SE501995C2 - Anordning för reducering av transmissionsljud - Google Patents

Description

20 25 30 35 501 995 Vid en viss frekvens, fo- resonansfrekvensen- är impedansen minimum, d.v.s. 1w(m-k/w2) = 0.

Enkelväggens reduktionstal är högt för höga frekvenser. Inom byggnadsakustiken mäter man enligt normerna endast frekvenser från 100 Hz och uppåt. Normalt ligger detta helt inom det masskontrollerade området.

Ett sätt att öka ljudisoleringen är att sätta två skivor efter varandra - d.v.s. åstadkomma. en, dubbelvägg. Vanliga konstruk- tioner av detta slag är gipsregelväggar, dörrblad och fönster. I väggar fylls ofta luftspalten med ett dämpande material, t.ex. mineralull, vilket ökar förlusterna och därmed ljudreduktionen.

De två väggskikten i en dubbell konstruktion står i förbindelse med varandra via luftspalten. Vid låga frekvenser är luften sà styv att väggskikten svänger i fas, d.v.s. dubbelkonstruktionen uppför sig som en enkelvägg. Vid en viss frekvens, resonans- frekvensen, som bestäms av väggskiktens ytvikter ( ml och m2 ) och den innestängda luftvolymens fjädring, kommer väggskikten att svänga i motfas, impedansen är låg, eftersom systemet vill självsvänga och reduktionstalet är lågt. Över resonansfrekvensen stiger reduktionstalet snabbt.

Reduktionstalet för en dubbelvägg kommer aldrig upp till summan av de två väggskiktens reduktionstal, eftersom de är samman- kopplade via luftfjädern. Vid låga frekvenser finns inte någon vàgutbredning' mellan väggskikten, trycket är samma över tvär- snittet. Detta innebär att dämpningsmaterial (såsom mineralull) inte har någon större effekt, eftersom någon tryckgradient inte finns. Luftpartiklarna rör sig med samma hastighet som fibrerna i materialet, varför några större friktionsförluster inte uppstår.

I tvärled däremot finns tryckgradienter eftersom fasen av det drivande trycket över en väggyta inte överallt är densamma och därför har en fyllning av luftspalten med t.ex. mineralull effekt.

Det är angeläget att öka ljudisoleringen vid framförallt låga 10 15 20 25 30 35 501 995 Detta kan ske genom att öka ytvikt eller styvhet för konstruktionerna, men frekvenser för' olika typer av skiljekonstruktioner. detta är kostsamt. Insättning av ett skikt i luftspalten ger inte några stora förbättringar eftersom det skiktet endast avdelar För dubbelväggar kan ljudisoleringen höjas väsentligt om de två väggskikten kan luftspalten och skapar nya resonanser. om trycket i luftspalten Ett sätt vore att låta över eller undertryck pysa ut genom öppningar, men dessa öppningar fungerar då som ljudkällor och kan höras frikopplas bättre från varandra, d.v.s. kan utjämnas eller en tryckgradient över spalten kan skapas. någon annanstans.

Uppfinnigens ändamål och viktigaste kännetecken Ändamålet med uppfinningen är att med enkla medel åstadkomma en reducering av ljudtransmissionen genom en konstruktionsenhet i synnerhet vid låga frekvenser och utan att konstruktionsenhetens tjocklek, vikt eller kostnad behöver ökas nämnvärt. uppgifter har lösts genom att utrymmet mellan de Dessa skivformade skiv- eller folie- delarna är, medelst minst ett längsgående, format element uppdelat, i flera fluidumspalter, att i elementet är och/eller till detta anslutande begränsningsdon är upptagna genomgående öppningar, så att ljudtrycket i spalten utjämnas och att elementets styvhet och ytvikt är så valda i förhållande till storlek och area att när detta öppningarnas svänger dess hastighet är fasförskjuten relativt ljudtrycket, åstadkommande tryckskillnader i spalterna.

Det åstadkommas således en fasskillnad mellan trycket i de två eller flera luftspalterna och trycket kan utjämnas via öppningar i det eller de avdelande elementen. Luftströmning genom små öppningar ger friktionsförluster. för hållande till elementets ytvikt och En avpassning av öppningarnas storlek och antal i styvhet måste ske så att den avsedda tryckskillnaden uppnås.

Skivor med öppningar placerade framför en vägg är en konstruktion som är känd och vanlig. T.ex. är perforerade plåtar eller gipsskivor vanliga som undertak, dessa bygger då på en resonans- 10 15 20 25 30 35 501 995 effekt, då luftens massa i hålen fjädrar mot den bakomliggande luftvolymens elasticitet och ger då hög ljudabsorption vid och omkring resonansfrekvensen. Egentligen är denna typ av absorbent en tillämpning av Helmholtzabsorbenten där luftmassan i ett hål eller rör fjädrar mot en bakomliggande avdelad volym. Den perforerade skivan eller skivan med spalter med en gemensam volym bakom kallas därför kopplade resonatorer.

Anordningen enligt uppfinningen bygger inte på principen att vara en resonansabsorbent, även om den effekten givitvis finns med i systemet, utan på att tryckskillnader skapas genom att skiktet med de genomgående öppningarna rör sig med fasskillnader relativt det drivande trycket och skapar tryckskillnader så att luft kan pumpas genom hålen eller öppningarna. Detta fungerar över reson- ansfrekvensen för hålen i elementet sett som Helmholtzabsorbent.

Den eftersträvade funktionen kräver att hålandelen sl anpassas I förhållande till dimension- (vinkelfrekvensen w) till mass- eller fjäderimpedansen. erande frekvens f, väljs hålprocent och ytvikt inom intervallet: 0,1 < w.m.s < 10 där vinkelfrekvensen w= 2nf En ännu bättre verkan åstadkommes genom att placera två element med öppningar på något avstånd från varandra i luftspalten. Genom att variera ytvikt och styvhet för vardera elementet kan fasskillnaderna styras mellan de tre luftspalter som bildas.

Dessutom är det så att eftersom trycket tvingas passera två element så kommer trycken pz och p4 i de yttre spalterna idealt att ligga i motfas mot varandra och gradienten över den mellersta luftspalten p3 kommer att vara maximalt. Andra kopplingar mellan så att idealförhållandet aldrig skikten kommer givetvis in, uppnås, men konstruktionen medför att trycköverföringen via elementen och via öppningar är missanpassade mot varandra. Om öppningarna ligger tätt kommer trycköverföringen via dessa att dominera och tryckgradienter kommer inte att uppstå. Om å andra sidan öppningarna ligger för långt ifrån varandra, kommer över- 10 15 20 25 30 35 501 995 föringen via väggskikten att dominera, luftspalterna blir styva.

För varje vald konstruktion kommer ett optimum att finnas. Detta optimum kan dimensioneras i storlek och frekvens genom att välja material och öppningarnasstorlek liksom deras inbördes avstånd.

Genom att en tryckgradient skapas över väggen kommer också dämpningsmaterial att bli verkningsfulla. En porös absorbent med öppna porer absorberar ljud genom friktionsförluster mellan Ett absorptionsmaterial inplacerat mellan de tvà skikten med luftmolekylernas rörelse och porväggarnas (fibrernas). öppningar kommer således att ge stora förluster. Hålens placer- ingar i de tvá skikten kan varieras så att tryckskillnaden tas upp över smà eller stora avstånd beroende pà vilken effekt som vill uppnås. Genom att fasskillnader även skapas över de yttre luftspalterna kommer absorptionsmaterial även att vara verksamma i dessa spalter.

Beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nedan att närmare beskrivas i några ut- föringsexempel med hänvisning till bifogade ritning.

Fig. 1 visar ett snitt genom en del av en konventionell vägg, en s.k. dubbelvägg.

Fig. 2 visar ett motsvarande snitt genom en dubbelvägg försedd med ett element enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar ett snitt genom en konventionell trippelvägg.

Fig.4 visar ett snitt genom fyrdubbelvägg försedd med dubbla element enligt uppfinningen.

Fig. 5 visar ett med fig.

Pig. 6 - konstruktionsenheter försedda med element enligt uppfinningen. l analogt snitt av en isolerad vägg. lO visar snitt genom olika alternativa utföranden av Fig.

Fig. 12 - resultat mellan konventionella väggkonstruktioner och konstruk- ll visar ett snitt genom ett glasparti till ett fönster. 17 visar diagram pà jämförande kurvor avseende mät- tionsenheter enligt uppfinningen.

Beskrivning av utföringsexempel 501 995 6 På ritningarna betecknar 11 en konstruktionsenhet, t.ex. en vägg, dörr, fönster eller liknande bestående av två på avstånd från varandra anordnade yttre, skivformade delar 12 och 13, t.ex. i form av hårda skivor, gipsplattor eller plåt samt en mellan dessa belägen luftspalt 14. Fig. 1 visar en konventionell väggkonstruk- tion, t.ex. en mellanvägg. I fig. 2 är enligt uppfinningen i luftspalten 14 anordnad ett längsgående skiv- eller folieformat element 15, som uppdelar utrymmet mellan väggdelarna 12 och 13 i två luftspalter l4a och 14b. Elementet är försett med över hela dess yta företrädesvis jämt fördelade, genomgående öppningar 10, så att de båda luftspalterna kommunicerar med varandra. Öppning- arna kan vara i form av hål, slitsar eller dylikt.

Fig. 3 visar en konventionell trippelvägg bestående av tre stycken skivor 12, 13 och 16.

Fig. 4 visar en kvadruppelvägg, där i utrymmet mellan yttre skivorna 12 och 13 är anordnade två element 15a och 15b enligt uppfinningen.

I fig. 5 åskådliggöres samma typ som i fig. 1, men försedd med en absorbent 17, exempelvis mineralull, mellan de yttre skivorna 12 och 13.

I figurerna 6 - 8 visas olika alternativa arrangemang av elemen- tet enligt uppfinningen i form av olika väggtyper med ett iso- leringsmaterial 17 placerat i luftspalterna 14 mellan elementen 15 och skivorna 12 och 13. Det är viktigt att isoleringsmateria- let 17 utgöres av en porös absorbent med öppna porer eller fibrer, så att luften inuti isoleringsmaterialet kan passera genom håligheterna i materialet och via öppningarna 10 till en intillbelägna spalt 14. Materialet i elementet kan vara en hård platta eller skiva av t.ex. träfiber, gips men även plåt, men den kan även bestå av en folie, exempelvis en aluminiumfolie.

I de i fig. 12 - 17 visade diagrammen ges några exempel på mätresultat, vid en jämförelse mellan kända väggkonstruktioner 10 15 20 25 30 35 501 995 och en konstruktionsenhet enligt uppfinningen.

I diagrammet enligt fig. 12 avser den heldragna kurvan en enkelvägg av 0.9 mm plåt, och den streckade kurvan en dubbelvägg i enlighet med fig. 1. Den streckprickade kurvan avser en vägg i enlighet med fig. 3, stycken hårda skivor (9 mm plåt). d.v.s en trippelvägg bestående av tre Diagrammet enligt fig. 13 visar en jämförelse mellan trippel- väggen enligt fig. 3 och väggkonstruktionen enligt fig. 2 försedd med ett element 15 enligt uppfinningen bestående av 0.9 mm plåt i vilken är upptagna 8 mm hål med ett centrumavstànd på 35 cm. Den heldragna kurvan avser den konventionella trippelväggen och den streckade linjen väggen enligt fig. 2. 1 med en I diagrammet enligt fig. 14 jämföres väggen enligt fig. fyrdubbelvägg enligt fig. 4, varvid den heldragna kurvan avser väggen enligt fig. 4. 1 och den streckade kurvan väggen enligt fig.

Diagrammet enligt fig. 15 visar en jämförelse mellan väggen enligt fig. 5 och väggen enligt fig. 6, varvid skillnaden mot föregående väggkonstruktioner är den att i spalterna mellan skivorna är anordnade ljudabsorbenter 17. Även här avser den hel- dragna linjen väggen enligt fig. 5 och den streckade linjen väggen enligt fig. 6.

I diagrammet enligt fig. 16 jämföres dubbelväggen enligt fig. 1 med väggen enligt fig. 7, d.v.s. i detta fall är ett av elementen 17 enligt uppfinningen vänd utåt som ljudabsorbent. I diagrammet är den heldragna kurvan återigen väggen enligt fig. 1 och den streckade kurvan avser väggen enligt fig. 7.

Diagrammet enligt fig. 17 visar slutligen en jämförelse mellan väggen. enligt fig. 5 och trippelväggen. enligt fig. 8, vilken sistnämnda är i diagrammet visad med streckade linjer medan dubbelväggen enligt fig. 5 är visad med heldragen linje. 10 15 20 25 30 35 501 995 De redovisade resultaten är ljudnivàskillnaden mellan ljudtrycks- nivån i ett rum l m framför provväggen insatt i en dörrkam, 1 * 22 m2, sidan. och accellerationsnivàn pá väggskiktet pà mottagar- Mätningarna är relativa eftersom avsikten endast var att mäta förändringar mellan olika konstruktioner. svårt att mäta reduktionstal ned till 20 Hz, kan skillnaderna mätas.

Det är mycket men pá detta sätt Väggskikten utgjordes av 0,9 mm plàt och i mittplàtarna utgjordes öppningarna av runda hål, 8 mm, cc 30 - 40 cm.

De redovisade mätningarna ger endast exempel på Inn? konstruk- tionen kan utnyttjas. Väggskikten kan utgöras av allt mellan folie och betongskikt. Hàlen kan vara hál med 1 - 20 mm diameter eller motsvarande spalter. Hålen kan vara placerade pà olika avstånd från varandra, cc 1 mm till 1 m kan vara aktuella, beroende pá vilket frekvensomràde som skall förbättras. Konstruk- tionen kan vara med eller utan ett poröst absorberande skikt 17 mellan elementen 15 och spalterna 14.

Konstruktionen kan som här användas mellan tvá skivor i en vägg.

I bjälklag eller dörrblad blir funktionen densamma. De skivor mellan vilka elementen placeras kan således vara allt emellan 20 cm betong och 1 mm faner, eller till och med tunna folier.

I fönster kan inte en täckande konstruktion placeras mellan glasrutorna 18, men fönstrets dimensioner gör att det för làga frekvenser räcker med spalter ute vid bàgarna mellan innerglaset- ll. kombineras gärna med en karmabsorbent 19 för att öka dämpningen. /glasen och bágen som är visat i fig. En sådan spalt Ett alternativ är ocksá att gör häl i innerglaset/glasen mitt för spröjsarna i ett fönster med spröjsar, eller i själva spröjsarna.

De dubbla elementen 15 med öppningar 10 kan också användas för att förbättra ljudisoleringen för en enkelvägg fig. 9 genom att elementen placeras pà en eller två sidor om enkelväggen.

Konstruktionen sätts då pà någon eller nâgra cm avstånd fràn väggen 20 så att luften tillåts röra sig till hälen. Givetvis kan då även den spalten eller spalterna 14 fyllas med mineralull 17 10 15 20 501 995 för att öka dämpningen.

I dessa fall med placering utvändigt mot en skiva kommer konstruktionen även att fungera som ljudabsorbent. Konstruktioner med perforerade ytskikt som ljudabsorbenter finns redan, men här avses en konstruktion med tvâ element med genomgående hål i, så att elementens vibrationer driver lufttransporten genom hàlen.

Detta innebär också en konstruktion så att ljudabsorptionen kan fungera ned till mycket låga frekvenser.

Ett vanligt problem är att förbättra ljudisoleringen för en befintlig konstruktion, t.ex. en vägg 20 i fig. 10 om man vill ha ett tätt skikt mot rummet.

Hittills har endast tillämpningar i luft diskuterats, men konstruktioner av' skivor- med hål kan även användas för att reducera eller absorbera vibrationer och tryckvàgor i vätskor trots att vätskor är betydligt mer inkompressibla än gaser, särskilt är konstruktionen användbar som ljudabsorbent i vätskor, där stora.

Kombinationer mellan vätska och luft är också möjliga. energiförlusterna vid strömning genom hàl är

Claims (4)

501 995 10 PBTENTKRAV

1. Anordning för reducering av ljudtransmission genom en kon- struktionsenhet (ll), t.ex. en vägg, dörr, fönster eller liknan- de, varvid konstruktionsenheten består av minst två på något avstånd från varandra anordnade skivformade delar (l2,13), varvid utrymmet (14) mellan de skivformade delarna (12,13) medelst minst ett längsgående, skiv- eller folieformat element (15) är uppdelat i flera fluidumspalter (l4a,14b), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att i elementet (15) och/eller till detta omslutande begräns- ningsdon (19) är upptagna genomgående öppningar (10), så att ljudtrycket (P) i spalterna (14) utjämnas, varvid elementets styvhet (k) och ytvikt (m) är så valda i förhållande till öpp- ningarnas (10) storlek och area att när elementet försattes i svängning, dess svängningshastighet är fasförskjuten relativt ljudtrycket, åstadkommande 'tryckskillnader i. spalterna (14), varjämte öppningarnas (10) area relativt elementets (15) yta är 0,1 < w m s < 10 där: w = den dimensionerande vinkelfrekvensen (2 n f) och s = öppningarnas area elementyta

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att flera element (15) är anordnade på avstånd från varandra, och att öppningarna (10) i det ena elementet är förskjutna i för- hållande till öppningarna i näst intill belägna element.

3. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att utrymmet i spalterna (14) är åtminstone delvis fyllt av ett poröst, luftgenomsläppligt, absorberande material, t.ex. minera- lull. 501 995 11

4. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att i fönster eller dörrar med glasuttag elementet (15) utgöres av en glasruta (18) och att öppningarna (10) är anordnade i glaset i närheten av fönsterbàgarna eller i fönsterspröjsar och/eller i fönsterbàgarna.