NO763015L

NO763015L -

Info

Publication number: NO763015L
Application number: NO763015A
Authority: NO
Inventors: W Borchard; F Mechel
Original assignee: Gruenzweig Hartmann Glasfaser
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1976-09-02
Publication date: 1977-03-04
Also published as: SE7609612L; DE2539087B2; SE413919B; FR2322983A1; FR2322983B3; CH612237A5; BE845657A; IT1065349B; DK314176A; DE2539087A1; NL7607322A

Description

Lyddemper.Muffler.

Oppfinnelsen vedrorer en lyddemper for anvendelse særlig i lyddode rom, og den består av flere lydslukende elementer. The invention relates to a silencer for use particularly in soundproof rooms, and it consists of several sound-absorbing elements.

Såkalte lyddode rom trenges for akustiske målinger, for bånd-opptak, men også som forsoksrom for zoologiske undersokelser. Deresoppgave er fremskaffelsen av en akustisk forstyrrelsesfri omgivelse eller kopieringen av det akustisk ubegrensete rom (såkalt frifelt). Det oppnåes derved at lydbolger som stoter på romveggene absorberes så fullstendig som mulig der ved an-bringelse av egnete lyddempere. Som vanlig krav til slike lyddempere gjelder en absorpsjon på minst 99 % av den lydenergi som opptrer i et frekvensområde som er så bredt som mulig og under alle innfallsvinkler. So-called anechoic rooms are needed for acoustic measurements, for tape recordings, but also as test rooms for zoological investigations. Their task is the provision of an acoustically undisturbed environment or the copying of the acoustically unrestricted space (so-called free field). It is thereby achieved that sound waves that hit the room walls are absorbed as completely as possible there by fitting suitable silencers. As a standard requirement for such silencers, an absorption of at least 99% of the sound energy that occurs in a frequency range that is as wide as possible and under all angles of incidence applies.

Disse hoye krav kan bare oppnåes ved den samtidige oppfyllelse av folgende delkrav: Liten refleksjon ved inntreden av lydbolgene i démperen, til-strekkelig utbrédelsesdempning av lydbolgene innenfor demperen for å forhindre en gjenopptreden av de lydandeler som reflek-teres på bakveggen og unngåelsen av en jevn, glatt absorpsjons-flate på romsiden for å unngå samlende refleksjon ved strei-fende lydinnfall. Losningen av de forste to deloppgavene blir særlig vanskelig ved den nedre frékvensgrense av anvendelses-området, og da spesielt fordi ved lave frekvenser adskiller de karakteristiske akustiske data hos aKLe kjente absorpsjonsmaterialer seg spesielt sterkt fra de karakteristiske akustiske data for luft og således lett gir opphav til sterke refleksjoner på forsiden av demperen,<p>g for det andre, fordi til-strekkelig utbredelsesdempninger i demperens indre ved lave frekvenser lett forer til uokonomiske byggedypder for demperen. Derfor lar kvaliteten til en lyddemper for anvendelse i lyd- These high requirements can only be achieved by the simultaneous fulfillment of the following sub-requirements: Little reflection when the sound waves enter the attenuator, sufficient propagation attenuation of the sound waves within the attenuator to prevent the reappearance of the sound portions that are reflected on the rear wall and the avoidance of a uniform , smooth absorption surface on the room side to avoid collective reflection in case of stray sound incidence. Solving the first two sub-tasks becomes particularly difficult at the lower frequency limit of the application area, and especially because at low frequencies the characteristic acoustic data of all known absorption materials differ particularly strongly from the characteristic acoustic data for air and thus easily give rise to strong reflections on the front of the damper,<p>g secondly, because sufficient propagation damping in the interior of the damper at low frequencies easily leads to uneconomical building depths for the damper. Therefore, the quality of a silencer for use in audio-

dode rom seg karakterisere ved kombinasjonen av trekkene:dead space can be characterized by the combination of features:

lav nedre grensefrekvens ved liten byggedypde. Derunder er det vanlig å definere den frekvens som nedre grensefrekvens, hvorved lydoppslukningsgraden overskrider verdien 99 %, dvs. refleksjonsfaktoren ligger under verdien 0,1. low lower limit frequency at small construction depth. Below that, it is common to define the frequency as the lower limit frequency, whereby the degree of sound absorption exceeds the value 99%, i.e. the reflection factor is below the value 0.1.

Det er kjent lyddempere for losning av de stilte oppgaver som består av kileformete elementer hvis materiale er lydabsorbe-rende og som er anordnet tett ved siden av hverandre ved rora-veggen med kilespissene rettet mot rommets indre. Den aktuelle tilpasning av demperen til luftens akustiske karakteristika skjer her ved en gradvis tilvekst av den med absorpsjonsmateriale belagte flateandel med tiltagende inntrengning i demperen. Ulempene ved denne kjente losning ligger i de hoye frem-stillingskostnader.til kileabsorbatorene, i den mekaniske omfintlighet hos deres kilespisser som vender mot rommet og i den relativt hoye anvendelse av lydabsorpsjonsmateriale. Sound absorbers are known for solving the tasks set, which consist of wedge-shaped elements whose material is sound-absorbing and which are arranged closely next to each other at the rora wall with the wedge tips directed towards the interior of the room. The relevant adaptation of the damper to the acoustic characteristics of the air takes place here by a gradual increase in the surface area covered with absorption material with increasing penetration into the damper. The disadvantages of this known solution lie in the high production costs of the wedge absorbers, in the mechanical complexity of their wedge tips facing the room and in the relatively high use of sound absorption material.

En annen kjent utforelse benytter en lydslukningsinnretning bestående av meget porose, trangporede lydslukningslegemer, som er slik anordnet ved romveggene,at deres tverrsnittsflater tiltar i retning av rombegrensningen, hvorved lydslukningslege-mene har forskjellige storrelser, som er slik fordelt at de storre legemene alltid er nærmere rombegrensningen enn de mindre. De lydslukningslegemer som er åpenbart ved dette løsnings-forslaget består av kompakte legemer av lydslukningsmateriale oppstilt på tråder som i det vesentlige har formen av ternin-ger eller av trinnpyramider. Another known embodiment uses a sound deadening device consisting of very porous, narrow-pored sound deadening bodies, which are arranged at the room walls in such a way that their cross-sectional areas increase in the direction of the room limitation, whereby the sound deadening bodies have different sizes, which are distributed in such a way that the larger bodies are always closer the space limitation than the smaller ones. The sound deadening bodies that are obvious from this proposed solution consist of compact bodies of sound deadening material arranged on threads which essentially have the shape of cubes or step pyramids.

Ulempene ved dette løsningsforslaget er: Store utformnings-kostnader for det nodvendige store antall av lydslukningslege-mene, hoye montasjeomkostnader for de på tråder oppstilte lydslukningslegemer, anordningens ømfintlighet mot beroring, da tråder som er slynget sammen praktisk talt ikke mere vinnes fra hverandre uten å odelegge lydslukningslegemet, lydabsorp-sj onsmaterialets hoye snittflateandel med tilsvarende hoy stov-uttomning av det i snittflaten odelagte absorpsjonsmateriale og til slutt igjen stort materialforbruk. Videre er lydsluk-ningslegemets tillatelige materialtetthet så lav, at også de The disadvantages of this proposed solution are: Large design costs for the necessary large number of sound deadening bodies, high assembly costs for the sound deadening bodies arranged on wires, the device's sensitivity to touch, as wires that are wound together can practically no longer be pulled apart without destroying the sound deadening body, the high cross-sectional area of the sound-absorbing material with a correspondingly high dust discharge of the absorption material separated in the cross-sectional area and, finally, large material consumption. Furthermore, the sound deadening body's permissible material density is so low that they too

enkelte lydslukningslegemer utgjor omfintlige gjenstander.some sound deadening bodies are bulky objects.

Til slutt er det gjentatte ganger foreslått å belegge romveggene med skikt av lydslukningsmateriale parallelle med veggene, slik at materialtettheten av de enkelte skikt med tiltagende avstand fra veggen stadig blir mindre, og således en tiltagende tilpasning skjer til luftens akustiske data. Dette forslaget kunne ikke praktiseres da uokonomisk hoye konstruksjonsdypder oppstår for demperen og dessuten sterke refleksjoner opptrer ved små glansvinkler. Finally, it has been repeatedly proposed to coat the room walls with layers of sound-deadening material parallel to the walls, so that the material density of the individual layers with increasing distance from the wall becomes less and less, and thus an increasing adaptation takes place to the acoustic data of the air. This proposal could not be put into practice as uneconomically high construction depths occur for the attenuator and, furthermore, strong reflections occur at small gloss angles.

De nevnte ulemper overvinnes ifolge oppfinnelsen ved at lyd-slukningselementene foran romveggen er anordnete rorskall av i og for seg kjent lydslukningsmateriale. Den særlige fordel overfor den kjente kiledemper ligger, i å unngå jevntflatete flanker av dempningselementene, hvorved rettete refleksjoner utelukkes.Undersokelser av spredningsforholdene til rorskall av lyddempningsmaterialet overfor innfallende lydbolger har vist at tilbakespredningstverrsnittet til slike skall, som er et mål for den reflekterte energiandel, avtar sterkt mot lave frekvenser, når skallenes akustiske overflateimpedans er storre enn luftens bolgemotstand, hvilket er en egenskap hos alle kjente absorpsjonsmaterialer. Ved hoye frekvenser avtar tilbakespredningstverrsnittet likeledes sterkt når rorskallenes inngangsimpedans nærmer seg luftens bolgemotstand. Det er likeledes en kjent egenskap hos mange absorpsjonsmaterialer. Ved valget av skallgeometri i demperen ifolge oppfinnelsen be-nyttes dermed bedre den karakteristiske impedans' kjente fre-kvensopptreden for lyddempningsmaterialene. According to the invention, the aforementioned disadvantages are overcome by the fact that the sound deadening elements in front of the room wall are arranged in rudder shells made of sound deadening material known per se. The particular advantage over the known wedge damper lies in avoiding evenly flattened flanks of the damping elements, whereby directed reflections are excluded. Investigations of the dispersion conditions of rudder shells of the sound dampening material against incident sound waves have shown that the backscattering cross-section of such shells, which is a measure of the reflected energy share, decreases strong against low frequencies, when the acoustic surface impedance of the shells is greater than the wave resistance of the air, which is a characteristic of all known absorption materials. At high frequencies, the backscatter cross-section likewise decreases strongly when the input impedance of the rudder shells approaches the wave resistance of the air. It is likewise a known property of many absorption materials. When choosing the shell geometry in the silencer according to the invention, better use is made of the characteristic impedance' known frequency behavior of the sound dampening materials.

Videre kan lyddemperens rorskall være slik anordnet i flere skikt at den av rorskallene dekkete flateandel av de enkelte skikt avtar henimot rommets indre. Det kan oppnåes ved nedsettelse av ror skallenes antall og/eller ved nedsettelse av skall-tverr snittet og/eller ved nedsettelse av skallenes veggtykkelse. Mens tilpasningen av det fremre skiktet skjer til luftens akustiske egenskaper bare gjennom et utvalg meget lose materialer eller over tynne kilespisser hos de kjente lyddempere, hvilket forer til deres bekjente mekaniske omfintlighet, kan tilpasningen gjores gjennom antall skikt, tverrsnittsvalget og valget av rorskallenes veggtykkelser for å oppnå god tilpasning. Dermed lar også tettere absorpsjonsmaterialer seg anvende, da lyden som er trengt inn i en tynn skallvegg i skallets indre sorger for en impedanstilpasning. Furthermore, the muffler's rudder shell can be arranged in several layers so that the area covered by the rudder shells of the individual layers decreases towards the interior of the room. This can be achieved by reducing the number of rudder shells and/or by reducing the shell cross-section and/or by reducing the wall thickness of the shells. While the adaptation of the front layer to the acoustic properties of the air only takes place through a selection of very loose materials or over thin wedge tips in the known silencers, which leads to their familiar mechanical bulkiness, the adaptation can be done through the number of layers, the choice of cross-section and the choice of the wall thicknesses of the rudder shells in order to achieve good adaptation. In this way, denser absorption materials can also be used, as the sound that has penetrated into a thin shell wall in the shell's interior ensures an impedance match.

Lyddemperens rorskall bor fortrinnsvis være festet på minstThe muffler's rudder shell should preferably be fixed at least

ett skikt av i og for seg kjent lydslukningsmateriale. Gjennom det nevnte skikt kan de enkelte rekkenes rorskall allerede være forbundet med hverandre ved prefabrikering. one layer of sound deadening material known in and of itself. Through the aforementioned layer, the rudder shells of the individual rows can already be connected to each other during prefabrication.

Rorskallenes tverrsnitt kan være runde, elliptiske eller polygo-nale, om nodvendig også kombinert, f .eks. runde nrot rommet og plane for å ligge bedre an mot veggsiden. The cross sections of the rudder shells can be round, elliptical or polygonal, if necessary also combined, e.g. round the room and plan to lie better against the wall side.

For å utelukke en rettet refleksjon foretas videre fortrinnsvis folgende tiltak: In order to exclude a directed reflection, the following measures are preferably carried out:

Rorskallene kan være stablet kileformig,The rudder shells can be stacked wedge-shaped,

Rorskallenes akser kan stå parallelt til hverandre,The axes of the rudder shells can stand parallel to each other,

Aksene til de på hverandre folgende skikt av rorskallene kan innta en vinkel med hverandre, The axes of the successive layers of the rudder shells can assume an angle with each other,

Rorskallene i de enkelte skikt kan være anordnet uregelmessigThe rudder shells in the individual layers may be arranged irregularly

i forhold til hverandre.in relation to each other.

En annen fordel av anordningen ifolge oppfinnelsen ligger i at ved fortetningen mellom rorskallene', særlig i de siste skiktene for veggen og hulrommet mellom skallene hhv. mellom skallene og veggen, oppstår på enkel måte en Helmholtz-resonator, som som kjent påvirker den lavfrekvensete absorpsjonsopptreden fordel-aktig. Det er derfor gjort slik at fortetningene mellom stadig nabostående rorskall er avstemt sammen med mellomrommene mellom rorskallene og/eller mellomrommet mellom rorskallene og bakveggen til Helmholtz-resonatorer. Another advantage of the device according to the invention lies in the sealing between the rudder shells', particularly in the last layers for the wall and the cavity between the shells or between the shells and the wall, a Helmholtz resonator simply arises, which, as is known, affects the low-frequency absorption behavior advantageously. It has therefore been done in such a way that the seals between continuously adjacent rudder shells are matched together with the spaces between the rudder shells and/or the space between the rudder shells and the rear wall of Helmholtz resonators.

I en videre foretrukken utforelse er det gjort slik at skiktene In a further preferred embodiment, it is made so that the layers

av lyd-slukningsmaterialet befinner seg mellom de enkelte skiktene til en mer-skiktsdemper og særlig mellom det siste skiktet og veggen. Disse skiktene av absorpsjonsmateriale, som kan kombine- . res med rorskallene ifolge oppfinnelsen, gir på den ene side den fordel, at Helmholtz-resonatoren som danner seg mellom veggen og det siste skikt av rorskall blir dempet og dermed mer bredspektret. For det andre oppstår gjennom en sådan kombinasjon mulig-heten for materialbesparelse.Anordningen av absorpsjons- of the sound deadening material is located between the individual layers of a multi-layer damper and especially between the last layer and the wall. These layers of absorbent material, which can combine res with the rudder shells according to the invention, gives, on the one hand, the advantage that the Helmholtz resonator that forms between the wall and the last layer of rudder shell is dampened and thus more broad-spectrum. Secondly, through such a combination, the possibility of material savings arises. The arrangement of absorption

skikt mellom ror skallskiktene har den fordel at også meget dype grensefrekvenser kan absorberes. I dette tilfelle oppstår mellom absorpsjonsskiktene ytterligere resonanskretser, med hvis avstemning grensefrekvenser kan forskyves nedover. De mellom to absorpsjonsskikt liggende rorskall overtar da funk-sjonen av avstandsholdere og en resonanskretsdempning. layer between the rudder shell layers has the advantage that even very deep cut-off frequencies can be absorbed. In this case, additional resonance circuits arise between the absorption layers, with the tuning of which cut-off frequencies can be shifted downwards. The rudder shells lying between two absorption layers then take over the function of spacers and a resonant circuit damping.

En ytterligere utforelsesform er utformet slik at i minst en del av rorskallenes vegger befinner åpninger seg, særlig i form av slisser, som forbinder rorskallenes indre rom med det ytre skal-let. Åpningene skal være sådanne at luftens svingemasser danner Helmholtz-resonatorer i rorskallenes indre rom. Dermed kan likeledes på meget enkel måte særlig det lavfrekvensete forlopet til refleksjonsfaktorens frekvenskurve påvirkes på onsket måte. A further embodiment is designed so that in at least part of the walls of the rudder shells there are openings, particularly in the form of slits, which connect the inner space of the rudder shells with the outer shell. The openings must be such that the oscillating masses of the air form Helmholtz resonators in the inner space of the rudder shells. In this way, the low-frequency course of the reflection factor's frequency curve in particular can be influenced in the desired way in a very simple way.

I en ytterligere variant bor materialtettheten tilta fortrinnsvis utenifra og innover innen for rorskallenes vegg. Dermed oppnåes at tilpasningen av de akustiske absorpsjonsdata til luftens karakteristiske data og lydbolgenes brytning i rorskallenes indre rom påvirkes i gunstig retning. Denne onskede egenskap hos rorskallene lar seg oppnå ved kjente fabrikasjonsmeto-der for rorskall uten noen vanskelighet. Dermed er også en tilpasning innenfor de enkelte strukturelementer mulig, som ifolge teknikkens stand, dvs. ved kiledemperen og ved terningdemperen, bare er gjennomforlig med store anstrengelser - og med hoye om-kostninger . In a further variant, the material density should preferably increase from the outside and inwards within the wall of the rudder shells. This results in the adaptation of the acoustic absorption data to the characteristic data of the air and the refraction of the sound waves in the inner space of the rudder shells being influenced in a favorable direction. This desired property of the rudder shells can be achieved by known fabrication methods for rudder shells without any difficulty. Thus, an adaptation within the individual structural elements is also possible, which according to the state of the art, i.e. with the wedge damper and the cube damper, is only feasible with great effort - and with high costs.

Videre detaljer ved oppfinnelsen fremgår fra tegningene og den folgende beskrivelse: Further details of the invention appear from the drawings and the following description:

Det visesIt shows

fig. 1 til 4 perspektiver av lyddemperen ifolge oppfinnelsen; fig. 1 to 4 perspectives of the muffler according to the invention;

fig. 5 et diagram som gjengir refleksjonsfaktoren R i avhengighet av frekvensen til en provet demper. fig. 5 a diagram that reproduces the reflection factor R as a function of the frequency of a tested damper.

Lyddemperen ifolge oppfinnelsen består hovedsakelig av rorfor-mete lydslukningselementer 3, som - som det fremgår av fig. 1, 2 og 4 - er anordnet parallelt eller - som det fremgår av fig. 3 The muffler according to the invention mainly consists of tube-shaped sound deadening elements 3, which - as can be seen from fig. 1, 2 and 4 - are arranged in parallel or - as can be seen from fig. 3

- også i vinkel til hverandre. Herunder kan de i varmeteknikken allerede lenge kjente rorskall i de enkelte rekkene likeledes stå i vinkel til hverandre. Det kan forefinnes én rekke, det kan eventuelt imidlertid også alt etter behov, forefinnes flere rekker 3a, 3b og 3c. Mellom rorskallenes enkelte skikt kan skikt 2 av i og for seg kjent lydslukningsmateriale være anordnet, som bl.a. også kan tjene til feste av rorskallene 3 i de enkelte - also at an angle to each other. Underneath, the rudder shells already long known in heating technology in the individual rows can also stand at an angle to each other. There can be one row, but possibly also several rows 3a, 3b and 3c, depending on the need. Between the individual layers of the rudder shells, layer 2 of per se known sound deadening material can be arranged, which i.a. can also be used to attach the rudder shells 3 in the individual

rekker. Skiktet 2 skal dog minst være anbragt mellom grunnskik-tet 3a til rorskallene og romveggen 1. Rorskallene kan ha forskjellige tverrsnitt D og veggtykkelser S. Som det fremgår av fig. 1 kan rorene i de enkelte skikt være stablet slik at en kileformig konstruksjon oppstår. De kan ved fortetninger 5 umiddelbart berore hverandre, men kan også ha uregelmessige avstan-der A fra hverandre. På rorenes vegg kan særlig på romsiden forefinnes åpninger 6, hvorved rorveggene kan være perforert eller - som fig. 4 viser - slisset. Alle disse utformninger har den fordel at de overfor de kjente absorbatorer unngår rettete refleksjoner og særlig absorberer lavfrekvente lydbolger bedre og mere bredspektret. Som eksempel på virkningen til demperen ifolge oppfinnelsen tjener diagrammet i fig. 5. Det viser den målte refleksjonsfaktor R i avhengighet av frekvensen i det nedre kritiske frekvensområde for en demper bestående av tre skikt rorskall i kileformet anordning, kombinert-med et 12 cm tykt absorpsjonsskikt umiddelbart foran veggen. reaches. However, the layer 2 must at least be placed between the base layer 3a of the rudder shells and the room wall 1. The rudder shells can have different cross-sections D and wall thicknesses S. As can be seen from fig. 1, the rudders in the individual layers can be stacked so that a wedge-shaped construction is created. They can, in the case of compactions 5, immediately touch each other, but can also have irregular distances A from each other. Openings 6 can be found on the rudder wall, especially on the room side, whereby the rudder walls can be perforated or - as fig. 4 shows - the slot. All these designs have the advantage that, compared to the known absorbers, they avoid directed reflections and in particular absorb low-frequency sound waves better and more broadly. As an example of the effect of the damper according to the invention, the diagram in fig. 5. It shows the measured reflection factor R as a function of the frequency in the lower critical frequency range for a damper consisting of a three-layer rudder shell in a wedge-shaped arrangement, combined with a 12 cm thick absorption layer immediately in front of the wall.

De anvendte rorskallene besto av glassfibre med veggtykkelser på ca. 3 cm. Skalloppbygningens konstruksjonsdypde utgjorde" ca. 55 cm. Den nedre grensefrekvensen ble fastslått med 100 herts. Til slutt skal det ytterligere vises til at foruten de rent tekniske fordeler, ved anvendelsen av rorskall, som fin- ner anvendelse i varmeteknikken, består også okonomiske fordeler. The rudder shells used consisted of glass fibers with wall thicknesses of approx. 3 cm. The construction depth of the shell structure was approx. 55 cm. The lower limit frequency was set at 100 hertz. Finally, it should be further pointed out that, in addition to the purely technical advantages, the use of rudder shell, which is used in heating technology, also has economic advantages.

Claims

1. Silencer for use especially in soundproof rooms, consisting of several sound-absorbing elements, characterized in that the sound-absorbing elements are rudder shells (3) arranged in front of the room wall (1).

2. Silencer according to claim 1, characterized in that the rudder shells (3) are arranged in several layers (3a, 3b, 3c ...), preferably such that the area covered by the rudder shells (3) of the individual layers decreases towards the interior of the room.

3. Silencer according to claim 1 or possibly 2, characterized in that the rudder shells (3) are attached to at least one even layer (2) of sound-absorbing material known per se..

4. Silencer according to claims 1-3, characterized in that the cross-section of the rudder shells (3) is round, elliptical or polygonal.

5. Silencer according to claims 1-4, characterized in that the rudder shells (3) are arranged wedge-shaped.

6. Silencer according to claims 1-5, characterized in that the axes of the rudder shells are parallel to each other.

7. Silencer at least according to claim 1, characterized in that the axes of the successive layers (3a, 3b, possibly 3c ...) of the rudder shells (3) are at an angle to each other.

8. Silencer at least according to claim 1, characterized in that the rudder shells (3) in the individual layers (3a, 3b, 3c ...) are arranged irregularly to each other.

9. Silencer according to at least one of claims 1-8, characterized in that the narrowings between the adjacent rudder shells (3) together with the spaces (A) between the rudder shells and/or the space between the rudder shells and the rear wall are tuned to Helmholtz resonators.

10.. Silencer according to claim 2, characterized in that the layers (2) of sound-absorbing material are arranged between the individual layers (3a, 3b, 3c ...) of a multi-layer silencer, and in particular between the last layer *(a) and the wall.

11. Silencer according to at least one of claims 1-10, characterized in that in the walls of at least part of the rudder shells (3) there are openings, in particular in the form of slits (6), which connect the inner space of the rudder shells (3) with the outer space .

12. Silencer according to at least one of claims 1-11, characterized in that the material density within the rudder shell (3) wall increases from the outside inwards.