DK152400B - Lydabsorptionsplade til luftlyde - Google Patents

Description

i

DK 152400 B

Opfindelsen angår en lydabsorptionsplade til luftlyde og bestående af et dæklag samt et kernelag af skumstof med lukkede celler og indeholdende et hulrum.

Kendte lydabsorberende materialer har form af fiber- eller skumstoffer med åbne celler, og hvis struktur hæmmer de af lyden frembragte svingningsbevægelser i luften og således ved viskos friktion omdanner lydenergien til varme. Disse lydabsorberende materialer anvendes som oftest i form af plane plader til beklædning af vægflader, men det er også kendt ud fra flere plader af denne art at danne et i dybden gradueret lydabsorptionspanel. Et sådant panel fremgår af US-PS 3.481.427. Dette panel består af en tredimensionalt vævet flådestruktur, der er mekanisk afstivet ved hjælp af en kunstharpiks-imprægnering. Panelets egenskaber kan sammenfattes som følger: Når lyden trænger ind i det åbentporede materiale, skifter lyden ikke fra ét medium til et andet, men forbliver i luften. Den kan derfor ved tilstrækkelig stor porøsitet, der ved de fleste lydabsorptionsmaterialer ligger over 95%, let trænge ind i dette materiale.

Det på disse betragtninger baserede krav om, at lydabsorberende stoffer skal have åbne porer, har mange anvendelsestekniske ulemper til følge, hvilket også gælder US-PS 3.481.427.

Lydabsorberende plader tilsmudses let, er ikke afvaskelige, suger vand, olie eller andre væsker og bliver så uvirksomme, kan ikke males, osv. Da lydabsorberende plader som følge af deres porøsitet samtidig er varmeisolerende plader, dannes der i pladernes indre ofte kondensvand, som så drypper ned (svømmehalslofter).

Disse ulemper forsøger man at undgå ved, at man afdækker den synlige side af pladerne med tynde plastfolier. Derved vanskeliggøres imidlertid lydens indtrængning i det lydabsorberende materiale. Dækfolien reflekterer en dél af lyden, og der reflekteres jo mere, des højere frekvensen er, des sværere folien er, og des tættere den ligger an mod det absorberende materiale. Kravet om, at folierne skal have mekanisk styrke, fører således altid til utilfredsstillende kompromiser. Denne kendte konstruktion har kun fordele ved absorption af lavere frekvenser, idet absorptionen da ved resonansvirkning kan forøges noget i forhold til ikke afdækkede lydabsorberende materia-

DK 152400 B

2

En anden mulighed for dæmpning af luftlyd består i anvendelse af pladere-sonatorer, fx som dem der er beskrevet i Kurtze "Physik und Technik der Larmbekampfung", Karlsruhe, 1964.

Ved disse resonatorer fastgøres en svingbar plade i en bestemt afstand fra den væg, der skal lyddæmpes, på en understøtningskonstruktion på en sådan måde, at den bliver bragt i svingninger af de lydbølger, der rammer de.n En god dæmpningsvirkning opnås imidlertid kun i resonansfrekvensområdet, og dette er afhængigt af faste parametre, især af pladens masse og afstand fra den væg, der skal lyddæmpes. Man kan imidlertid med en hvilken som helst modifikation af sådanne pladeresonatorer ikke opnå en bredbåndet effektivitet.

I princippet findes der endnu en mulighed for lydabsorption, nemlig energiomdannelsen som følge af den af lyden forårsagede deformation af faste legemer. Denne erkendelse er ikke ny, idet den i lang tid er blevet anvendt til absorption af-lyd i væsker og faste legemer. For lyd i luft har det hidtil ikke været muligt at anvende denne metode, fordi de store indgangsmodstande i faste legemer gør indtrængning af luftlyd praktisk umuligt. Den karakteristiske impedans Z for et medium er givet ved produktet af vægtfylden p og lydhastigheden c.

Z = p x c (1)

Da selv de letteste faste stoffer, som f.eks. skumplast, har en vægtfylde p, der er mindst 10 gange så stor som vægtfylden for luft, fremkommer der alene som følge deraf en karakteristisk impedans Zp for det faste legeme, der er mindst 10 gange større end bølgemodstanden Z^ i luft. Man får da en reflektionsfaktor r ved overfladen, der i hver fald er større end ZF - ZL 10-1 r = -- -— = 0,82 (2) zF + zL 10 + 1

Ved alle hårde skumstoffer med lukkede celler, som f.eks. polystyrenskum, er strukturens stivhed endvidere så stor, at også lydhastigheden Cp i det faste stof bliver væsentlig større end lydhastigheden c^ i luft, så at forholdet

DK 152400 B

3

ZF _ p F x CF

Z - x c (3)

L P L x CL

bliver endnu mere ugunstigt. Endvidere er de indre tab ved de kendte hårde skumstoffer så lille, at der ikke kan opnås en nævneværdig lydabsorption ved deformation. ^

Bløde skumstoffer med lukkede celler, især befugtet polyethylenskum, giver en bedre udgangsbasis. De indre tab er høje, især ved støddeformation, og skeletstivheden er ringe. Den for tiden opnåelige minimale vægtfylde pp er stadig ca. 20 gange større end for luft, medens lydhastigheden c„ for skumstoffet nogenlunde kan sammenlignes Γ med lydhastigheden for luft. Benytter man et sådant skumstof med Zp = 20 Z^ som lydabsorber, er resultatet stadig dårligt. Ved beregning får man for vinkelret lydindfald r = -|f=0,9 (4) a = 1- /r/ 2 = 0,19 (5) altså en lydabsorptionsgrad α på kun 19%, der ved skråt lydindfald dog bliver noget større, men alligevel ikke bliver tilstrækkelig. Skumstoffer med lukkede celler anvendes derfor ikke til lydabsorptionsformål .

Ved opfindelsen er der blevet tilvejebragt en lydabsorptionsplade af den indledningsvis nævnte art, der har et i sig selv lukket dæklag, og som med en ringe tykkelse giver en god dæmpningsvirkning i et bredt frekvensområde.

Lydabsorptionspladen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at dæklaget 5 består af blødt skumstof med en rumvægt på under 50 kg/m3, at dæklaget er 4

DK 152400B

forbundet med kernelaget langs mindre end 2/3 af sin overflade, og at afstanden mellem til hinanden grænsende forbindelsessteder mellem dæklaget og kernelaget er mindre end den 10-dobbelte tykkelse af dæklaget.

Ved en lydabsorptionsplade af denne type er reflektionsfaktoren r for det 5 homogene skum formindsket som følge af den specielle strukturering, dvs., at tilpasningen til den omgivende luft er forbedret således, at der fortrinsvis fremkommer støddeformationer, der fører til store indre tab.

Opfindelsen vil nu blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken 10 fig. I-V hver rsær viser et tværsnit i en særlig fordelagtig udførelsesform for lydabsorptionspladen ifølge opfindelsen.

Fig. I viser et dæklag 1 af blødt skumstof, der ikke over hele Fin flade ligger an mod et kernelag 2, der indeholder en afstandsholder 4, men kun understøttes punkt- eller linjeformet. Den stive afstandsholder 4, der er anbragt mellem det bløde skumstoflag 1 med lukkede celler og en væg 3, kan f.eks. have vokskagestruktur. Lydtrykket i en indfaldende lydbølge bevirker ved denne konstruktion foruden kompression af skumstoflaget en tvungen bøjning mellem understøtningspunkterne eller -linjerne. Skumstoflagets indgangsimpedans bliver derved formindsket. Så længe dæklaget l's tykkelse D ikke er lille sammenlignet med afstanden A mellem understøtningerne, dvs. så længe D og A er af samme størrelsesorden, er denne bøjning forbundet med væsentlige trykdeformationer, så at de ønskede indre tab optræder. Dæklaget 1 danner da sammen med det bagved liggende lufthulrum i kernelaget 2 nødvendigvis en resonator, hvis egenfrekvens er afhængig af skumstoflaget l's masse og bøjningsstiv-hed samt af kemelaget 2's dybde. Resonatorvirkningen kan være ønskelig, når formålet er absorption af lavfrekvent lyd. Der forlanges imidlertid oftest en bredbåndet virksomhed, der naturnødvendigt forekommer i høj grad ved blødt skumstof, f.eks. polyethylenskum, som følge af den store indre dæmpning. Det kan være fordelagtigt at opnå en mere ensartet absorption i et bredt frekvensområde derved, at man lokalt, systematisk eller statistisk varierer afstanden A mellem til hinanden gramsende understøtninger. Derved fordeler te- 5

DK 152400B

Fig. It viser endnu en fordelagtig udførelsesform for lydabsorptionspladen.

For at formindske pladens indgangsimpedans og derved formindskes reflek-tionsfaktoren r anvendes i stedet for den stive afstandsholder eftergivelige, ligeledes af blødt skumstof bestående afstandsholdere 4. Mellem dæklaget 1 og væggen 3 er der således anbragt et kernelag 2, der er opbygget af et blødt skumstof bestående søjler eller forbindelsesdele 4, f.eks. en af blødt skumstof bestående vokskagestruktur, der ved hjælp af slidser og forlængelser er analog til strækmetal. Forbindelsesdele eller søjler er i almindelighed mere fordelagtige end et homogent skumstoflag af den grund, at lyden fortsætter ind i dem i form af ekspansionsbølger, der har en mindre udbredelseshastighed end kompressionsbølgerne i homogene medier. Lydhastigheden cF i ligning 3 bliver derved mindre og tilpasningen bedre.

I denne henseende kan det være gunstigt at afvige fra kernelaget 2's regelmæssige struktur og at fordele understøtningspunkterne for dæklaget 1 statistisk. Fig. III viser en således udformet konstruktion, der som kernelag 2 har et løst bundet lag af skumstofgranulat 5. Som skumstofgranulat kan til dette formål anvendes skumstofaffald.

Den tolagede lydabsorptionsplade kan ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt for at muliggøre en lettere håndtering og for at undgå indtrængningen af vand i hulrummene være kacheret med en folie på bagsiden.

Det har vist sig at være særlig fordelagtigt at foretage denne kachering med et papirlag, idet lydabsorptionspladen så kan sammenklæbes med sædvanlige dispersionsklæbemidler. Ved polyethylen, der foruden andre kendte bløde skumstoffer med en rumvægt under 50 kg/m3 som f.eks. polybutylen eller blandingspolymerisater, der indeholder polyethylen og polybutylen, gummiag-tige bløde skumstoffer eller lignende, der er særligt egnet som skumstof med lukkede celler i forbindelse med konstruktionen ifølge opfindelsen, er det særlig simpelt at påkachere vilkårlige materialer ved hjælp af flammekachering, medens det i andre tilfælde kan være gunstigere at foretage en påklæbning. Påklæbningen giver som bekendt anledning til vanskeligheder f.eks. ved polyethylen.

DK 152400 B

6

En særlig stor-effektivitet opnår man, når flere lydabsorptionsplader af den beskrevne art anbringes efter hinanden som vist i fig. IV, hvor dæklaget 1 og kernelaget 2 er anbragt skiftevis efter hinanden. Ved målinger er det blevet fastslået, at lydens udbredelseshastighed ved en sådan plade kan reduceres til indtil 1/5 af lydhastigheden i luft, så at den beskrevne plade sammenlignet med en konventionel lydabsorber med åbne porer og med samme effektivitet kun behøver at have en lagtykkelse, der er 1/5 af lagtykkelsen for den konventionelle plade.

Lydabsorptionspladen ifølge opfindelsen kan endvidere med fordel udformes således, at den er lydabsorberende på begge sider, hvilket eksempelvis er nødvendigt, når den anvendes som lyddæmperkulisse. I dette tilfælde opbygges pladen symmetrisk som vist i fig. V. Mellem de to lag eller plader 1 af blødt skumstof er kernelaget 2 anbragt. I kernelaget 2 befinder der sig afstandsholdere 4. Endvidere kan der i midterplanet indlægges en blikplade eller et gitter; der tjener som afstivningselement 6.

. Lydabsorptionspladen kan såvel, hvad angår materiale som konstruktion, under iagttagelse af ejendommelighederne ifølge opfindelsen varieres i vid udstrækning og således tilpasses det foreliggende anvendelsesområde. Eksempelvis omfatter de foretrukne dimensioner for plader, hvis akustiske virksomhed skal begynde ved ca. 300 Hz som nederste grænsefrekvens, således en tykkelse på 5 mm for dæklaget og en tykkelse på 25 mm for kernelaget.

Ved lyddæmperkulisser bliver der under de samme betingelser tale om den dobbelte tykkelse, nemlig 2 x 5 mm for tykkelsen af dasklaget og ca. 50 mm for tykkelsen af kemelaget.

En plade, der absorberer på begge sider, og som er symmetrisk opbygget, kan også anvendes som en lydabsorberende flytbar væg eller som lydbeskyttelsesbarriere. Lyddæmpningen kan da forøges ved, at det i forvejen nødvendige afstivningsindlæg i midterplanet vælges med en passende tykkelse.

Ved at kachere lydabsorptionspladen på bagsiden med en svær folie eller med en blikplade kan dens lyddæmpning forøges således, at den kan indgå i lyddæmpende hætter til maskiner eller lignende. Ved hætter af denne art

Claims (8)

1. Lydabsorptionsplade til luftlyde og bestående af et dæklag (1) samt et kernelag (2) af skumstof med lukkede celler og indeholdende et hulrum, kendetegnet ved, at dæklaget (1) består af blødt skumstof med en rumvægt på under 50 kg/m3, at dæklaget er forbundet med kernelag'et (2) langs mindre end 2/3 af sin overflade, og at afstanden mellem til hinanden grænsende forbindelsessteder mellem dæklaget og kernelaget er mindre end den 10-dobbelte tykkelse af dæklaget. DK 152400 B

2. Plade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forbindelsesstederne er punktformede.

3. Plade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forbindelsesstederne er båndformede.

4. Plade ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at kernelaget (2) består af blødt skumstof.

5. Plade ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kernelaget (2) består af skumstofgranulat (5), og at granulatpartiklernes gennemsnitsdiameter er af samme størrelsesorden som dæklagets (1) tykkelse.

6. Plade ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5 og med et støttelag for kernelaget, kendetegnet ved, at dæklaget (1) og kernelaget (2) er anbragt flere gange oven på hinanden på et fælles støttelag.

7. Plade ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at kernelaget (2) for opnåelse af en dobbeltsidig funktion er afdækket med et på begge sider anbragt dæklag (1) af blødt skumstof med lukkede celler.

8. Plade ifølge krav 7, kendetegnet ved, at der i kernelagets (2) midterplan findes en stiv plade, der tjener som afstivningselement (6).