Schallabsorber und Schalldämpfer (eBook)

H. Fuchs studierte Elektrotechnik an der TU Berlin und promovierte dort bei L. Cremer und R. Wille. Er war an Instituten der Deutschen Luft- und Raumfahrt in Berlin und Oberpfaffenhofen, Sound and Vibration der University of Southampton sowie Aeroacoustics der Stanford University in der Grundlagenforschung tätig. Seit 1979 widmete er sich als Leiter der Abteilung Technische Akustik am Fraunhofer IBP in Stuttgart der angewandten Forschung und Entwicklung auf verschiedenen Gebieten des Schallschutzes. Seit 1986 war er Professor für Bauakustik und Immissionsschutz an der FH für Technik in Stuttgart, seit 1995 auch stellvertretender Institutsleiter sowie Leiter der Abteilung Raumakustik/Technische Akustik des IBP. Nach seiner Pensionierung im Jahre 2005 führt Prof. Dr.-Ing. H. Fuchs seine kreativen Arbeiten, zusammen mit seiner langjährigen Koautorin Prof. X. Zha, selbstständig fort.

Inhaltsverzeichnis 12
1 Einführung 17
2 Problemschwerpunkt tiefe Frequenzen 21
3 Schallabsorption für den Lärmschutz und die raumakustische Gestaltung 31
3.1 Verhinderung schädlicher Reflexionen 33
3.2 Raumakustische Gestaltung 34
3.3 Pegelsenkung im Raum 35
3.4 Vermeidung des Lombard-Effektes 36
3.5 Herstellung akustischer Transparenz 37
3.6 Konditionierung akustischer Messräume 38
3.7 Schutz gegenüber Außenlärm 39
3.8 Schalldämpfer in Strömungskanälen 41
3.9 Kapselung von Maschinen und Anlagen 42
3.10 Abschirmung ruhiger gegen laute Bereiche 43
4 Passive Absorber 45
4.1 Faserige Materialien 48
4.2 Offenporige Schaumstoffe 51
4.3 Geblähte Baustoffe 54
5 Platten-Resonatoren 57
5.1 Folien-Absorber 58
5.2 Platten-Schwinger 64
5.3 Verbundplatten-Resonatoren 66
6 Helmholtz-Resonatoren 79
6.1 Lochflächen-Absorber 79
6.2 Schlitzförmige Absorber 82
6.3 Membran-Absorber 88
7 Interferenz-Dämpfer 93
7.1 ./4-Resonatoren 94
7.2 ./2-Resonatoren 97
7.3 Rohr-Schalldämpfer 97
8 Absorber mit aktiven Komponenten 103
8.1 Masse-Feder-Systeme 104
8.2 Abzweig-Resonatoren 111
8.3 Moden-Dämpfer 114
9 Mikroperforierte Absorber 119
9.1 MPA-Platten 124
9.2 MPA-Folien 131
9.3 MPA-Flächengebilde 135
10 Hochintegrierte Schallabsorber 141
10.1 Breitband-Kompaktabsorber 144
10.2 Reflexionsarme Raumauskleidungen 148
10.3 Dämpfende Schornstein-Innenzüge 150
11 Innovative Raum-Akustik 155
11.1 Kriterien für die Hörsamkeit von Räumen 157
11.1.1 Größe des Raumes 158
11.1.2 Grobstruktur des Raumes 161
11.1.3 Feinstruktur des Raumes 162
11.1.4 Nachhall im Raum 163
11.1.5 Störpegel im Raum 166
11.1.6 Pegelverteilung im Raum 168
11.1.7 Impulsantwort des Raumes 170
11.1.8 Klarheits-Maß 172
11.1.9 Deutlichkeits-Maß 172
11.1.10 Schwerpunkts-Zeit 173
11.1.11 Seitenschall-Maß 173
11.2 Sprachverständlichkeit 174
11.2.1 Späte Reflexionen 177
11.2.2 Nachhall 178
11.2.3 Störabstand 180
11.2.4 Frequenzbegrenzung 182
11.3 Verdeckung hoher durch tiefe Frequenzanteile 183
11.4 Raumakustische Anforderungen nach DIN 18 041 189
11.5 Auflösung eines raumakustischen Dilemmas in Kommunikationsräumen 198
11.6 Ausführungsbeispiele innovativer Raum-Akustik 206
11.6.1 Anspruchsvolle Versammlungsstätten 206
11.6.2 Sport- und Freizeithallen 224
11.6.3 Konferenz- und Schulungsräume 233
11.6.4 Offene Büro-Landschaften 247
11.6.5 Musiker-Arbeitsräume 255
11.6.6 Großes Haus des Staatstheaters Mainz 283
11.6.7 Tonstudios 303
11.6.8 Akustische Messräume 326
12 Innovative Akustik-Prüfstände 335
12.1 Stand der Technik bei reflexionsarmen Räumen 337
12.2 Quellen des Lärms von Kraftfahrzeugen 339
12.3 Konventionelle Werkzeuge und Materialien für Freifeld-Räume 340
12.4 Alternative Auslegungs-Konzepte 345
12.5 Drei aktuelle ALFA-Bausteine für reflexionsarme Räume 360
12.6 Ausführungsbeispiele nach dem neuen Stand der Technik 367
12.6.1 BMW Motor-Akustik-Prüfstand in München 367
12.6.2 Audi Aeroakustik-Windkanal in Ingolstadt 377
12.6.3 Mercedes Technik-Zentrum in Sindelfingen 381
12.6.4 Volkswagen Akustik-Zentrum in Wolfsburg 387
12.6.5 DaimlerChrysler Windkanal in Auburn Hills 424
12.6.6 PSA Renault-Windkanal in St.-Cyr-L’Ecole 434
12.6.7 Erfahrungen aus dem chinesischen Markt 441
12.7 Rück- und Ausblick auf Akustik-Prüfstände 447
13 Innovative Kanal-Auskleidungen 451
13.1 Geometrische Parameter von Schalldämpfern 453
13.2 Abschätzung der Dämpfung 455
13.2.1 Wahl von Kulissendicke und -spalt 460
13.2.2 Einfluss der Strömung 462
13.2.3 Einfluss der Temperatur 462
13.2.4 Reflexionsdämpfung 463
13.2.5 Berücksichtigung von Abdeckungen 464
13.2.6 Beeinträchtigungen durch Nebenwege 465
13.2.7 Dämpfung höherer Moden 466
13.3 Abschätzung des Eigengeräuschs 467
13.4 Abschätzung der Druckverluste 468
13.5 Messungen an Schalldämpfern 472
13.5.1 Einfügungsdämpfung 481
13.5.2 Durchgangsdämpfung 483
13.5.3 Ausbreitungsdämpfung 483
13.5.4 Immissionswirksame Dämpfung 485
13.6 Ausführungsbeispiele innovativer Kanal-Auskleidungen 489
13.6.1 Membran-Absorber für Bewetterungsanlagen 490
13.6.2 Membran-Absorber in Rauchgas-Reinigungsanlagen 491
13.6.3 Alternative Dämpfer-Technologien für Vakuumanlagen an Papiermaschinen 496
13.6.4 Schalldämpfer in der Abluft von Mineralfaser-Produktionsanlagen 502
13.6.5 Schalldämpfer für die Nassentstaubung in einer Düngemittel-Fabrik 515
13.6.6 Reinigbare Rohr-Schalldämpfer für mit Staub beladene Abluft 518
13.6.7 Schalldämpfer in Heizungsanlagen 520
13.6.8 Aktive Schalldämpfer in Raumklimageräten 524
13.7 Rück- und Ausblick auf Schall dämpfende Maßnahmen 526
Nachwort 533
Literatur 535
Sachverzeichnis 553

7 Interferenz-Dämpfer (S. 77)

Schalldämpfer und Kapselungen müssen, je nach Schallquelle und Einsatzbedingungen, auf unterschiedliche Geräusch-Spektren, u.U. auch schmalbandig, abstimmbar sein und oft extremen mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen möglichst dauerhaft standhalten. Hier bringt fast jede neue Anwendung den Zwang zu innovativen Problemlösungen, sei es um Druckverluste zu minimieren oder Wärmestau zu vermeiden. Allein die Verschmutzungs-Problematik verhindert immer noch bereichsweise den Einsatz geeigneter Schallschutz-Maßnahmen in Kanälen und an Maschinen, während bei einfacheren Randbedingungen, insbesondere hinsichtlich der hohen Frequenzen, oft schon übertrieben wird. Weil besonders das Austragen und Verschmutzen der faserigen oder porösen Dämpfungs- Materialien neue Probleme schafft, besteht hier dringender Bedarf für Alternative Faserfreie Absorber ALFA-Technologien [7]. Der in Abschn. 6.3 bereits vorgestellte Membran-Absorber kann zwar, was tiefe Frequenzen, Druckverlust, Haltbarkeit und Reinigbarkeit angeht, universell als Schalldämpfer- Kulisse und Kapsel-Wandelement mit hoher Dämpfung und (steifebedingter) Dämmung eingesetzt werden.

Für hohe Frequenzen bieten sich entsprechende Bauteile aus gesintertem Glasschaum nach Abschn. 4.3 an. Speziell für Schornsteine haben sich, wiederum für die so wichtigen tiefen Frequenzen, ebenfalls recht breitbandig wirksame Auskleidungen nach Abschn. 10.3 bestens bewährt. Es fehlt aber noch ein robuster Schall- Absorber für einen breiten mittleren Frequenzbereich zwischen etwa 250 und 2 500Hz. Auch gibt es Einsatzbereiche an Maschinen und Kraftfahrzeugen, bei denen Schall-Absorber starken Erschütterungen ausgesetzt sind, denen weder der Membran- noch ein Glasschaum- oder irgendein anderer Absorber standhält.

Hier haben sich z.B. Hohlkammer-Resonatoren unterschiedlichster Bauart mit Wandungen aus hochwertigen Stählen bewährt. Sie können oft auch ohne Absorptions-Material auskommen. Ihre Wirkung in Kanälen verdanken sie überwiegend verschiedenen Interferenz-Mechanismen, die eine Reflexion der Schallenergie zur Quelle hervorrufen. Dieses reaktive Prinzip wurde zwar schon in Kap. 2 als Einfluss auf die Schallfeldverteilung in geschlossenen Räumen diskutiert. Es kann zwar nicht die in Kap. 3 geschilderten raumakustischen Probleme lösen. Die Einfügungsdämpfung nach Abschn. 3.8 lässt sich hingegen allein mit reaktiven Mitteln bewerkstelligen. Weil diese aber prinzipiell relativ schmalbandig wirken, müssen in der Regel mehrere solcher Interferenz-Schalldämpfer neben- oder hintereinander kombiniert werden, etwa so wie dies in Abb. 6.2 für Helmholtz- Resonatoren in einer Schalldämpfer-Kulisse dargestellt wurde.