Patentschrift Plattenresonator
Die Erfindung betrifft einen Plattenresonator zur breitbandingen Bedämpfung von Räumen, z.B. in geschlossenen, relativ kleinen Räumen, z.B: 4 x 5 m2 und 3 m Höhe.
Schalldämpfende Maßnahmen in geschlossenen Räumen dienen bisher vor allem zwei ganz unterschiedlichen Zielen: möglichst guter Übertragung zwischen Schallquellen und auf diese fixierten Zuhörern ("Raumakustik"), möglichst geringer Einwirkung von Schallquellen auf durch diese belastete Arbeitsplätze ("Lärmbekämpfung").
Während es im ersten Fall darauf ankommt, Schallereignisse im Raum so unverfälscht, natürlich und effektvoll wie möglich stattfinden zu lassen, geht es im zweiten Fall darum, diese so stark wie möglich in ih rem Geräuschspektrum zu verändern, wenn dabei nur ihre Lautstärke genügend reduziert werden kann.
Neben dieser traditionellen Aufgabe für Akustiker wird einem dritten Problembereich bei Bauherren und Planern zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt: der Rückwirkung kleiner Räume auf das Schallereignis (vor allem bei tiefen Frequenzen) und einer damit verbundenen ganz anderen Art von Belastungen an besonders hochwertigen Arbeitsplätzen:
Schlechte Sprachverständlichkeit und starke Klangverfärbung können die Arbeitsbedingungen von z.B. Sprechern, Musikern, Lehrern und Toningenieuren sehr nachhaltig beeinträchtigen. Da diese "Raumrückwirkung" es Musikern in der Gruppe massiv erschwert, sich selbst zu hören und zu kontrollieren, animiert sie zum lauten Spielen. In nicht richtig bedämpften kleineren Räumen (z.B. in Kellergewölben, aber auch in teilweise überdachten Orchestergräben) können so durchaus gehörschädigende Schallpegel weit über 100 dB(A) aufgebaut werden.
Die Übertragungsfunktion eines Rechteckraumes mit den Abmessungen von z.B. 5 x 4 x 3 m3 weist im un- 25 gedämpften Rohbau-Zustand bei konstanter Luftschall-Anregung Pegelunterschiede bis zu 40 dB zwischen den Maxima und Minima für beliebige Sendeund Empfangspunkte auf. Wenn man bedenkt, daß sich in einer realen Situation die Übertragungsfunktion des Raumes, wie in Bild 1 dargestellt, mit derjenigen eines Baßinstruments überlagert, wird deutlich, daß der Raum kräftig mitspielen kann, wenn man seine Eigenresonanzen unbehandelt läßt. So ungleichförmig wie die Frequenzabhängigkeit des ganzen Raumes ist, so ungleichmäßig ist die räumliche Intensitätsverteilung des 30 Schallfeldes bei einer bestimmten Frequenz (s. Bild 2). Aber auch das Abklingverhalten des Raumes während einer Sendepause wird bei Frequenzen zwischen zwei Resonanzspitzen von empfindlichen Ohren als sehr unangenehm schwankend empfunden. Den Klang verfälschende "Verzerrungen" bis hin zum bekannten "Dröhnen" bei Sprache wie Musik machen so anspruchsvollen Künstlern und Toningenieuren ihre qualifizierte Arbeit allzuoft unnötig schwer.
Das Problem ist aber, in abgeschwächter Form, auch in Hörsälen, Sitzungsräumen und Wohnzimmern weit 35 verbreitet, wenn diese nur schwach möbliert sind; nur wissen die Nutzer mit weniger geschulten Ohren den Grund für ihr Unwohlsein in solchen Räumen oft nicht zu artikulieren. Die Tatsache, daß in manchen Räumen an Teilen der Decke hinter Lochplatten eine dünne Schicht aus z.B. Mineralfasern in gut gemeinter Absicht installiert wurde, kann das Problem übrigens nicht lösen; auch die nachträgliche Anbringung absichtsvoll strukturierter Weichschaumplatten hilft nicht richtig weiter, läßt manchmal die Problematik bei tiefen Frequenzen sogar noch deutlicher hervortreten.
So ist aus der DE 7427551 U1 eine schallabsorbierende Mehrschichtplatte bekannt, die frontseitig Löcher mit einem Lochflächenanteil von mindestens 5 % aufweist. Dahinter befindet sich dann der absorbierende Schaumkunststoff. Weiterhin ist aus der US-PS 3215225 eine ähnliche Anordnung bekannt mit einer Innenschicht aus einer Gipsplatte oder Asbestzementplatte; allerdings ist die Frontplatte zum Teil auch reflektierend ausgebildet mit einer dämpfenden Auflage, ähnlich einem Antidröhnbelag in Personenkraftwagen.
2. Nachteile konventioneller Schallabsorber
Im Bereich des Studiobaus ist es seit langem üblich, bei Bedarf spezielle Tiefen-Absorber in kleine Aufnahmeund Wiedergaberäume einzubauen. Allerdings beanspruchen diese bisher viel Raum und erfordern den Einsatz großer 50 Mengen künstlicher Mineralfasern (KMF). Mit den bekannten "Kassetten-Decken", "Baß-Fallen" und "Kanten-Absorbern" ist es allerdings noch relativ teuer und raumverschwendend, bei tieferen Frequenzen die unbedingt notwendige Absorption zu besorgen [2] ([2] Fuchs, H.v.: Zur Absorption tiefer Frequenzen in Tonstudios. Rundfunktechnische Mitteilungen 36 (1992), H. 1, S. 1-11). Anstelle glatter Raumbegrenzungen entsprechend dem jeweiligen architektonischen Entwurf springen diese Absorber förmlich aus der Wand oder Decke heraus. Bei späteren Nachbesserungen 55 weiß man sich im allgemeinen nur mit ebenfalls ziemlich voluminösen "Ecken-Stehern" mehr schlecht als recht zu helfen. Seit Jahren beschäftigt sich die Anmelderin mit der Entwicklung verschiedener Alternativer/Faserfreier Absorberfür den technischen Schallschutz [3] ([3] Fuchs, H.V.; Ackermann, U.; Rambausek, N.: Schallschutz: Schallabsorber für einen breiten Frequenzbereich. Deutsches Architektenblatt 22 (1990), H.7, S. 1129-1132).
Mit dem sogenannten "Membran-Absorber" nach [2] (Bild 3) konnten bereits einige Nachteile konventioneller Absorber abgebaut werden:
1. er kommt ohne den Einsatz der als gesundheitsgefährdend verdächtigen KMF aus,
2. er kann bei einer Bautiefe von nur 100 mm z.B. auf Frequenzen unter 100 Hz abgestimmt werden,
3. er zeichnet sich durch eine rundum hermetisch abgeschlossene Bauweise aus,
4. er läßt sich mit seinen allseitig völlig glatten Oberflächen und seiner innen angebrachten Wabenstruktur ganz aus nur einem Material, z.B. Stahl oder Aluminium, herstellen,
5. er läßt sich als selbständiges, stabiles Bauteil äußerst mobil und vielseitig einsetzen.
Bei zahlreichen Anwendungen in der Raumakustik wurden aber auch einige Nachteile des MA deutlich:
1. seine relativ schmalbandig auf tiefe Frequenzen abgestimmte Wirksamkeit erfordert in vielen Fällen die Anbringung zusätzlicher poröser oder faseriger Absorber neben oder vor dem MA zur Bedämpfung mittlerer und hoher Frequenzen,
2. seine eigenständige, kompakte und kantige Bauweise läßt sich nicht in jedes architektonische Konzept einfügen,
3. Seine Herstellung ist im Vergleich zu allen herkömmlichen raumakustischen Verkleidungen von Decken und Wänden sehr teuer.
In den meisten raumakustischen Anwendungen kommt die außerordentliche Robustheit der MA, die durch ihren äußeren "Rahmen", ihre (bei einseitiger Auslegung) rückseitige "Wanne" sowie ihre inneren "Waben" bedingt wird, gar nicht zur Geltung. Dagegen will man die Absorber häufig viellieber hinter einer großflächig tapezierten Fläche (z.B. auch einer "Vorsatzschale") verschwinden lassen. Manchen Architekten und Bauherren sehen irgendwie hervortretende Tiefen-Absorber auch zu technisch aus.
Herkömmliche Mitschwinger als Schallabsorber, auch die sogenannten Folien-, Membranund Platten-Resonatoren (s. z.B. Tafel 7, S. 409- 420 in [4] (Fasold, W.; Sonntag, E.; Winkler, H.: Bau- und Raumakustik. Verlag Bauwesen, Berlin, 1987.)) weisen zwar oft eine mehr oder weniger ebene Oberfläche auf. Die Platten aus z.B. Holzspan, Hartfaser, Sperrholz oder Gipskarton werden aber üblicherweise auf einer Unterkonstruktion aus Holzbalken und -leisten montiert, die naturgemäß immer etwas "arbeitet". Deswegen lassen sich solche "Vertäfelungen" zwar streichen, 35 aber kaum dauerhaft übertapezieren.
Man meint (s. S. 207 in [5]: Biehn K.; Gruhl, S.: Absorptionsschalldämpfer. In: Lärmbekämpfung. Hrsg. W Schirmer, Verlag Tribüne, Berlin 1989), daß die Schalldämpfung bei und in der Nähe der aus Masse der Platte und Federsteife des zwischen Platte und schallharter Rückwand eingeschlossenen Luftkissens definierten Resonanzfrequenz durch die inneren Verluste bestimmt wird. Zusätzlich z.B. in der Form einer losen porösen Absorberfüllung im Luftvolumen eingebrachte "Strömungswiderstände" können nach dieser weit verbreiteten 40 Vorstellung die Bandbreite dieser Resonanz-Schalldämpfer etwas vergrößern. Es lag daher nahe, den Luftraum aus diesen und einigen hygienischen und praktischen Gründen heraus stets rundum durch Leisten oder Rahmen mehr oder weniger dicht abzuschließen.
In (Fasold, W: Schallabsorber und ihr Einsatz in Wohn- und Gesellschaftsbauten. In: Taschenbuch Akustik, Teil 11. Hrsg. W Fasold et al., Verlag Technik, Berlin, 1984) heißt es hierzu explizit: "Der Schallabsorptionsgrad bei der 45 Resonanzfrequenz beträgt etwa 0,5 bis 0,8, ohne Dämmstoff im Luftraum nur 0,3 bis 0,5. Voraussetzung ist dabei, daß die Platte tatsächlich frei schwingen kann; der Dämmstoff darf deshalb keinesfalls fest zwischen Wand und Platte eingestopft werden ... Günstig wirkt sich eine Kassettierung des Luftvolumens aus, weil dadurch die Schallausbreitung im Luftraum unterbunden wird."
Aus OE 94 00 092.1 U ist ein Schallschutzelement mit schalldämmender und schallabsorbierender Wirkung 50 bekannt, das eine Lochblechfläche mit seitlicher Umrandung aufweist, einen in der Umrandung enthaltenen Schallabsorber und einen einstellbaren Abstandshalter zur Rückwand. Dieses Element dient als Schallabsorber aufgrund der Schall absorption des Schaumes und soll als Helmholtz-Resonator aufgrund des Hohlraumes der durch den variablen Abstandshalter hervorgerufen ist, frequenzabhängig geregelt werden.
Die Lochbleche bewirken, daß der Schall durch die Löcher in den Schaum und durch den Schaum hindurchtreten kann und zum einen von dem Schaum absorbiert 55 wird und in dem Raum dahinter durch den Resonatorraum ebenfalls absorbiert wird. Dieses Element ist zum einen kein Plattenresonator, da der Schaum keine Rückwand hat und daher in dem Schaum keine Resonanz auftreten kann, zum anderen ist die Wirkungsweise durch die Ausbildung als Hohlraumresonator anders.
Aus der US 4,468,431 ist eine Sandwich-Anordnung zur thermischen Isolierung und Schwingungsdämpfung, bevorzugt im Flugzeugbau, bekannt. Diese Sandwich-Struktur wird auf die Flugzeugstruktur geklebt, deren Schwingungen gedämpft werden sollen. Zu diesem Zweck weist die Sandwich-Struktur ein geschäumtes Polyimid auf, das auf einer oder beiden Seiten mittels einer nicht vollflächigen Klebung mit einer dünnen Folie aus z.B. Aluminium kaschiert ist. Die Schwingungen der Metallwand des Flugzeuges werden durch das angeklebte Sandwichmaterial ge- 5 dämpft, eine Resonanz kann hier also nicht auftreten. Diese Anordnung entspricht mehr dem im Karosseriebau bekannten Antidröhnbelag, der die Schwingungen der Blechstrukturen dämpfen soll bzw. den Schall dämmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Plattenresonator zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und ohne künstliche Mineralfasern auskommt. Dies wird erfindungsgemäß durch den Plattenresonator nach Anspruch 1 gelöst, einige vorteilhafte Anwendungen sind in Anspruch 16 und vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen gekenn- 10 zeichnet.
Quelle:http://www.freepatentsonline.com/EP0811097.pdf