WO1994026995A1 - Schallabsorbierendes glas- oder transparentes kunstglasbauteil - Google Patents

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WO1994026995A1
WO1994026995A1 PCT/EP1994/001511 EP9401511W WO9426995A1 WO 1994026995 A1 WO1994026995 A1 WO 1994026995A1 EP 9401511 W EP9401511 W EP 9401511W WO 9426995 A1 WO9426995 A1 WO 9426995A1
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Helmut Fuchs
Xueqin Zha
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • Y10T428/131—Glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide or metal carbide containing [e.g., porcelain, brick, cement, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a sound-absorbing glass or transparent synthetic glass component according to the preamble of claim 1, as is known from DE-G 91 1 6 233.6 U1 b.
  • Conventional sound absorbers use porous or fibrous material to convert airborne sound vibrations into heat through friction on their finely structured, as open as possible surface structure (passive absorber).
  • the object of the invention is to provide a glass component which is sound-absorbing and remains transparent. This object is achieved by claim 1, advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
  • the new absorber itself consists exclusively of one or more completely light-transparent plates, which in themselves are hardly excitable by airborne sound waves. It is made up of a large number of very small continuous holes in its surface facing the room in connection with a cavity arranged behind it (for example in the manner of the micro-perforated plates described in [5] before a sound-hard boundary) for the absorption of incident sound waves in one wide frequency band in the listening area.
  • the holes can be made by means of drills, lasers, plasma welding systems.
  • sound absorbers which can be retrofitted and which do not impair the architectural design are provided in a plane-parallel manner, if possible directly in front of the reflecting glass components.
  • the principle of the micro-perforated transparent sound absorber can be advantageously implemented in 3 constructional variants.
  • the absorber according to Figure 1 in front of the actual glass components, e.g. In their given frame constructions, which are subsequently inserted, their building physics, lighting technology and optical functions can be practically completely preserved.
  • the holes e.g. with diameters d between 0.2 and 2 mm and spacing b of the holes from between 2 and 10 mm
  • the holes can be made so small and regularly in the front shells that the transparency suffers only insignificantly.
  • the space between the facing shell and the glass component can be closed as indicated in Figure 1.
  • the front cover can also be hung without a side closure. The absorption works as long as the distance is small compared to the transverse dimensions of the facing shell.
  • the front cover can be flat, oblique or layered and curved, convex or structured, eg corrugated, zigzag-nubbed pyramid-shaped, etc.
  • the facing shell can be edged as shown in Figure 1 .3 or arranged to span a corner.
  • the absorbers as independent components e.g. integrated in walls, ceilings and false ceilings or even placed in front of existing components, depending on or placed in front, then they not only enable an absorption that can be adjusted to the respective requirements, but also additionally scatter in targeted reflections of sound waves in room areas where they are harmless or are absorbed there.
  • the absorber can also take on constructional functions: as a kind of glass building block with high sound insulation, e.g. in suspended ceiling systems, for example according to [6] and partition walls, but also as a sound-absorbing and sound-absorbing component for enclosures, cabins and ducts.
  • Versions according to Figures 2 and 3, in which the section through a component according to the invention is shown, are particularly advantageous since they can be arranged to be movable in the room and the acoustics can thus be "varied", e.g. Depending on the number of people, fewer or more absorbent glass components can be set up in a room, thus dampening the noise, ambient noise or the background of the conversation.
  • the thickness of the glass components according to the invention can be between 2 and 20 mm, advantageously (because of the weight) between 4 and 8 mm.
  • the hole cross section can be round, oval, irregular or polygonal, the hole can be parallel, conical inwards or outwards or obliquely through the plate.
  • the plate can additionally be designed to reflect outside or inside for visible or infra-red light or especially for thermal purposes.
  • Figure 7 shows another version of a single plate made of plexiglass, whereby the parameters have been changed compared to the other two Figures 5 and 6, namely the thickness with 0.2 mm, hole diameter 0.16 mm. Hole spacing 1, 4 mm, distance to the rear wall 600 mm and the perforated area with 1, 03%.
  • the very thin plastic plates with a thickness of 0.2 mm are thicker films which then have stiffeners, so that the plates cannot be excited to vibrate by the impinging sound. These stiffeners can be thickened areas or glued-on strips made of the same material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil, das durchgehende Löcher aufweist und dem in einem Abstand eine Rückwand zugeordnet ist, wobei das Glasbauteil als Platte mit kleinen Löchern mit einem Durchmesser von 0,2-2 mm, einem Lochabstand von 2-20 mm und einer Plattendicke von 2-30 mm ausgebildet ist.

Description

Schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstqlasbauteil
Die Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstgla bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wie es DE-G 91 1 6 233.6 U1 b kannt ist.
.Einleitung
Herkömmliche Schallabsorber benutzen poröses oder faseriges Material, um Luf schall-Schwingungen durch Reibung an ihrer feinstrukturierten, möglichst offene Oberflächenstruktur in Wärme umzuwandeln (passive Absorber).
So läßt die in G 91 16 233.6 beschriebene, grob (mit einem Lochflächenantei von
- 30%) gelochte, dem Schallfeld zugewandte Glasscheibe als transparente Ab deckung mit einer Vielzahl von Durchbrechungen, die jeweils eine Flächenabmes sung von 20 mm^ bis 20 cm^ aufweisen, den Schall fast ungehindert zu den i Luftzwischenraum zwischen den Glasscheiben angeordneten Schallschluckelemen ten hindurch. Entsprechend kann nur die durch die Löcher in den Luftzwischenrau gelangte Schallenergie dort durch die Schallschluckelemente absorbiert werden.
Alternativ wird den auftretenden Schallwellen in sogenannten reaktiven Absorber durch Mitschwingen von Folien, Platten oder Membranen Energie in einem relati breiten Frequenzband entzogen, wenn das Mitschwingen durch poröse, faserig oder viskose Dämpfungs-Schichten bedämpft wird. Es sind auch reaktive Schalla sorber bekannt 11 ], die ganz ohne den Einsatz zusätzlicher Dämpfungs-Materialie auskommen. Sie sind dann aber
- entweder mehrschichtig aus Folien, Platten oder Membranen aufgebaut [2],
- oder/und mit relativ großen, scharfkantigen Löchern versehen [3]
- oder/und mit einer stark strukturierten (z.B. reliefartigen) Oberfläche ausgestatte [4], so daß eine Vielzahl von Platten- und Luftschwingungen angeregt werden kann.
In jüngster Zeit häufen sich bei Beratungs- und Entwicklungsprojekten Forderunge nach Schallabsorbern aus mechanisch und chemisch hochresistenten keramische Materialien. Sowohl im Bereich der technischen wie der Raum- und Bauakustik wir dabei auch eine Ausführung verlangt, die ganz auf den Einsatz poröser oder gar fa seriger Dämpfungsmaterialien verzichten kann.
Anforderungen bei Außenbauteilen aus Glas
In Büro- und öffentlichen Gebäuden hat der Flächenanteil von Glasbauteilen in der Außenhaut der Gebäude ebenso wie im Innenbereich stark zugenommen. Da Glas, insbesondere in größerer Materialstärke, Schallwellen in einem breiten Frequenzbe¬ reich praktisch vollständig reflektiert, ist dadurch nicht selten ein raumakustisches Problem hinsichtlich Nachhallzeit und schädlicher Rückwürfe entstanden. Besonders kritisch verhalten sich in dieser Hinsicht Räume mit konkav gekrümmten Flächen, die zu Schallkonzentrationen führen können.
2.Nachteile konventioneller Schallabsorber
Allen o.g. Absorbern gemeinsam ist, daß sie bei geeigneter Wahl der schwingenden bzw. der bedämpfenden Materialien bis zu einem gewissen Grade lichtdurchlässig (transluzent) gemacht werden können [4]. Bisher war es aber nicht möglich, völlig durchsichtige (transparente) Glas- oder Kunststoffbauteile mit völlig glatter, harter, nicht schwingungsfähiger geschlossener Oberfläche für die Schallabsorption heran¬ zuziehen. Vielmehr gelten raumbegrenzende Glasflächen i.A. als akustisch völlig hart (total reflektierend). Der anhaltende Trend zu immer mehr und größeren Glaswänden und -decken, die außerdem häufig konkav geformt zu besonders schädlichen Schall- Konzentrationen zum Krümmungs-Mittelpunkt hin führen können, läßt diesen gravie¬ renden Nachteil der Glasbauteile immer deutlicher hervortreten. Bisher wird der Ar¬ chitekt in solchen Objekten, die neben baulichen, optischen und lichttechnischen auch bestimmten raumakustischen Anforderungen genügen müssen, gezwungen, in sein Konzept massiv einschneidende Kompromisse einzugehen: Er muß die Glasbau¬ teile, zumindest teilweise, - entweder durch absorbierende nicht-transparente Bauteile ersetzen,
- durch vorgesetzte nicht-transparente zusätzliche Schallabsorber unschädlich ma¬ chen,
- oder durch vorgesetzte (auch transparente) zusätzliche Reflektoren eine Umlen- kung oder Streuung der zurückgeworfenen Schallwellen so bewerkstelligen, daß sie die "Akustik" des Raumes nicht mehr stören können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Glasbauteil zu schaffen, das schallabsorbierend ist und durchsichtig bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
3. Vorteile der neuartigen Schallabsorber
Der neue Absorber besteht selbst ausschließlich aus einem oder mehreren völlig licht-transparenten Platten, die an sich durch Luftschallwellen kaum anregbar sind. Er wird durch eine Vielzahl sehr kleiner durchgängiger Löcher in seiner dem Raum zugewandten Oberfläche in Verbindung mit einem dahinter angeordneten Hohlraum (etwa nach Art der in [5] beschriebenen mikro-perforierten Platten vor einer schall¬ harten Begrenzung) zur Absorption von auftreffenden Schallwellen in einem breiten Frequenzband im Hörbereich befähigt. Die Löcher können mittels Bohrer, Laser, Plasmaschweißanlage gefertigt sein.
Um diesen teilweise neuen Problemen begegnen zu können, sind planparallel, mög¬ lichst unmittelbar vor den reflektierenden Glasbauteilen nachträglich montierbare Schallabsorber vorgesehen, die den architektonischen Entwurf nicht beeinträchtigen. Für Räume mit vorwiegenden Sprachdarbietungen weisen diese ebenen, trans¬ parenten Absorber, insbesondere bei senkrecht auftreffenden Schallwellen im Fre¬ quenzbereich zwischen f = 125 und 1250 Hz einen Absorptionsgrad von größer 0,5 bei 500 Hz nahe 1 , auf. Materialauswahl
Als in vieler Hinsicht ideale Baustoff für derartige Schallabsorber haben sich einige hochresistente Kunststoffe sowie Glas, aber im Innenraumbereich auch Acrylglas (glasklar oder eingefärbt) herausgestellt. Wenn man Platten aus diesem Material in einer Stärke zwischen etwa t = 2 und 12 mm mit einem Abstand zwischen D = 25 und 100 mm vor dem Glasbauteil anbringt, lassen sich, wie umfangreiche Unter¬ suchungen gezeigt haben, ganz erstaunlich breitbandige Schallabsorber entwickeln. Sie benötigen keinerlei poröse oder faserige Materialien, sondern nur relativ kleine Löcher mit Durchmessern d = 0,1 - 3 mm, bevorzugt jedoch 0,1 - 0,8 mm. In mehrschichtigen Aufbauten lassen sich gemäß Patentanmeldung DE P 43 12 886 so Resonanzabsorber aufbauen, die den gesamten interessierenden Frequenzbereich auf einer und derselben Absorberfläche zu mehr als 80 % absorbieren.
Das Prinzip der mikro-perforierten transparenten Schallabsorber läßt sich vorteilhaft in 3 bautechnischen Varianten realisieren.
3.1 als Vorsatzschalen
Wenn die Absorber gemäß Bild 1 vor den eigentlichen Glas-Bauteilen , z.B. in deren vorgegebenen Rahmenkonstruktionen, nachträglich eingefügt werden, lassen sich deren bauphysikalische, lichttechnische und optische Funktionen praktisch vollstän¬ dig erhalten. Z.B. können die Löcher (z.B. mit Durchmessern d zwischen 0,2 und 2 mm und Abständen b der Löcher voneinander zwischen 2 und 10 mm) in den Vor¬ satzschalen so klein und regelmäßig angebracht werden, daß darunter die Transpa¬ renz nur ganz unerheblich leidet.
Die Vorsatzschale wird in einem Abstand von D = 20 - 500 mm vor das vorhan¬ dene Bauelement (Fenster, Wand, Tür) fixiert. Der Raum zwischen Vorsatzschale und Glasbauteil kann geschlossen sein wie in Bild 1 angedeutet. Die Vorsatzschale kann aber auch ohne seitlichen Abschluß vorgehängt sein. Die Absorption funktio¬ niert solange der Abstand klein ist gegenüber den Querabmessungen der Vorsatz¬ schale. Die Vorsatzschale kann, wie in Bild 1 gezeigt, eben, schräg oder geschichtet ange ordnet sein und gewölbt, konvex oder strukturiert, z.B. gewellt, zick-zack-genoppt pyramidenförmig etc., ausgebildet sein. Die Vorsatzschale kann gemäß Bild 1 .3 ge kantet sein oder eine Ecke überspannend angeordnet sein.
3.2 als einseitig wirksame Kassetten
Wenn stattdessen die Absorber als eigenständige Bauteile z.B. in Wänden, Decke und Unterdecken integriert oder auch vor vorhandenen Bauteilen aufgestellt, abge hängt oder vorgesetzt werden, dann ermöglichen sie nicht nur eine auf den jeweili gen Bedarf einstellbare Absorption, sondern darüber hinaus zusätzlich auch eine Streuung in gezielte Reflexe von Schallwellen in Raumbereiche, wo sie unschädlic sind oder dort absorbiert werden. In dieser Variante gemäß Bild 2 kann der Absorbe auch bautechnische Funktionen übernehmen: als ein Art Glas-Baustein mit gleich¬ zeitig hoher Schalldämmung, z.B. in Unterdecken-Systemen etwa nach [6] und Stellwänden, aber auch als schalldämpfendes und -dämmendes Bauteil für Kapse¬ lungen, Kabinen und Kanäle.
Ausführungen gemäß Bild 2 und 3. in denen der Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil gezeigt ist, sind besonders vorteilhaft, da sie bewegbar im Raum angeordnet werden können und so die Akustik "variierbar" ist, z.B. können je nach Personenzahl in einem Raum weniger oder mehr absorbierende Glasbauteile aufgestellt werden und so die Geräusche, Umgebungslärm oder der Gesprächshin¬ tergrund gedämpft werden.
3.3 als allseitig wirksame Kulissen
Schließlich können vollständig transparente Bauteile gemäß Bild 3 als "Kompakt-Ab- sorber", "Zentral-Körper" oder "Baffles", losgelöst von anderen Bauteilen und Funk¬ tionen, als Schall absorbierende und streuende Elemente auch raumgestaltend, z.B. in Verbindung mit Beleuchtungskörpern, sehr vielseitigen Einsatz finden. Die in Bild 3 gezeigten Ausführungen können z.B. an der Decke im Raum aufgehängt werden. Die schraffiert angeordneten Teile sind massiv und können selbst auch transparent sein, sie sollen die Kulisse (Zylinder, Quader, Profil) tragen bzw. stützen.
Die Dicke der erfindungsgemäßen Glas-Bauteile kann je nach Anwendungszweck zwischen 2 und 20 mm betragen, vorteilhafterweise (wegen des Gewichts) zwi¬ schen 4 und 8 mm.
Der Lochquerschnitt kann rund, oval, unregelmäßig oder vieleckig ausgebildet sein, die Lochbohrung parallel, konisch nach innen oder außen oder schräg durch die Platte sein. Die Platte kann zusätzlich nach außen oder innen reflektierend für sicht¬ bares oder infra-rotes Licht oder speziell für wärmetechnische Zwecke ausgebildet sein.
In Bild 4 sind 3 nur einschalig aufgebaute Absorber als einfache Vorsatzschalen vor den verschiedenen Glas-Bauteilen, wie Glasaußenfassade, Glaszwischen¬ wand, Glasdecke, Fenster oder Tür dargestellt. Bild 5 zeigt für senkrechten Schalleinfall die Absoptionsgrade alpha für eine Ausführung in Glas und Bild 6 die Ergebnisse für eine Ausführung in Acrylglas, bei einer Schichtdicke von t = 5 mm. Wenn der Schwerpunkt des Problems in einem anderen Frequenzbereich liegt, lassen sich durch Variation der geometrischen Parameter b, d, t und D auch andere optimale Auslegungen ermitteln.
Bild 7 zeigt eine weitere Ausführung einer Einfachplatte aus Plexiglas, wobei die Parameter gegenüber den anderen beiden Bildern 5 und 6 geändert worden sind, nämlich die Dicke mit 0,2 mm, Lochdurchmesser 0,16 mm. Lochabstand 1 ,4 mm, Abstand zur Rückwand 600 mm und der Lochflächenanteil mit 1 ,03 %.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, mehrere Platten in größer werden¬ dem Abstand zur Wand hin anzuordnen.
Bei den ganz dünnen Platten aus Kunststoff mit einer Dicke von 0,2 mm handelt es sich um dickere Folien, die dann Versteifungen aufweisen, so daß die Platten nicht zu Schwingungen durch den auftreffenden Schall anregbar sind. Diese Versteifungen können Verdickungen sein oder aufgeklebte Streifen aus demsel¬ ben Material. Schrifttum
[1 ] Fuchs, H.V.: Zur Absorption tiefer Frequenzen in Tonstudios.
Rundfunktechnische Mitteilungen rtm 36 (1992), H. 1 , S. 1 - 1 1 .
[2] Fuchs, H.V.; Hunecke, J.; Zha, X.: Schallabsorbierendes Bauteil. DE-Anmeldung 43 1 2 886.
[3] Ackermann, U.; Fuchs, H.V.; Rambausek, N.: Schalldämpfer-Box. DE 35 04 208
[4] Kiesewetter, N.; Lakatos, B.: Schallabsorbierendes Bauelement. DE 27 58 041 .
[5] Maa, D.-Y.: Theory and design of microperforated panel sound absorbing constructions. Scientia Sinica 18 (1975), H. 1 , S. 55 - 71 (in chinesischer Sprache).
[6] Fuchs, H.V.; Eckoldt, D.: Unterdecke. DE-Anmeldung 43 12 885

Claims

Patentansprüche
1. Schallabsorbierendes Glas- oder transparentes Kunstglasbauteil, das durchgehende Löcher aufweist und dem in einem Abstand eine Rückwand zugeordnet ist,
d adurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil als Platte mit mikroperforierten Löchern mit einem Durchmesser von 0,1-2 mm, einem Lochabstand von 2 - 20 mm und einer Plattendicke von 0,2 - 30 mm ausgebildet ist.
2. Glasbauteil nach Anspruch 1 ,
d adurch gekennzeichnet,
daß das Glasbauteil im Abstand vor einer Wand, Decke, Fenster oder Türe(n) ange¬ bracht ist.
3. Glasbauteil nach Anspruch 1 ,
d adurch gekennzeichnet,
daß die Platte eben, geknickt, gewölbt, gewellt, strukturiert, konkav, konvex oder Zy¬ linder-, prismen-, ellipsoid- oder kugelförmig, und/oder als Kasten oder Kassette ausgebildet ist.
4. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 3, d adurch gekennzeichnet,
daß die Löcher einen Durchmesser von 0,1 - 0,8, vorzugsweise von 0,2 - 0,8 mm aufweisen.
5. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1.- 4,
d adurch gekennzeichnet,
daß die Lochbohrung parallel, konisch, vieleckig oder schräg durch die Platte geführt ist.
6. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 5,
d adurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Platten mit einer IR - oder sichtbares Licht reflektierenden Schicht versehen ist.
7. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 6,
d adurch gekennzeichnet,
daß die Platte derart steif ausgebildet ist, oder Versteifungen aufweist, so daß die Platte nicht durch Schallwellen im hörbarem Spektrum zu Schwingungen anregbar ist.
8. Glasbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 7,
d adurch gekennzeichnet,
daß mehrere Platten hintereinander vorgesehen sind.
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