claimed absorber comprises in one embodiment, no other components such as plates and the like.
  • a different sound propagation velocity in different porous layers or a different input resistance is regularly present when the densities, the flow resistances or the porosities of two porous layers or regions are different. If a porous layer differs from another porous layer only by the density, porosity or flow resistance, then the two porous layers necessarily have a different input resistance. Other parameters such as compression hardness and tensile strength of a porous layer also affect the input impedance.
  • thermal frictional effect in the porous material is desired, especially to absorb even higher frequencies.
  • the thermal frictional effect which forms the basis of conventional porous sound absorbers, is according to the invention but only one column of the absorptive mechanism of action. Above all, the effect known in physics as refraction is exploited. At the boundary layer between two materials of different input resistances, for example due to a different density or different flow resistances, an impedance jump occurs. This leads to a phase jump of the sound wave, so that a sound absorption effect is made possible.
  • An absorber according to the present invention thus consists of at least two, preferably at least three, porous layers or regions which are different. It is essential that the boundary layer between the layers or regions be such that they are connected to an impedance discontinuity.
  • the impedance jumps are suitable to choose large, in order to absorb low frequencies well.
  • an impedance jump may not be so great that sound no longer passes from one material to the other material.
  • Regularly a large impedance jump is achieved when the densities of two adjacent porous layers or regions differ widely, preferably by at least 20 kg / m 3 or when the flow resistances differ widely, preferably by at least 5 kPa s / m 2 ,
  • the problem is the low frequencies.
  • To absorb high frequencies is relatively easy and inexpensive.
  • By or the impedance jumps can be achieved that low frequencies can be absorbed very well.
  • the greater an impedance jump the lower the frequencies that can be absorbed.
  • a sound absorber according to the present invention consists of several different porous layers or regions, so that different sized impedance jumps occur. This ensures that low frequencies are absorbed broadband. If there are several different layers with boundary layers that always show the same impedance jump, the absorption effect is amplified with respect to a frequency or a narrow frequency band. If there are different impedance jumps, ie impedance jumps that are different in size, the spectrum that is absorbed as a result of the impedance jumps is broadened.
  • PU foams have been found that are different porous and different density.
  • Half-closed PU foams can also be used.
  • a semi-closed porous material has both open and closed pores. These are mainly PU foams based on polyester or polyether with variable cell structure, compression hardness, density, air permeability and tensile strength.
  • Foams have the advantage of having a rigid skeletal structure. If, overall, such a rigid skeleton structure exists, it is stimulated in addition to the vibration. This causes additional absorption.
  • porous material with a relatively high input resistance where the sound enters the absorber.
  • Such an entry region usually comprises openings through which the sound can pass into the porous material.
  • the entrance area can through. a plate or foil with holes or a perforation may be formed. This is adjacent to the material with the relatively large input resistance. Behind this, there is one or more porous areas with lower input resistance.
  • a sound absorber for this reason at the beginning of the absorber to a semi-closed porous material. Fully open-pore materials are then spatially located behind the semi-closed porous material. The desired absorption of low frequencies is achieved particularly well.
  • the various porous layers or areas are pressed together in the claimed sound absorber.
  • they are housed in a suitably sized box or housing.
  • the box or the housing is at an entrance side for Sound sealed with a porous or holey surface.
  • the porous layers are then under pressure and thus pressed in the box.
  • a box or housing which is acoustically permeable not only from a front side, but also laterally, so that sound can also easily penetrate laterally into the porous material.
  • edge diffraction effects are exploited, which additionally provide for absorption.
  • the sound absorption is further optimized.
  • an embodiment of the invention in which are provided in a box or housing front and side holes for the penetration of sound waves.
  • porous layers are preferably not only stacked on top of each other, but also laterally against an already existing layer system.
  • impedance jumps This ensures that sound which penetrates laterally into a box is absorbed not only due to edge absorption, but also as a result of phase jumps on boundary layers.
  • the porous system consists of a plurality of cubes, cuboids or the like, which are adjacent to each other and one above the other.
  • the materials of the cubes etc. are chosen such that large impedance jumps between the boundary layers in the sense of the present invention are present at least regularly. This ensures that sound that moves through the porous material is constantly confronted with large impedance jumps. Irrespective of the angle at which or from which side sound penetrates into the absorber, it always passes through boundary layers with large impedance jumps.
  • FIG. 1 is intended to illustrate why porous absorbers according to the prior art must have a high depth to absorb even low frequencies satisfactorily.
  • the dotted line a) shows the wavelength of a sound wave having a low frequency, which strikes a space boundary surface 2 after passing through a porous layer 1.
  • the maximum speed of sound lies outside of the porous layer 1 acting as a sound absorber.
  • the low frequency is hardly absorbed.
  • the fast maximum 3 lies within the porous layer 1, as the dashed line b) illustrates. Sound with the wavelength b) is therefore absorbed optimally. This makes it clear that a porous absorber must be very thick or have a large depth, if the absorption is based solely on the porosity of the material 1 and low frequencies are to be absorbed.
  • FIG. 2 shows a first embodiment.
  • a porous absorber layer 1a ie a region of porous material
  • the input resistance is therefore small.
  • a porous absorber layer 1b Behind and to the side is a porous absorber layer 1b with small pores.
  • the input resistance of this absorber layer is large. Therefore, an impedance discontinuity occurs between the front layer 1d and the layer 1b behind it, with which an absorption of low frequencies below 500 Hz is achieved.
  • FIG. 3 shows another structure of the various aforementioned porous layers 1a, 1b and 1c, which are pressed against a wall 2 through a housing, not shown.
  • a plate which is anchored, for example by means of rods in the wall.
  • Sound can enter through the plate, so the plate is provided with holes.
  • the porous layers are arranged exclusively parallel to the wall 2.
  • the entrance region begins with a layer 1 b, which is provided with small pores and has a larger input resistance or input impedance in comparison to the layers 1 a and 1 c arranged behind it in the direction of the wall.
  • FIG. 4 shows another possible embodiment.
  • the different porous layers 1a, 1b and 1c are horizontally superimposed and pressed against a wall 2.
  • the sound also
  • the sound can enter from above and / or below in the porous layers, since then the sound especially reliably passed through many different barrier layers with impedance jumps.
  • Such an embodiment is preferable when, for example, a sound absorber is to be placed behind an object such as a cabinet, since in such an arrangement, entry from the front is obstructed by the object.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the absorbing region consists of a plurality of porous rectangles 1a, 1b and 1c, which are arranged one above the other and next to each other so that in each direction a plurality of impedance jumps occurs. Regardless of which side of the sound enters, it always passes through a plurality of boundary layers, at which impedance jumps occur that lead to the absorption of low frequencies. Such a structure is also for an accommodation in niches particularly well suited.
  • a corresponding housing, in which the porous rectangles are located is then preferably designed such that sound can enter the housing from the front, from both sides, from above and from below. However, it can also satisfy an anchored plate again to fix the porous areas and visually shield.
  • FIG. 6 illustrates a particularly preferred embodiment, which is arranged behind a cabinet 4.
  • the various porous areas 1a, 1b and 1c are vertically aligned, abut against a wall 2 and extend to the floor on which the cabinet 4 stands. If sound is introduced laterally into the porous regions 1a, 1b or 1c as indicated by the arrows 5, the sound passes through interfaces with impedance jumps which cause the absorption of low frequencies. If the sound penetrates from above along the arrow 6, sound does not necessarily pass through interfaces with impedance jumps. But the distance to reach the bottom is very long, so that then low frequencies are absorbed for this reason.
  • Such a structure eliminates the need for a special housing since the porous areas can be secured to the back of the cabinet,
  • the claimed sound absorber is used, for example, in modern interior design. Especially in the age of increased communication needs and high levels of telecommunications, human speech is the major source of disability at work. The optimization of the room acoustics of office, administration or open-plan offices must therefore take place under the aspects of the human speech spectrum.
  • Figure 7a shows the typical male and female speech spectrum of humans. It is clear that high sound pressure levels occur in the frequency range between about 100 and about 700 Hz, which can be extensively dampened with the absorber according to the invention already at depths of 20 cm, but also of only 10 cm.
  • FIG. 7b illustrates the perception of the human spectrum as a function of the listening threshold of 60 dB. Accordingly, it is especially in rooms where sound is generated by human voices as in open-plan offices or banks to be able to absorb sound with frequencies from about 200 Hz to at least about 700 Hz extensively. This is achieved by the claimed absorber and is even superior to a plate resonator in this particularly interesting frequency range.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which the various porous layers 1a, 1b, 1 c rest on a perforated, suspended ceiling 7, which is mounted below a ceiling 8 with suspensions 9.
  • the sound absorber can be installed in partitions, but also on the front of furniture pieces in a particularly inconspicuous manner. It can be attached to walls or ceilings, such as behind perforated panels that are attached to the wall or ceiling and that press the various porous areas against a wall or ceiling. It can be installed in lintel areas or buildings, as its shape can be adapted very variably to the available space. It can be housed inconspicuously behind thermally functional wall or ceiling elements.
  • FIG. 9 shows results obtained with a sound absorber according to the invention compared to a Plottenresonator.
  • the measurements were carried out in a reverberation room with statistical sound incidence according to DIN EN ISO 354.
  • statistical sound incidence it is assumed that the sound pressure incident on a measuring microphone or on a boundary surface of all angles of incidence is the same and also independent of location.
  • the curve a) shows the measured result for a plate resonator with porous cover layer, the structure in FIG. 10 will be shown.
  • the in FIG. 10 shown plate resonator comprises a porous cover layer 1-0 with a thickness of 0.03 m, a length-specific flow resistance of 4.7. kPas / m 2 and a density of 20 kg / m 3 .
  • Below the cover layer 10 is a metal plate 11 with a thickness of 0.001 m and a density of 7800 kg / m 3 .
  • a porous layer 12 with a thickness of 0.07 m, a length-specific flow resistance of 11.5 kPas / m 2 and a density of 40 kg / m 3 arranged.
  • the porous layer 12 adjoins a reverberant wall 13.
  • the other in FIG. 9 The curve shown relates to a sound absorber according to the invention, the basic structure in FIG. 11 will be shown.
  • the sound absorber consists of five different porous foam layers 14, 15, 16, 17 and 18, which adjoin a reverberant wall 13.
  • both the plate resonator and the absorber according to the invention were housed in a same housing 19, which consisted of a sheet steel frame with small perforated front.
  • the air permeability represents a measure of the flow resistance.
  • the layer 15 is not an open-pored foam, but rather a semi-closed one.
  • the plate resonator (curve a) is somewhat superior to the sound absorber according to the invention. However, this changes already from frequencies of about 150 Hz. In the range of the largest Publasst, however, the absorber according to the invention is superior to the plate resonator, and in most cases very clearly. The absorber according to the invention can therefore not only cheaper compared be made to plate resonator. It is also much better suited to absorbing in rooms such sounds caused by human speech. By the sound absorber according to the invention succeeded in absorbing the sound of more than 80%, even at low frequencies of less than 500 HZ.
  • porous, homogeneously constructed sound absorbers with a thickness of 10 cm can not achieve approximately as good absorption values as the investigated disk resonator according to curve a) and the sound absorber according to the invention according to FIG.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schallabsorber mit den Merkmalen des Oberbegriffs, zum Beispiel bekannt aus der Druckschrift DE 24 37 947 OS.
  • Es ist bekannt, dass sich offenporige Materialien zur Bedämpfung von Räumen eignen. Typische Bausubstanzen finden sich bspw. in Akustikdecken wieder. Dabei ist das Anpassungsverhältnis eines porösen sogenannten λ/4-Absorbers gemäß 800 < Ξ * d < 2400 Pa * s / m
    Figure imgb0001
    zu berücksichtigen, um mindestens 80 % Schallabsorption zu erzielen. Ein Körper, der sich mit einer Geschwindigkeit relativ zu einem gasförmigen oder flüssigen Medium bewegt, erfährt einen Strömungswiderstand in Form einer der Bewegungsrichtung entgegengesetzt wirkende Kraft. Ξ stellt den längenspezifischen Strömungswiderstand und d die Schichtdicke des Absorbers dar. Der Strömungswiderstand des porösen Absorbers muss demnach so gewählt werden, dass die Schallwelle in diesen eindringen kann und die durch den Luftschall erzwungene Teilchenbewegung durch Reibung in der Maferialsfruktur des Absorbers gedämpft wird. Zu hohe Strömungswiderstände führen dabei zur Reflexion an der Frontschicht des Absorbers, zu niedrige hingegen zu einer Durchdringung des Absorbers ohne Reibungsverluste.
  • Poröse Sdhallabsorber weisen üblicherweise eine homogene, Schall absorbierende Schicht auf. Es gibt aber auch keilförmige Strukturen, beispielsweise zur Auskleidung refiexionsarmer Räume. Keilförmige Strukturen werden durch - zu den Raumbegrenzungsflächen hin - homogen ansteigende Strömungswiderstände erreicht. Das Mischverhältnis aus Luft zu Fasermaterial, welches das poröse Material bildet, wächst dann in Richtung Raumbegrenzungsfläche stetig an. Dabei wird eine gleichmäßig hohe Schallabsorption über den gesamten Frequenzbereich angestrebt.
  • Es ist auch möglich, eine keilförmige Struktur mit Hilfe von Schaumstoffen auf einfache Weise näherungsweise zu realisieren. So ist bekannt, faserige oder poröse Würfel in zur Wand hin zunehmender Größe und Dichte an senkrechten Drähten aufzufädeln. Zwischen den einzelnen sind bei dieser bekannten Lösung Abstände vorgesehen.
  • Verschiedene Schaumstoffe könnten zur Realisierung einer keilförmigen Struktur auch schichtförmig hintereinander angeordnet werden, wobei von Schicht zu Schicht in Richtung Raumbegrenzungsfläche die Materialmenge zunehmen und die Poren in dem Material abnehmen könnten. Von Schicht zu Schicht wäre dann auf angepasste Strömungsverhältnisse zu achten, um Schallreflexionen an Grenzschichten zu minimieren und sich so der idealen keilförmigen Struktur anzunähern. Die Eingangsimpedanzen der verschiedenen Schichten wären dann ähnlich.
  • Aus den Druckschriften "Mechel, F. (1995) Schallabsorber Band 2, Innere Schallfelder, Strukturen. Hirzel Verlag Stuttgart - Leipzig" sowie "Mechel, F. (1998) Schallabsorber Band 3, Anwendungen. Hirzel Verlag Stuttgart - Leipzig" ist bekannt ist, wie eine Eingangsimpedanz eines porösen Schallabsorber vor schallharter Rückwand bestimmt werden kann. Insbesondere zur Absorption tiefer Frequenzen werden enorme Bautiefen des aus porösem Material bestehenden Absorbers auf Grund der langen Wellenlängen benötigt, da am meisten Energie umgewandelt werden kann, wenn das Absorptionsmaterial im Schnellemaximum der Schallwelle bei λ/4 gemäß Figur 1 eingreifen kann. Für den technischen Innenausbau muss daher bereits bei der Rohbauplanung ein erheblich größeres Volumen berücksichtigt werden, so dass im Extremfall durch die Verwendung poröser Materialien nur noch die Hälfte als Nutzvolumen zur Verfügung steht.
  • Im gewerblichen Innenausbau steht die Kostenoptimierung an erster Stelle. Um Kosten einzusparen, werden heutzutage bereits Rohbauhöhen von Gebäudeetagen reduziert, so dass oftmals Akustikdecken mit unzureichender Abhanghöhe installiert werden müssen. Dies führt zwangsläufig zu Enfwicklungsansätzen von Schallabsorbern, welche auch bei deutlich reduzierter Bautiefe einen großen Absorptionskoeffizienten bis zu tiefen Frequenzen aufweisen.
  • Aus der Druckschrift DE 295 02 964 U1 ist ein Schallabsorber bekannt, der poröses, aus Fasern bestehendes Material umfasst. Die Fasern können aus Kunststoff oder Metall bestehen. Poröses Material, mit dem Schall absorbiert werden soll, kann aber auch aus anderen Materialien wie Schäumen bestehen, wie der Druckschrift DE 4027511 C1 zu entnehmen ist. Wesentlich ist, dass es sich um ein offenporiges System handelt. Der Schall soll in das poröse Material eindringen können und hier in Wärme umgewandelt werden.
  • Je länger die Wellenlänge von Schall ist, um so größer muss die Tiefe eines solchen Absorbers sein, um auch tiefe Frequenzen erfolgreich absorbieren zu können. Um auch tiefe Frequenzen absorbieren zu können, ist ein großes Bauvolumen eines solchen Schallabsorbers erforderlich, wie der DE 4027511 C1 zu entnehmen ist. Es müssen dann relativ dicke Absorber eingesetzt werden. Zum einen wird so der zur Verfügung stehende Raum reduziert. Zum anderen sind solche Absorber vergleichsweise teuer, da relativ viel Material eingesetzt werden muss.
  • Um mit kleinen Bautiefen dennoch breitbandig und vor allem auch tiefe Frequenzen absorbieren zu können, wird gemäß der DE 4027511 C1 vorgeschlagen, einen hybriden Schallabsorber bereitzustellen, der neben einem konventionellen, passiven Absorber ein elektronisches System umfasst, mit dem Schall gedämpft wird. Es wird also ein technisch hoher Aufwand betrieben, der außerdem eine Stromversorgung erfordert.
  • Aus den Druckschriften DE 4113628 C2 sowie DE 2408028 A1 gehen Schallabsorber hervor, die poröses Material, welche geschlossene Poren aufweisen, umfassen.
  • Um ein großes Bauvolumen zu vermeiden, werden alternativ sogenannte Plattenresonatoren,eingesetzt. Ein solcher Plattenresonator wird in der Druckschrift DE 10213107 A1 beschrieben. Der hieraus bekannte Plattenresonator umfasst eine schwingfähig gelagerte, aus Metall bestehende Platte. Das Prinzip beruht darauf, dass die Platte in Bewegung gesetzt wird, also Schall in kinetische Energie der Platte umgesetzt wird. Hinter einer solchen Platte ist ein.dämpfendes Medium, wie zum Beispiel Luft oder ein anderes dämpfendes Material angeordnet. Hier wird die Bewegungsenergie der Platte in Wärme umgesetzt. Entsprechend der eingestellten Resonanzfrequenz eines solchen Plattenresonators werden entsprechende Frequenzen absorbiert. Es gelingt so, trotz geringer Bautiefe tiefe Frequenzen absorbieren zu können. Allerdings absorbiert ein solcher Plattenresonator nur bestimmte Frequenzen entsprechend der eingestellten Resonanzfrequenz. Außerdem ist der Piattenresonator aufgrund der Metallplatte relativ teuer.
  • Um bei einem Plattenresonator zusätzlich zu niedrigen Frequenzen auch hohe Frequenzen zu absorbieren, werden Ptattenresonatoren beispielsweise mit Schaumstoffmaterialien kombiniert, wie der Druckschrift WO 96/26331 A1 zu entnehmen ist. Der Plattenresonator wird dann so eingestellt, dass tiefe Frequenzen herausgefiltert werden. Die hohen Frequenzen werden durch das poröse Material herausgefiltert. Zwar wird bei einer solchen Lösung ein relativ großes Spektrum an Frequenzen absorbiert. Allerdings ist ein zusätzlicher Materialaufwand erforderlich, der Kosten verursacht und den Platzbedarf vergrößert.
  • Alternativ werden sogenannte Helmholtz-Resonatoren eingesetzt. Diese umfassen eine gelochte Platte mit einem dahinter befindlichen Volumen. Es ist ein relativ großes Luftvolumen hinter einer gelochten Platte erforderlich, um tiefe Frequenzen absorbieren zu können. Ein Helmholtz-Resonator verbraucht also wiederum relativ viel Platz. Auch kann ein einzelner Helmholtz-Resonator nur einen eingestellten relativ kleinen Frequenzbereich absorbieren. Ein Helmholtz-Resonator geht aus der Druckschrift DE 89161 79 U1 oder aber aus der Druckschrift EP 1570138 A1 hervor.
  • Anstelle von gelochten Platten werden bei einem Helmholtz-Resonator auch Platten oder Folien mit Mikroporen eingesetzt, wie aus der Druckschrift DE 10151474 A1 bekannt ist. Es ergibt sich eine zusätzliche Absorption an den Rändern der Mikroporen. Dadurch wird die Wirkungsweise eines Helmholtz-Resonators verbessert.
  • Aus der Druckschrift DE 7427551 U ist ein Schallabsorber bekannt, der zwei verschiedene poröse Materialien umfasst. Eine der beiden porösen Materialien ist so gewählt, dass der Schallabsorber mechanisch stabil ist. Das zweite poröse Material ist so gewählt, dass es besonders preiswert ist. So sollen die Herstellungskosten reduziert werden. Nach wie vor besteht bei dieser Lösung das Problem, eine hohe Bautiefe vorsehen zu müssen, um auch tiefe Frequenzen absorbieren zu können.
  • Die Druckschrift WO 03/031229 offenbart einen Schallabsorber mit porösem Material zur Dämmung von Schall mit aneinander grenzenden Bereichen des porösen Materials, bei denen es einen Impedanzsprung zwischen zwei aneinander grenzenden Bereichen des porösen Materials gibt. Zwischen zwei aneinander grenzenden Bereichen des porösen Materials kommt es zu Impedanzsprüngen. Dabei sind die aneinander grenzenden, aus porösem Material gebildeten Bereiche so gewählt, dass es wenigstens zwei verschiedene Grenzflächen zwischen den Bereichen gibt, die unterschiedlich große Impedanzsprünge aufweisen.,
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen preiswerten Schallabsorber bereitzustellen, der trotz geringer Bautiefe breitbandig Schall zu absorbieren vermag und zwar vor allem auch tiefe Frequenzen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Schallabsorber gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schallabsorber bereitgestellt, der eine Mehrzahl an porösen Schichten oder Bereichen aufweist. Zwischen den porösen Schichten oder Bereichen verbleiben keine Luftspalte. Der Übergang von einer porösen Schicht zu einer benachbarten porösen Schicht geht mit einem impedanzsprung einher. Dies bedeutet, dass die Eingangsimpedanz bzw der Eingangswiderstand eines porösen Bereiches sich von der Eingangsimpedanz eines benachbarten porösen Bereiches derart deutlich unterscheidet, dass hierdurch tiefe Frequenzen unterhalb von 600 Hz, vorzugsweise unterhalb von 500 Hz absorbiert werden. Insbesondere wird Schall mit einer Frequenz von weniger als 600 Hz zu wenigstens 50%, vorzugsweise zu wenigstens 80% absorbiert.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird so erreicht, dass wenigstens 50% des Schalls mit Frequenzen im besonders interessierenden Bereich zwischen ca. 200 bis ca. 700 Hz absorbiert wird, vorzugsweise wenigstens 80%. Diese Angabe bezieht sich durchgehend auf den gesamten genannten Frequenzbereich. Vorzugsweise wird Schall mit sämtlichen hörbaren Frequenzen ab 250 Hz zu wenigstens 80% absorbiert. Insbesondere gelingt dies selbst mit einem nur maximal 10 cm dicken, flächig an einer Wand oder Decke angebrachten anspruchsgemäßen Absorber.
  • Abgesehen von einem Gehäuse für die porösen Schichten bzw. Bereiche umfasst der anspruchsgemäße Absorber in einer Ausführungsform keine weiteren Bauteile wie Platten und dergleichen.
  • Ist die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in einer porösen Schicht anders im Vergleich zur angrenzenden porösen Schicht, so liegt ein Impedanzsprung vor.
  • Eine unterschiedliche Schallausbreitungsgeschwindigkeit in verschiedenen porösen Schichten bzw. ein unterschiedlicher Eingangswiderstand liegt regelmäßig dann vor, wenn die Dichten, die Strömungswiderstände oder die Porositäten von zwei porösen Schichten oder Bereichen unterschiedlich sind. Unterscheidet sich eine poröse Schicht von einer anderen porösen Schicht nur durch die Dichte, Porosität oder den Strömungswiderstand, so weisen die beiden porösen Schichten zwingend einen unterschiedlichen Eingangswiderstand auf. Weitere Parameter wie Stauchhärte und Zugfestigkeit einer porösen Schicht wirken sich ebenfalls auf die Eingangsimpedanz aus.
  • Je größer ein Impedanzsprung ist, um so tiefer sind die Frequenzen, die als Folge des Impedanzsprungs absorbiert werden. Von Bedeutung sind also die Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen, porösen Schichten, die mit sprunghaften Änderungen der Eingangswiderstände einhergehen.
  • Zwar wird ein thermischer Reibungseffekt im porösen Material erwünscht und zwar vor allem, um auch höhere Frequenzen zu absorbieren. Der thermische Reibungseffekt, der die Grundlage bei konventionellen porösen Schallabsorbern bildet, ist erfindungsgemäß aber nur eine Säule des absorptiven Wirkungsmechanismus. Es wird vor allem auch der in der Physik als Brechung bekannte Effekt ausgenutzt. An der Grenzschicht zwischen zwei Materialien unterschiedlicher Eingangswiderstände beispielsweise aufgrund einer unterschiedlichen Dichte oder unterschiedlicher Strömungswiderstände kommt es zu einem Impedanzsprung. Dies führt zu einem Phasensprung der Schallwelle, so dass ein Schallabsorptionseffekt ermöglicht wird. Bei häufig wechselnden Übergängen und porösen Materialien mit jeweils geeignet unterschiedlichen Eingangswiderständen können im Gegensatz zu ausschließlich porösen Schichten mit homogenen oder stetig steigenden Eingangswiderständen deutlich höhere Schallabsorptlonsgrade im Bereich tiefer Frequenzen insbesondere zwischen auch zwischen 200 Hz und 700 Hz - erzielt werden.
  • Ein Absorber gemäß der vorliegenden Erfindung besteht also aus wenigstens zwei, vorzugsweise aus wenigstens drei porösen Schichten oder Bereichen, die unterschiedlich sind. Wesentlich ist-, dass die Grenzschicht zwischen den Schichten oder Bereichen so sind, dass diese mit einem Impedanzsprung verbunden sind. Die lmpedanzsprünge sind geeignet groß zu wählen, um tiefe Frequenzen gut absorbieren zu können.
  • Ein Impedanzsprung darf allerdings nicht so groß sein, dass Schall nicht mehr von dem einen Material in das andere Material gelangt. Regelmäßig wird ein großer Impedanzsprung erreicht, wenn die Dichten von zwei aneinander grenzenden, porösen Schichten oder Bereichen sich stark unterscheiden und zwar vorzugsweise um wenigstens 20 kg/m3 oder wenn sich die Strömungswiderstände stark unterscheiden und zwar vorzugsweise um wenigstens 5 kPa s/m2.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird der Gedanke verlassen, ein Frequenzspektrum gleichmäßig absorbieren zu wollen: Problematisch sind die tiefen Frequenzen. Hohe Frequenzen zu absorbieren, ist relativ einfach und preiswert möglich. Durch den oder die Impedanzsprünge kann erreicht werden, dass tiefe Frequenzen besonders gut absorbiert werden können. Je größer ein Impedanzsprung ist, um so tiefere Frequenzen können absorbiert werden.
  • Das Vorsehen eines Impedanzsprungs steht im Widerspruch zu den aus dem Stand der Technik bekannten herrschenden Meinungen: Demnach ist bei unterschiedlichen, porösen Materialien auf möglichst geringe Unterschiede von Eingangsimpedanzen zu achten, um Reflexionen an Grenzschichten zu minimieren, um so zu guten Absorptionsergebnissen zu gelangen.
  • Bevorzugt besteht ein Schallabsorber nach der vorliegenden Erfindung aus mehreren verschiedenen porösen Schichten oder Bereichen, so dass unterschiedlich große Impedanzsprünge auftreten. So wird erreicht, dass tiefe Frequenzen breitbandig absorbiert werden. Gibt es mehrere verschiedene Schichten mit Grenzschichten, die stets den gleichen Impedanzsprung zeigen, so wird der Absorptionseffekt in Bezug auf eine Frequenz bzw. ein schmales Frequenzband verstärkt. Gibt es unterschiedliche Impedanzsprünge, also Impedanzsprünge, die unterschiedlich groß sind, so wird das Spektrum verbreitert, welches infolge der Impedanzsprünge absorbiert wird.
  • Es ist so möglich, tiefe Frequenzen und zwar vor allem auch die besonders interessierenden Frequenzen von ca. 200 bis ca. 700 Hz mit einem lediglich 10 cm dicken System gut zu absorbieren. Da im Übrigen übliches poröses Material bereitgestellt wird, werden auch höhere Frequenzen durch einen anspruchsgemäßen Schallabsorber gut absorbiert. Insgesamt gelingt so eine breitbandige Schallabsorption, mit der vor allem auch die tiefen Frequenzen selbst bei Bautiefen von lediglich 10 cm absorbiert werden.
  • Als besonders geeignetes poröses Material haben sich PU-Schäume herausgestellt, die unterschiedlich porös und unterschiedlich dicht sind. Es können auch halbgeschlossen PU-Schäume eingesetzt werden. Ein halbgeschlossenes poröses Material weist offene sowie geschlossene Poren auf. Es handelt sich vor allem um PU-Schäume auf Basis von Polyester oder Polyether mit variabler Zellstruktur, Stauchhärte, Dichte, Luftdurchlässigkeit und Zugfestigkeit.
  • Besonders bevorzugt werden lediglich Schäume, nicht aber faserige Materialien zur Bereitstellung von porösem Material eingesetzt. Schäume weisen den Vorteil auf, eine starre Skelettstruktur zu haben. Liegt insgesamt eine solche starre Skelettstruktur vor, so wird diese.zusätzlich zur Schwingung angeregt. Dies bewirkt eine zusätzliche Absorption.
  • Von Vorteil ist es, zunächst poröses Material mit einem relativ hohen Eingangswiderstand dort vorzusehen, wo der Schall in den Absorber eintritt. Ein solcher Eintrittsbereich umfasst in der Regel Öffnungen, durch die der Schall in das poröse Material hinein gelangen kann. Der Eintrittsbereich kann durch. eine Platte oder Folie mit Löchern oder eine Perforierung gebildet sein. Hieran grenzt das Material mit dem relativ großen Eingangswiderstand an. Dahinter gibt es dann einen oder mehrere poröse Bereiche mit niedrigerem Eingangswiderstand.
  • Beispielsweise weist ein Schallabsorber aus diesem Grund eingangs des Absorbers ein halbgeschlossenes poröses Material auf. Vollständig offenporige Materialien sind dann räumlich hinter dem halbgeschlossenen porösen Material angeordnet. Die angestrebte Absorption von tiefen Frequenzen wird so besonders gut erreicht.
  • Die verschiedenen porösen Schichten oder Bereiche sind beim anspruchsgemäßen Schallabsorber aneinander gepresst. Um die porösen Schichten oder Bereiche aneinander zu pressen, werden diese in einem entsprechend dimensionierten Kasten oder Gehäuse untergebracht. Der Kasten bzw. das Gehäuse wird an einer Eintrittsseite für Schall mit einer porösen oder löchrigen Fläche verschlossen. Die porösen Schichten befinden sich dann unter Druck und damit gepresst in dem Kasten.
  • Durch den Pressdruck wird erreicht, dass die Skelettstrukturen der einzelnen porösen Schichten gegeneinander schwingen. Hierdurch wird ein zusätzlicher Schallabsorptionseffekt erzielt.
  • Um die Schallabsorption weiter zu optimieren, wird ein Kasten oder Gehäuse vorgesehen, der bzw. das nicht nur von einer Fronfseite, sondern auch seitlich akustisch durchlässig ist, so dass Schall auch seitlich leicht in das poröse Material eindringen kann. So werden Kantenbeugungseffekte ausgenutzt, die zusätzllch für eine Absorption sorgen. Die Schallabsorption wird so weiter optimiert.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der in einem Kasten oder Gehäuse vorne und seitlich Löcher für das Eindringen von Schallwellen vorgesehen sind. Insbesondere in einem solchen Fall werden bevorzugt poröse Schichten nicht nur übereinander gestapelt, sondern auch seitlich gegen ein bereits vorhandenes Schichtsystem. Hier wird wiederum auf große Impedanzsprünge geachtet. Dadurch wird erreicht, dass Schall, der seitlich in eine Box eindringt, nicht nur aufgrund von Kantenabsorption absorbiert wird, sondern eben auch infolge von Phasensprüngen an Grenzschichten.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das poröse System aus einer Vielzahl von Würfeln, Quadern oder dergleichen, die nebeneinander und übereinander liegen. Die Materialien der Würfel etc. sind so gewählt, dass große Impedanzsprünge zwischen den Grenzschichten im Sinne der vorliegenden Erfindung zumindest regelmäßig vorhanden sind. So wird erreicht, dass Schall, der sich durch das poröse Material bewegt, ständig mit großen Impedanzsprüngen konfrontiert wird. Unabhängig davon, unter welchem Winkel oder von welcher Seite Schall in den Absorber eindringt, so passiert dieser in jedem Fall Grenzschichten mit großen Impedanzsprüngen.
  • Dies erlaubt variable Geometrien des Absorbers. Seine Form kann dann auch an die Form von Nischen und dergleichen angepasst werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Faguren näher erläutert.
  • Figur 1 soll verdeutlichen, warum poröse Absorber nach dem Stand der Technik über eine hohe Bautiefe verfügen müssen, um auch tiefe Frequenzen zufriedenstellend absorbieren zu können. Die punktierte Linie a) zeigt die Wellenlänge einer Schallwelle mit tiefer Frequenz, die nach Passieren einer porösen Schicht 1 auf eine Raumbegrenzungsfläche 2 trifft. Das Schallschnellemaximum liegt außerhalb der als Schallabsorber wirkenden porösen Schicht 1. Die tiefe Frequenz wird kaum absorbiert. Bei höheren Frequenzen bzw. kürzeren Wellenlängen liegt schließlich das Schnellemaximum 3 innerhalb der porösen Schicht 1, wie die gestrichelte Linie b) verdeutlicht. Schall mit der Wellenlänge b) wird daher optimal absorbiert. Hieran wird deutlich, dass ein poröser Absorber sehr dick sein bzw. eine große Bautiefe aufweisen muss, wenn die Absorption lediglich auf der Porosität des Materials 1 beruht und auch tiefe-Frequenzen absorbiert werden sollen.
  • Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform. Im vorderen Eintrittsbereich für Schall ist eine poröse Absorberschicht 1a (also ein Bereich aus porösem Material) mit großen offenen Poren vorhanden. Der Eingangswiderstand ist daher klein. Dahinter und seitlich befindet sich eine poröse Absorberschicht 1b mit kleinen Poren. Der Eingangswiderstand dieser Absorberschicht ist groß. Zwischen der vorderen Schicht 1 d und der dahinter liegenden Schicht 1b tritt daher ein Impedanzsprung auf, mit dem eine Absorption von tiefen Frequenzen unterhalb von 500 Hz erzielt wird. In Richtung Wand ist hinter der Schicht 1b mit den kleinen Poren wieder eine Schicht 1a vorhanden, die große Poren aufweist. Hieran schließt sich eine Schicht 1 c mit mittelgroßen Poren und einem mittelgroßen Eingangswiderstand an. Dahinter befindet sich wiederum eine Schicht 1 b, die kleine Poren aufweist und die an eine Wand 2 angrenzt. Es gibt damit vier Impedanzsprünge in horizontaler und zwei Impedanzsprünge in vertikaler Richtung. Sämtliche Impedanzsprünge bewirken eine Absorption tiefer Frequenzen zwischen 100 und 500 Hz. Mit einem derartigen Aufbau ist es daher möglich, auch tiefe Frequenzen von 100 Hz bis 500 Hz gut absorbieren zu können.
  • Figur 3 zeigt einen anderen Aufbau der verschiedenen vorgenannten porösen Schichten 1a, 1b und 1c, die gegen eine Wand 2 durch ein nicht dargestelltes Gehäuse gepresst sind. In solchen Fällen genügt aber zur Anbringung bereits eine Platte, die beispielsweise mit Hilfe von Stangen in der Wand verankert ist. Soll wie im Fall der Figur 3 Schall durch die Platte hindurch eintreten können, so ist die Platte mit Bohrungen versehen. Die porösen Schichten sind ausschließlich parallel zur Wand 2 angeordnet. Der Eintrittsbereich beginnt mit einer Schicht 1 b, die mit kleinen Poren versehen ist und einen größeren Eingangswiderstand bzw. Eingangsimpedanz aufweist im Vergleich zu den dahinter in Richtung Wand angeordneten Schichten 1a und 1c.
  • Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform. Die verschiedenen porösen Schichten 1a, 1b und 1c liegen horizontal übereinander und sind gegen eine Wand 2 gepresst In diesem Fall ist es günstig, wenn der Schall (auch) von oben und/oder unten in die porösen Schichten eintreten kann, da dann der Schall besonders zuverlässig durch viele verschiedene Grenzschichten mit Impedanzsprüngen hindurch geleitet wird. Eine derartige Ausführungsform ist zu bevorzugen, wenn ein Schallabsorber beispielsweise hinter einem Gegenstand wie einem Schrank platziert werden soll, da bei einer derartigen Anordnung ein Eintritt von vorne durch den Gegenstand behindert wird.
  • Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der absorbierende Bereich aus einer Vielzahl von porösen Rechtecken 1a, 1b und 1c besteht, die übereinander und nebeneinander so angeordnet sind, dass in jeder Richtung eine Mehrzahl von Impedanzsprüngen auftritt. Unabhängig davon, von welcher Seite Schall eintritt, so durchläuft dieser in jedem Fall eine Mehrzahl von Grenzschichten, an denen Impedanzsprünge auftreten, die zur Absorption von tiefen Frequenzen führen. Auch ein solcher Aufbau ist für eine Unterbringung in Nischen besonders gut geeignet. Ein entsprechendes Gehäuse, in dem sich die porösen Rechtecke befinden, ist dann vorzugsweise so gestaltet, dass Schall von vorne, von beiden Seiten, von oben und von unten in das Gehäuse hinein gelangen kann. Es kann aber auch wieder eine verankerte Platte genügen, um die porösen Bereiche zu fixieren und optisch abzuschirmen.
  • Figur 6 verdeutlicht eine besonders bevorzugte Ausführungsform, die hinter einem Schrank 4 angeordnet ist. Die verschiedenen porösen Bereiche 1a, 1b und 1c sind vertikal ausgerichtet, grenzen an eine Wand 2 an und reichen bis zum Boden, auf dem der Schrank 4 steht. Bringt Schall seitlich wie durch die Pfeile 5 angedeutet in die porösen Bereiche 1a, 1b oder 1c ein, so durchläuft der Schall Grenzflächen mit Impedanzsprüngen, die die Absorption von tiefen Frequenzen bewirken. Dringt der Schall von oben entlang des Pfeiles 6 ein, so durchläuft Schall zwar nicht zwangsläufig Grenzflächen mit Impedanzsprüngen. Dafür ist die Strecke bis zum Erreichen des Boden sehr lang, so dass dann aus diesem Grund tiefe Frequenzen absorbiert werden. Bei einem solchen Aufbau kann ein besonderes Gehäuse entfallen, da die porösen Bereiche an der Rückseite des Schranks befestigt werden können,
  • Der anspruchsgemäße Schallabsorber wird beispielsweise im modernen Innenausbau verwendet. Insbesondere im Zeitalter des gestiegenen Kommunikationsbedarfs und hoher Telekommunikation ist die menschliche Sprache als Hauptstörfaktor für die Leistungsminderung am Arbeitsplatz verantwortlich. Die Optimierung der Raumakustik von Büro- Verwaltungs- oder Großraumbüros muss daher unter den Aspekten des menschliche Sprachspektrums erfolgen.
  • Figur 7a zeigt hierbei das typische männliche und weibliche Sprachspektrum des Menschen auf. Es wird deutlich, dass hohe Schalldruckpegel im Frequenzbereich zwischen ca.100 und ca. 700 Hz auftreten, welche mit dem erfindungsgemäßen Absorber bereits bei Bautiefen von 20 cm, aber auch von lediglic 10 cm umfangreich gedämpft werden können.
  • Figur 7b verdeutlicht die Wahrnehmung des menschlichen Spektrums in Abhängigkeit von der Mithörschwelle von 60 dB. Demnach kommt es bei vor allem in Räumen, in denen Schall durch menschliche Stimmen erzeugt wird wie in Großraumbüros oder Banken darauf an, Schall mit Frequenzen ab ca. 200 Hz bis wenigstens ca. 700 Hz umfangreich absorbieren zu können. Dies leistet der anspruchsgemäße Absorber und ist in diesem besonders interessierenden Frequenzbereich sogar einem Plattenresonator überlegen.
  • Figur 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die verschiedenen porösen Schichten 1a, 1b, 1 c auf einer perforierten, abgehängten Unterdecke 7 aufliegen, die unterhalb einer Decke 8 mit Aufhängungen 9 befestigt ist.
  • Aufgrund der schlanken Bautiefe kann der Schallabsorber in Trennwände, aber auch an Frontseiten von Möbelstücken besonders unauffällig eingebaut werden. Er kann an Wänden oder Decken angebracht sein, so zum Beispiel hinter gelochten Platten, die an der Wand oder Decke befestigt sind und die die verschiedenen porösen Bereiche gegen eine Wand oder eine Decke pressen. Er kann in Sturzbereichen oder Gebäudenischen eingebaut sein, da seine Form sehr variabel an den zur Verfügung stehenden Raum angepasst werden kann. Er kann sehr unauffällig hinter thermisch funktionellen Wand-oder Deckenelementen untergebracht sein.
  • Figur 9 zeigt Ergebnisse, die mit einem erfindungsgemäßen Schallabsorber erzielt wurde im Vergleich zu einem Plottenresonator. Die Messungen wurden in einem Hallraum mit statistischem Schalleinfall nach DIN EN ISO 354 durchgeführt. Beim statistischen Schalleinfall geht man davon aus, dass der auf ein Messmikrofon oder auf eine Begrenzungsfläche auftreffende Schalldruck von allen Einfallswinkeln gleich groß und zudem ortsunabhängig Ist.
  • Beide Schallabsorber wurden bei gleichen Abmessungen und unter gleicher Raumpositionierung untersucht. Auch die Anzahl und Positionen der Mikrofone zur Mittelung der Nachhallzeiten wurden gleich belassen. Somit sind relative Messfehler, z.B. aufgrund von Eigenmoden des Raumes nahezu ausgeschlossen und ein direkter Vergleich der Schallabsorber möglich,
  • Die Kurve a) zeigt das gemessene Ergebnis für einen Plattenresonator mit poröser Deckschicht, dessen Aufbau in Figur 10 gezeigt wird. Der in Figur 10 gezeigte Plattenresonotor umfasst eine poröse Deckschicht 1-0 mit einer Dicke von 0,03 m, einem längenspezifischen Strömungswiderstand von 4,7. kPas/m2 und einer Dichte von 20 kg/m3. Unterhalb der Deckschicht 10 befindet sich eine Metallplatte 11 mit einer Dicke, von 0,001 m und einer Dichte von 7800 kg/m3. Unterhalb der Metallplatte ist eine poröse Schicht 12 mit einer Dicke von 0,07 m, einem längenspezifischen Strömungswiderstand von 11,5 kPas/m2 und einer Dichte von 40 kg/m3 angeordnet. Die poröse Schicht 12 grenzt an einer schallharten Wand 13 an.
  • Die andere in Figur 9 gezeigte Kurve bezieht sich auf einen erfindungsgemäßen Schallabsorber, dessen grundsätzlicher Aufbau in Figur 11 gezeigt wird. Der Schallabsorber besteht aus fünf unterschiedlichen porösen Schaumstoffschichten 14, 15, 16, 17 und 18, die an eine schallharte Wand 13 grenzen.
  • Beide Absorber, also sowohl der Plattenresonator als auch der erfindungsgemäße Absorber waren in einem gleichen Gehäuse 19 untergebracht, welches aus einem Stahlblechrahmen mit kleinperforierter Front bestand.
  • Die Kurve b) in Figur 9 verdeutlicht die Absorption in Abhängigkeit von der Frequenz für einen anspruchsgemäßen Schallabsorber mit Impedanzsprüngen zwischen den einzelnen Schichten, wobei die einzelnen Schichten 14, 15, 16, 17, und 18 folgende Eigenschaften aufweisen:
    • 14 poröse Schicht mit
      • Dicke = 0,02 m
      • Luftdufchlässigkeit > 350 mmWS
      • Dichte = 76 kg/m3
      • Stauchhärte = 9,00 kPa
      • Zugfestigkeit = 194 kPa
    • 15 poröse Schicht mit
      • Dicke = 0,02 m
      • Luftdurchlässigkeit >350 mmWS
      • Dichte = 7.6 kg/m3
      • Stauchhärte = 4,77 kPa
      • Zugfestigkeit = 47 kPa
    • 16 poröse Schicht mit
      • Dicke = 0,02 m
      • Luftdurchlässigkeit = 320 mmWS
      • Dichte = 75 kg/m3
      • Stauchhärte = 8,81 kPa
      • Zugfestigkeit = 211 kPa
    • 17 poröse Schicht mit
      • Dicke = 0,02 m
      • Luftdurchlässigkeit = 230 mmWS
      • Dichte = 23 kg/m3
      • Stauchhärte = 4,36 kPa
      • Zugfestigkeit = 131 kPa
    • 18 poröse Schicht mit
      • Dicke = 0,02 m
      • Luftdurchlässigkeit 350 mmWS
      • Dichte = 75 kg/m3
      • Stauchhärte = 9,08 kPa
      • Zugfestigkeit = 195 kPa
  • Die Luftdurchlässigkeit stellt ein Maß für den Strömungswiderstand dar. Im Unterschied zu den übrigen Schichten handelt es sich bei der Schicht 15 nicht um einen offenporigen Schaum, sondern um einen halbgeschlossenen.
  • Bei sehr tiefen Frequenzen unterhalb von 140 Hz ist der Plattenresonator (Kurve a) dem erfindungsgemäßen Schallabsorber zwar noch etwas überlegen. Dies ändert sich aber bereits ab Frequenzen von ca. 150 Hz. Im Bereich der größten Sprachlasst ist dagegen der erfindungsgemäße Absorber dem Plattenresonator überlegen und zwar meistens sehr deutlich. Der erfindungsgemäße Absorber kann also nicht nur preiswerter im Vergleich zum Plattenresonator hergestellt werden. Er ist darüber hinaus auch sehr viel besser geeignet, um in Räumen solchen Schall zu absorbieren, der durch die menschliche Sprache verursacht wird. Durch den erfindungsgemäßen Schallabsorber gelang eine Absorption des Schalls von mehr als 80% auch bei tiefen Frequenzen von weniger als 500 HZ.
  • Insgesamt wird Schall im interessierenden Frequenzbereich mit dem erfindungsgemäßen Schallabsorber nach Kurve b) am besten absorbiert. Die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Schallabsorbers entsprechend der Kurven b) sind im Vergleich zum Plattenresonator entsprechend Kurve a) deutlich geringer, da keine relativ teure Metallplatte benötigt wird.
  • Poröse, homogen aufgebaute Schallabsorber mit einer Dicke von 10 cm können im Vergleich dazu nicht annähernd so gute Absorptionswerte erreichen wie der untersuchte Plattenresonator gemäß Kurve a) sowie der erfindungsgemäße Schallabsorber gemäß Figur b).

Claims (14)

  1. Schallabsorber mit porösem Material zur Dämmung von Schall mit aneinander grenzenden Bereichen (1a, 1b, 1c) des porösen Materials, bei denen es einen Impedanzsprung zwischen zwei aneinander grenzenden Bereichen (1a, 1b, 1c) gibt, dass die aneinander -grenzenden aus porösem Material gebildeten Bereiche (1a, 1b, 1c) so sind, dass es wenigstens zwei verschiedene Grenzflächen zwischen den Bereichen (1a, 1b, 1c) gibt, die unterschiedlich große Impedanzsprünge aufweisen, dadurch gekennzeichnet dass sich die aus porösem Material gebildeten Bereiche unter Druck in einem Gehäuse befinden, welches an einer Eintrittsseite für Schall mit einer porösen oder löchrigen Fläche verschlossen ist.
  2. Schallabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dichten von zwei aneinander grenzenden Bereichen (1a, 1b, 1c) des porösen Materials um wenigstens 20 Kilogramm/Kubikmeter und/oder sich die Strömungswiderstände von zwei aneinander grenzenden Breichen (1a, 1b, 1c) des porösen Materials um wenigstens 5 Kilopascal·Sekunde/ Quadratmeter unterscheiden.
  3. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bautiefe des Schallabsorbers kleiner als 20 cm, vorzugsweise kleiner als 10 cm ist.
  4. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material durch Schaumstoffe und zwar bevorzugt durch PU-Schaumstoffe gebildet ist.
  5. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich benachbart zum Eintrittsbereich für Schall in den Schallabsorber hinein einen höheren Strömungswiderstand aufweist im Vergleich zu einem angrenzenden, dahinter liegenden porösen Bereich, der weiter entfernt vom Eintrittsbereich für Schall angeordnet ist.
  6. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Eintrittsbereich für Schall durch eine Frontseite sowie durch weitere seitliche Eintrittsbereiche für Schall, wobei der Eintrittsbereich durch die Frontseite vorzugsweise durch eine gelochte Platte gebildet ist.
  7. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Bereiche (1a, 1b, 1c), die aus porösem Material bestehen, übereinander sowie nebeneinander angeordnet sind.
  8. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einem Eintrittsbereich für Schall in den Schallabsorber hinein bis zur gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Schallabsorbers der Strömungswiderstand nicht stetig ansteigt.
  9. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kein Luftspatt zwischen zwei aneinandergrenzenden grenzenden Bereichen (1a, 1b, 1c) des porösen Materials verbleibt.
  10. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material (1a, 1b, 1c) offene Poren und/ oder halbgeschlossene Poren umfasst.
  11. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser hinter einem Schrank (4) angeordnet ist.
  12. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen porösen Bereiche (1a, 1 b, 1c) vertikal hinter einem Möbelstück (4) von der Oberseite des Möbelstücks bis zum Boden verlaufen und Schall von oben und von der Seite in diese Bereiche eindringen kann.
  13. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser auf einer abgehängten Unterdecke (7) aufliegt.
  14. Schallabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die vorhandenen Impedanzsprünge so groß sind, dass Schall mit Frequenzen unterhalb von 600 Hz, vorzugsweise unterhalb von 500 Hz zu wenigstens 50%, vorzugsweise zu wenigstens 80% absorbiert wird.
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