NO322685B1

NO322685B1 - Plateelement

Info

Publication number: NO322685B1
Application number: NO20051536A
Authority: NO
Inventors: Odd Kr Ostern Pettersen; Tor Erik Vigran
Original assignee: Deamp As
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-11-27
Also published as: PL1861554T3; EP1861554B1; ES2609411T3; CA2602301A1; NO20051536D0; WO2006101403A1; US7677359B2; EP1861554A4; EP1861554A1; JP2008534820A; DK1861554T3; KR20070112398A; US20080264720A1

Abstract

Plateelement (1) av hardt materiale, så som metall, glass, hardplast eller kompositter av disse, for absorpsjon av akustiske bølger ved friksjon ved viskøs strømning, hovedsakelig i frekvensområdet mellom 100 og 2000 Hz. Plateelementet (l) omfatter ei plate (3) med gjennomgående mikrospalter (5), hvilke mikrospalter (5) har en spaltebredde på under 0,45 mm. Spaltene (5) er anbrakt slik at deres midtlinjer har en avstand til midtlinjene til tilstøtende spalter (5) på mellom 5 og 75 mm.

Description

Oppfinnelsen gjelder et plateelement for absorpsjon av akustiske bølger, som angitt i ingressen til patentkrav 1.

Bakgrunn

Ved forskjellige typer innemiljøer, så som kontorlokaler, resepsjoner, lobbyer, produksjonslokaler, idretts- og svømmehaller, tumleplasser og klasserom, er det ønskelig og pålagt i henhold til forskrifter, å gi miljøet gode akustiske forhold. Akustiske forhold kan best beskrives ved etterklangstiden, og for å regulere denne benyttes lyddempende elementer, så som lyddempende plater som blir anbrakt på vegger og i tak, og andre flater.

Av lydabsorberende plater som er beregnet på å bli anbrakt som overflate på innvendige vegger og tak, finnes det typer som benytter forskjellige fysiske effekter for absorpsjon av lyd. For det første finnes såkalte fiberabsorbenter. Dette omfatter porøse plater av mineralfiber (stein- og glassull), som demper lyd ved at lydbølgene trenger inn i plata, og energien i lydbølgene blir redusert ved viskøse tap i porene og blir opptatt i fibrene i form av varme.

Videre finnes absorbenter basert på Helmholtz resonatorprinsipp. Slike plater omfatter gjerne spalter eller hull, og trenger en fiberduk eller porøse fibermaterialer bak plata for å oppnå tilfredsstillende absorpsjon. Normalt anvendes alltid en fiberduk, men dette kombineres ofte med tykkere fibermatter for å oppnå høyere absorpsjon. I det siste tilfellet er fiberduken ofte integrert som et overflateskikt på fibermatta.

En annen type absorbenter er membranabsorbenter. Den vanligste typen er tynne plater av metall, så som stål og aluminium, eller av plast, som monteres i en gitt avstand fra vegg eller tak. En spesiell type er beskrevet i patentpublikasjon US 5,719,359. Her blir lyden absorbert ved at lydenergien setter et membran i form av tynne strips i bevegelse. Det generelle problemet med membranabsorbenter er at den resistive komponenten, som gjør at de fungerer som en absorbent, er liten, og dessuten nesten umulig å beregne. Dette er dels løst ved at stripsene ligger inntil hverandre, og gir friksjon når de beveger seg ved påtrykk av lyd.

Patentpublikasjon US 4,821,841 beskriver et plateelement for lydabsorpsjon, med ei plate med spalter anbrakt over ei bakre plate. Her er spaltene mellom omtrent 1,6 og 19 mm brede, og plateelementet er innrettet til å ha fibermateriale anbrakt i rommet mellom plata med spalter og den bakre plata, for å oppnå ønskelig absorpsjon.

Det er flere svakheter ved slike fiber-baserte lydabsorberende plater. En av de viktigste er at de ved skade og slitasje avgir fibre til omgivelsene. Slike fibre er ofte tilvirket av smeltet glass eller stein, og gir følelsen av tørr luft og irritasjon i luftveiene til personer som oppholder seg i slike miljøer. Videre er utseendet til slike plater begrenset av disse fibrene. De er vanskelige å holde rene, idet at de krever minimal bruk av fukt ved rensing, og det kan oppstå problemer med mugg og råte, spesielt i miljøer som våtrom, kjøkken, svømmehaller og lignende.

Ei annen type plate unngår disse ulempene ved å benytte friksjon ved viskøs strømning av lufta til å dempe lydbølgene. Kjente slike plater omfatter mikroperforeringer, dvs hull gjennom plata med diametere mindre enn 0,5 mm, og er ikke avhengige av flbermaterialer. Plata blir anbrakt i avstand fra ei bakre flate, slik at det dannes et luftrom mellom den mikroperforerte plata og den bakre flata. Idet lydbølgene treffer plata, blir lufta i perforeringene presset fram og tilbake på grunn av trykkforskjellene som følge av lydbølgene. Denne bevegelsen fører til viskøs friksjon, hvorved energien i lydbølgene omgjøres til varme slik at lydbølgene blir dempet.

Et slikt lydabsorberende plateelement er beskrevet i patentpublikasjon WO 03001501. Dette er beregnet for lydisolasjon av bilmotorer og lignende, men kan også anvendes som lydabsorberende element i bygninger. Plateelementet består av ei plate med mikroperforeringer, anbrakt i avstand fra ei bakre flate, hvorved den perforerte plata er vendt mot lydkilden. Dette plateelementet unngår ulempene ved fiberbaserte lydabsorbenter, som omtalt ovenfor.

Mikroperforerte plater og folier tilvirkes i mange tilfeller ved at man ruller et verktøy med mange små pigger over flata eller folien. For tykkere plater, og i andre materialer benyttes andre metoder, så som laserskjæring og plaststøping.

Det er identifisert et behov i markedet for nye absorbenter som tar hensyn til arkitektenes ønske om ei ren og glatt flate. Oppfinnelsen det her søkes patent om gir med sin lave perforeringsgrad og spesielle utforming markedet en løsning som dekker dette behovet. Produkter basert på oppfinnelsen kan tilpasses den enkelte kunde og brukers behov med tanke på overflatefinish, forming og materialvalg.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en ny type plateelement som unngår de ovenfor beskrevne ulempene ved fiberbaserte lydabsorbenter, og som samtidig fremviser en bedre absorpsjonskarakteristikk og er billigere å produsere enn mange kjente lydabsorbenter basert på mikroperforeringer. Samtidig er det et formål ved oppfinnelsen at den skal åpne for nye bruksområder og gi designmessige fordeler i forhold til kjente lydabsorberende plateelementer.

Oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen oppnås med et lydabsorberende plateelement i samsvar med oppfinnelsen, som angitt i den karakteriserende delen av patentkrav 1. Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkravene.

Det har vist seg mulig å tilvirke en annen type plateelement uten fibermateriale, som gir god lydabsorpsjon ved friksjon ved viskøs strømning. Et slikt plateelement er tilveiebrakt med et plateelementet i samsvar med oppfinnelsen, og omfatter ei plate med gjennomgående mikrospalter, hvilken plate fortrinnsvis er anbrakt i avstand fra ei bakre flate, slik at det dannes et rom mellom plata og den bakre flata. Med mikrospalter menes heri spalter med en spaltebredde under 0.45 mm.

På tilsvarende måte som ved mikroperforerte plater, blir lydbølgene ved plateelementet i samsvar med oppfinnelsen dempet ved friksjon ved viskøs strømning. På grunn av trykkendringene som følge av lydbølgene, blir lufta i de smale spaltene presset frem og tilbake, og energien i lydbølgene omgjøres til varme på grunn av friksjon ved viskøs strømning.

Oppfinnelsen er primært beregnet for anvendelse på vegger og tak og andre flater i rom i bygninger. Den kan imidlertid også benyttes for lyddemping av forskjellige støykilder, så som motorer, eller som lydabsorbent ved andre innretninger, for eksempel i busser og tog, eller i ventilasjonssystemer.

Absorpsjonskarakteristikken til plateelementet i samsvar med oppfinnelsen er avhengig av flere parametere. Disse parametrene omfatter spaltebredde, spalteavstand (avstanden mellom midtlinjene til tilstøtende spalter), platetykkelse og avstand mellom plata og den bakre flata. I rom med støy i form av tale, så som i svømmehaller, møterom, kontorlandskaper, vestibyler og klasserom, er det ønskelig at plateelementet først og fremst absorberer lyd som har frekvenser i taleområdet, det vil si mellom omtrent 250 - 4000 Hz. I slike rom er det viktig med god talekommunikasjon, og bruk av lydabsorbenter for å optimalisere etterklangstiden er derfor viktig. Høyere frekvenser blir vanligvis tilstrekkelig absorbert av andre deler av interiøret, så som møbler, gardiner, mennesker og tepper. De nevnte parametrene kan således bestemmes slik at plateelementet absorberer spesielt godt ved lave og midlere frekvenser.

Eksempel

I det følgende gis et eksempel på en utførelse av det lydabsorberende plateelementet i samsvar med oppfinnelsen, under henvisning til figurene, der

Figur 1 viser en prinsippskisse av plateelementet i samsvar med oppfinnelsen, og

Figur 2 viser en sammenligning mellom absorpsjonskarakteristikkene til et kjent plateelement med mikroperforeringer og et plateelement i samsvar med oppfinnelsen.

I figur 1 vises en prinsippskisse av et plateelement 1 i samsvar med oppfinnelsen, omfattende ei plate 3 med spalter 5, anbrakt med avstand til ei bakre flate 7. Av de fire parametrene nevnt ovenfor viser figur 1 bredden b til spalta, avstanden B mellom midtlinjene til tilstøtende spalter 5, tykkelsen t til plata 3 og avstanden d mellom plata 3 og den bakre flata 7. Tegningen i figur 1 illustrerer kun prinsippet for utformingen, og er forskjellig fra utseendet for en reell utførelse av et plateelement i samsvar med oppfinnelsen.

Spaltebredden b vil fortrinnsvis være mindre enn 0,4 mm. Større spaltebredder enn dette vil gi lite absorpsjon gjennom friksjon ved viskøs strømning. Fordelaktig er spaltebredden b mindre enn 0,3 mm. Avstanden mellom plata 3 og den bakre flata 7 er fortrinnsvis mellom 30 og 500 mm. Denne avstanden regulerer frekvensområdet som absorbenten absorberer, ved at økt avstand gir mer lavfrekvent absorpsjon. For å oppnå ønskelig absorpsjon i taleområdet vil det være hensiktsmessig med en avstand på mellom 30 og 150 mm. Ved ønske om mer lavfrekvent absorpsjon kan denne avstanden økes opp til rundt 500 mm. Tykkelsen til plata 3, og følgelig dybden til spaltene 5, er fortrinnsvis maksimalt 10 mm. Dette har sammenheng med både absorpsjonsspekteret og kostnadselementet. Ved ei tykkere plate vil man få et smalere absorpsjonsspekter, og dette vil man gjerne unngå, da man ønsker en absorbent som absorberer et bredt frekvensområde. Det er også billigere å produsere i tynnere plater. Lengden L til spaltene 5 er fortrinnsvis omtrent like lange som lengden til plata 3. Hvert plateelement 1 kan ha et flateareal i størrelsesorden på mellom omtrent 600 x 600 mm og 1200 x 1800 mm, men det kan også formes til andre størrelser. Elementene 1 har fortrinnsvis kvadratisk eller rektangulær form, men kan også tilvirkes med andre former, for eksempel en trekantet form. Forholdet mellom lengden L til spaltene 5 og spaltebredden b er fortrinnsvis minst 100. For å oppnå de produksjonsmessige fordelene ved spalter fremfor hull, må spaltene ha en viss lengde, da det vil redusere antall arbeidsoperasjoner under fremstilling. Teknisk sett vil kortere spalter gi for lav absorpsjon i forhold til det som er ønskelig å oppnå. Dette kommer av at perforeringsgraden blir lavere.

Figur 2 viser resultatet av en sammenligning av absorpsjonskarakteristikkene til et plateelement med mikroperforeringer og et plateelement i samsvar med oppfinnelsen. Plateelementet med mikroperforeringer er kjent under navnet Gema Ultramicro®, og har mikroperforeringer med diameter 0,45 mm. Karakteristikken til dette produktet er både målt og beregnet. Som det fremgår av figur 2, stemmer målingene godt overens med beregningene. Målingene er foretatt i klangrom, i henhold til ISO 354. Beregningene er utført med programvaren WinFLAG ™. For plateelementet i samsvar med oppfinnelsen, her benevnt DeAmp, er karakteristikken som presentert i figur 2, beregnet. Andre varianter av DeAmp-panelet er målt både på små og store prøver, og prøvene samsvarer godt med beregningene.

DeAmp- elementet har spaltebredder på 0.2 mm, og begge elementene har en avstand mellom plata og den bakre flata på 200 mm. Som det fremgår av figur 2, har plateelementet i samsvar med oppfinnelsen en høyere og bredere absorpsjonskurve enn elementet Gema Ultramicro®. Videre har begge sitt hovedsakelige absorpsjonsområde i frekvensområdet mellom omtrent 100 og 1000 Hz. Målingene for Gema Ultramicro® i diskantområdet viser høyere absorpsjon enn beregnet. Dette er på grunn av overflateabsorpsjon som ikke blir tatt i betraktning ved beregningene. En tilsvarende effekt kan forventes for DeAmp- elementet.

Sammenligningen beskrevet ovenfor under henvisning til figur 2, viser at det lydabsorberende plateelementet i samsvar med oppfinnelsen absorberer bedre enn det nevnte produktet med mikroperforeringer, for det samme frekvensområdet.

For å oppnå en bedre absorpsjonskarakteristikk, det vil si en bredere og/eller høyere absorpsjonskurve (figur 2), er det mulig å anbringe én eller flere ytterligere plater med mikrospalter mellom den bakre flata og plata beskrevet ovenfor. Denne eller disse ytterligere plata eller platene kan ha forskjellige spaltebredder, avstander mellom spaltene og platetykkelser. På denne måten er det mulig å konstruere et plateelement i samsvar med oppfinnelsen med ønsket absorpsjonskarakteristikk.

Plateelementet kan fordelaktig tilvirkes i metall, så som aluminium eller stål, eller andre harde materialer, så som glass, keramikk, stein eller hardplast. Det er også mulig å tilvirke elementet i visse typer treverk eller kompositter av disse nevnte materialene. Det store utvalget av mulige materialtyper gir stor variasjonsmulighet for plateelementets utseende, slik at det kan tilpasses forkjellige typer rom og stilarter. Videre er det mulig å benytte platene for andre flater enn kun tak og vegger, for eksempel kan plateelementene formes som speil eller i sammenheng med vinduer.

Panelene kan tilvirkes på ulike måter, avhengig av materialvalg og de ulike parametrene. For metaller er laserskjæring av spalter i ei plate en billig og rask måte å tilvirke produktene på. En annen måte er å lage komponenter som tilsvarer overflata, og å montere disse med en avstand lik spaltebredden fra hverandre. Dette er mulig både for metaller og glass, men vil være mest hensiktsmessig der laserskjæring ikke kan benyttes. For paneler i plast vil støping være en kostnadseffektiv måte å produsere på.

Disse tilvirkningsmetodene gir stor fleksibilitet ved utformingen. For eksempel kan spaltene utformes med et sikksakk-mønster, i stedet for å være rette som illustrert i figur 1. Et sikksakk-mønster vil gi lengre lengde på spalta, og føre til bedre absorpsjonsegenskaper. Videre vil det være mulig å tilvirke plateelementer i samsvar med oppfinnelsen, som ikke er flate, men derimot for eksempel bue- eller kuleformete. Dette gir arkitektoniske variasjonsmuligheter for anvendelse i bygninger.

På grunn av de små spaltebreddene b i plata 3, vil spaltene 5 knapt være synlige, slik at plateelementene 1 fremstår som rene, glatte flater. Den lave perforeringsgraden gjør videre at elementene reflekterer mye av lyset som faller på dem, noe som gjør de godt egnet til bruk som himlinger for tak, hvor det ofte er ønskelig å reflektere lys.

En stor fordel ved plateelementene i samsvar med oppfinnelsen er at de tåler vann, slik at de enkelt kan vaskes. De kan endog høytrykksspyles, en egenskap som er meget ønskelig i miljøer som for eksempel våtrom, svømmehaller, storkjøkken og slakterier. Vasking er ofte et problem for fiberbaserte absorbenter, ettersom det kan oppstå problemer med råte og mugg dersom disse utsettes for fuktighet.

Plateelementene i samsvar med oppfinnelsen kan tilvirkes som enkle plater, innrettet til å bli montert direkte på en eksisterende vegg, slik at den eksisterende veggen fungerer som den bakre flata. Himlinger kan tilvirkes som klemkassetter, med bruk av standard opphengssystem og ei uavhengig bakplate. Alternativt kan plateelementene tilvirkes slik at de omfatter både plata med mikrospaltene og ei ytterligere, bakenfor montert plate.

Claims

1. Plateelement av hardt materiale, så som metall, glass, hardplast eller kompositter av disse, for absorpsjon av akustiske bølger ved friksjon ved viskøs strømning, hovedsakelig i frekvensområdet mellom 100 og 2000 Hz, karakterisert ved at - det omfatter ei plate (3) med gjennomgående mikrospalter (5), hvilke mikrospalter (5) har en spaltebredde (b) på under 0,45 mm, og - spaltene (5) er anbrakt slik at deres midtlinjer har en avstand til midtlinjene til tilstøtende spalter (5) på mellom 5 og 75 mm.

2. Plateelement i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at plata (3) ved anvendelse er anbrakt med en avstand på mellom 30 og 500 mm fra ei bakre flate (7), hvorved det dannes et rom mellom plata (5) og den bakre flata (7).

3. Plateelement i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at det omfatter ei bakre flate (7) med en avstand til plata (3) på mellom 30 og 500 mm.

4. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at forholdet mellom lengden (L) og bredden (b) til spaltene er minst 100.

5. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at tykkelsen (t) til plata (3) er maksimalt 10 mm.

6. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at én eller flere ytterligere plater med mikrospalter er anbrakt mellom den nevnte plata og den bakre flata (7).

7. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at bredden (b) til spaltene (5) er mindre enn 0,3 mm.

8. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at plata (3) omfatter treverk.

9. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at spaltene (5) tilvirkes med bruk av laser.

10. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at det har en buefonnet eller kuleformet form.

11. Plateelement i samsvar med et av de foregående patentkravene, karakterisert ved at plateelementet (1) hovedsakelig omfatter glass eller akryl, og er innrettet til bruk som en del av en transparent utførelse.