Schallabsorber und Schalldämpfer - Innovative akustische Konzepte und Bauteile mit praktischen Anwendungen und konkreten Beispielen 2.Auflage

552 Pages·2006·20.14 MB·English

by  Helmut V. Fuchs

Helmut V. Fuchs

Schallabsorber und Schalldämpfer
Helmut V. Fuchs
Schallabsorber
und Schalldämpfer
Innovative akustische Konzepte und Bauteile
mit praktischen Anwendungen
in konkreten Beispielen
2., wesentlich erweiterte und bearbeitete Auflage
Mit 375 Abbildungen und 24 Tabellen

123
Prof. Dr.-Ing. Helmut V. Fuchs
Mühlweg 39/1
71093 Weil im Schönbuch
[email protected]
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ISBN-10(cid:0) 3-540-35493-X Springer Berlin Heidelberg New York
ISBN-13(cid:0) 978-3-540-35493-2 Springer Berlin Heidelberg New York
ISBN-10 3-540-40330-2 1. Aufl. Springer Berlin Heidelberg New York

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Satz und Herstellung: LE-TEX, Jelonek, Schmidt & Vöckler GbR, Leipzig
Einbandgestaltung: medionet AG, Berlin
Einbandillustration: Steffen Weber, triagonale, Halle (Saale)
Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3100 YL – 5 4 3 2 1 0
Vorwort
Geräusch-Emissionen sind eine lästige Randerscheinung fast aller techni-
schen Errungenschaften des Menschen. Lärmbekämpfung an Maschinen
und Anlagen gehört deshalb zu den notwendigen Übeln, denen man sich
als Hersteller oder Verursacher zu widmen hat. Da Geräuscharmut aber
nicht zu den hervorstechendsten Qualitätsmerkmalen eines Gerätes gehört,
verursachen schalltechnische Maßnahmen zwar häufig erhebliche Kosten,
bringen jedoch nur selten entsprechenden Mehrerlös. Auch bei der bau-
und raumakustischen Gestaltung von Gebäuden sehen Architekten und
Bauherren nur selten einen triftigen Grund für planerische Zugeständnisse
oder auch nur geringfügigen Mehraufwand. Entsprechend gering ist daher
i.A. die Wertschätzung derjenigen Ingenieure, die sich mit der Minderung
des Lärms oder der Erhöhung der akustischen Behaglichkeit in den ver-
schiedenen Lebensbereichen beschäftigen. Die Akustik gilt gerade dort als
brotlose Kunst, wo sie wissenschaftlich an vorderster Front betrieben
wird. Besonders wenn sie, wie in vielen neuen Fakultäten der Hochschu-
len, als eine der ausgesprochen unproduktiven Fachdisziplinen des Um-
weltschutzes auftritt, wird sie von manchen als gerade noch förderungs-
würdig, von den meisten aber als entbehrlich angesehen. Nur wenige
vermuten hier ein Arbeitsfeld für umwälzende Innovationen oder gar
lukrative neue Produkte.
Es mag daher verwundern, daß sich eine Abteilung für technische Akus-
tik und Raumakustik des Fraunhofer IBP überwiegend nicht mit öffentli-
cher, sondern mit privater Unterstützung über 25 Jahre aufbauen ließ. Dies
wurde möglich, weil man sich nicht damit begnügte, ein akustisches Prob-
lem einer wissenschaftlichen Klärung näher zu bringen,durch Analysen
und Versuchsreihen eine grundsätzliche Lösung aufzuzeigen, im Labor
einen Prototypen auf die Beine zu stellen und beim Patentamt etwas
anzumelden, es im Übrigen aber bei eindrucksvollen Veröffentlichungen
in der einen oder anderen Form zu belassen, so als wäre es Sache anderer,
vielleicht weniger ingeniöser Techniker, die neuen Erkenntnisse als Pro-
dukt auf dem Markt praktisch umzusetzen. Nach diesem von Akustikern
weltweit favorisierten Modell B (Tabelle 1) landen unzählige „Halbfabri-
kate“ in Zeitschriften und Büchern wie in einem Museum für unerschwing-
liche Preziosen oder auf einer Deponie für unverkäufliche Kuriositäten.
VI Vorwort
Nützlicher können sich Akustiker für Wirtschaft und Industrie machen,
wenn sie ihre Fachkompetenz nach Modell A als diverse Dienstleistungen
prüfend, beratend und anderweitig unterstützend bei Bedarf und nach
Aufwand dem jeweiligen Marktteilnehmer anzubieten verstehen. Zu einer
echten Kooperation zwischen Forschung und Entwicklung kommt es auf
diesem Wege aber ebenso wenig wie zur wirklichen Beteiligung an einem
Markterfolg. Dagegen favorisiert eine Gruppe von über 20 Wissenschaft-
lern, Ingenieuren und Technikern des IBP das Modell C gemäß Tabelle 1.
Man greift akute schalltechnische Probleme von einiger Relevanz und
Tragweite auf und erarbeitet innovative Werkzeuge und Materialien zu
ihrer Lösung. Erst mit einem exemplarischen Prototyp und demonstrativen
Umsetzungs-Projekten sucht man sich den dazu passenden Industrie-Part-
ner und schließt mit ihm einen langfristigen Lizenz-, Know-how- und
Kooperations-Vertrag ab.
Nach dem Modell C sind so bereits 14 Alternative Faserfreie Absorber
ALFA nach Abb. 1 bis zur Serienreife entwickelt worden. Die neuartigen
Schallabsorber und Schalldämpfer erfüllen offenbar einen dringlichen Be-
darf in einem Markt, der überwiegend von Materialen und Bauteilen be-
herrscht wird, deren Konzeption bereits 40 bis 50 Jahre alt ist. Jedenfalls
konnte mit ihrer Hilfe, auch in Zeiten leerer öffentlicher Kassen und eines
danieder liegenden Baumarktes, einiges zur Bekämpfung der viel beklag-
ten Lärmbelastung des Menschen erreicht und mehr als 10 kleinen und
mittleren Unternehmen eine neue oder zusätzliche Operationsbasis ge-
schaffen werden. Nach 3 öffentlichen ALFA-Kolloquien in Stuttgart [2–4]
und einer ersten Plattform Innovative Akustik PIA in Beijing [5] wurden
auch schon erste Schritte zur Globalisierung dieser Allianz getan [6–11].
Einer raschen Umsetzung der Innovationen standen allerdings geltende
Normen und Richtlinien als Abbildung der konventionellen Technologien,
aber auch vorherrschende Lehrmeinungen im Wege. Auch wurden, für
manchen Fachmann wohl abschreckend, die Neuerungen oft wie etwas den
überkommenen faserigen/porösen Schallabsorbern Entgegengesetztes pub-
liziert. Eine zusammenhängende Darstellung aller schalldämpfenden Prin-
zipien und Erzeugnisse mit ihren jeweiligen Anwendungsvorteilen fehlte
dagegen bisher. Sie wurde erst in der 3. Auflage des Taschenbuches der
Technischen Akustik [12] und in einem 6-teiligen Repetitorium in der
Zeitschrift Bauphysik [13] nachgeholt.
Eine besonders schnelle Umsetzung in die industrielle Praxis gelang mit
neuartigen, hoch absorbierenden Auskleidungen für Akustik-Prüfstände in
vielen Forschungs- und Entwicklungslabors der Automobil-Hersteller und
-Zulieferer. Das kam nicht überraschend – arbeiten doch hier bei weitem
die meisten Akustiker, und zwar unter großer Wertschätzung des Manage-
ments, weil Lärmminderung und akustischer Komfort (auch unter dem
Vorwort VII
Begriff „sound design“) in der Kraftfahrzeug-Branche tatsächlich einen
sehr hohen Stellenwert besitzt.
In der 1. Auflage dieses Werkes standen daher schon die Verbundplat-
ten-Resonatoren und Breitband-Kompaktabsorber und ihre Integration in
reflexionsarmen Messräumen im Vordergrund. Ihre außerordentliche
Wirksamkeit – bei geringster Bautiefe – brachte sie aber auch in kommu-
nikationsintensiv genutzten Räumen wie z.B. Büros, Schulen und Musi-
zierräumen immer mehr zum Einsatz. In dieser 2. Auflage wurden deshalb
der Grundlagenteil vor allem um die große Familie der Mikroperforierten
Absorber ergänzt und ein neuer Anwendungsteil Innovative Raum-Akustik
als Kap. 11 hinzugefügt.
Aber auch im Bereich der Schalldämpfer haben sich – wiederum in en-
ger Kooperation mit kompetenten Industriepartnern – besonders zur Ver-
besserung ihrer Wirksamkeit bei tiefen Frequenzen und ihrer Beständigkeit
gegenüber aggressiven oder stark verschmutzenden Fluiden viel verspre-
chende Alternativen entwickeln lassen. So wurden im Grundlagenteil die
Ausführungen über Platten-Resonatoren erweitert und zwei Kapitel über
Interferenz-Dämpfer bzw. Aktive Resonatoren eingefügt. In einem dritten
Anwendungsteil (Kap. 13) geht es u.A. um Energie sparende und Kosten
senkende Kanal-Auskleidungen in raumlufttechnischen (RLT) und pro-
zesslufttechnischen (PLT) Anlagen.
Entsprechend den Ergänzungen zur 2. Auflage ist der Kreis derer ge-
wachsen, denen der Autor für ihre jahrelange Unterstützung im Fraunhofer
IBP zu danken hat. Für die Gruppe „Raumakustik“ sei hier stellvertretend
deren jetziger Leiter Horst Drotleff (in der Nachfolge von Frau Zha Xue-
qin) genannt. Als Leiter der Gruppe „Schalldämpfer“ haben im IBP nach-
einander UlrichAckermann,DietmarEckoldt und PeterBrandstätt wesent-
lich zur Entwicklung und Umsetzung neuer Konzepte und Produkte
beigetragen. Philip Leistner, der als Leiter der Gruppe „Signalverarbei-
tung“ die Familie der Aktiven Schalldämpfer bis zur Anwendung in Gerä-
ten und Anlagen betreut hat, ist wie allen ehemaligen Mitarbeitern zu dan-
ken und zu wünschen, dass sie den Nährboden für fruchtbare Innovationen
in der Akustik noch vertiefen und die Industrie-Kooperationen erfolgreich
weiterführen können. Dass dieses Werk dem Verlag (fast) druckfertig über-
geben werden kann, verdankt der Autor der Unterstützung durch Frau
MagdalenaNiewrzoll. Was noch zu korrigieren war, besorgte Frau Monika
Riepl vorbildlich.
Weil im Schönbuch, Mai 2006 Helmut Fuchs
VIII Vorwort
Abb. 1. Alternative Faserfreie Absorber ALFA für die Raumakustik und den Techni-
schen Schallschutz [7]
Vorwort IX
Tabelle 1. Wege zur Umsetzung von Innovationen aus der Forschung in den Markt
mit Industriepartnern über Dienstleistungen (DL) und Lizenz-, Know-how- und Ko-
operationsverträge (LV) [1]
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung................................................................................... 1
2 Problemschwerpunkt tiefe Frequenzen....................................... 5
3 Schallabsorption für den Lärmschutz
und die raumakustische Gestaltung.......................................... 15
3.1 Verhinderung schädlicher Reflexionen............................... 17
3.2 Raumakustische Gestaltung................................................ 18
3.3 Pegelsenkung im Raum...................................................... 19
3.4 Vermeidung des Lombard-Effektes.................................... 20
3.5 Herstellung akustischer Transparenz................................... 21
3.6 Konditionierung akustischer Messräume............................ 22
3.7 Schutz gegenüber Außenlärm............................................. 23
3.8 Schalldämpfer in Strömungskanälen................................... 25
3.9 Kapselung von Maschinen und Anlagen............................. 26
3.10 Abschirmung ruhiger gegen laute Bereiche......................... 27
4 Passive Absorber........................................................................ 29
4.1 Faserige Materialien........................................................... 32
4.2 Offenporige Schaumstoffe.................................................. 35
4.3 Geblähte Baustoffe............................................................. 38
5 Platten-Resonatoren................................................................... 41
5.1 Folien-Absorber................................................................. 42
5.2 Platten-Schwinger.............................................................. 48
5.3 Verbundplatten-Resonatoren.............................................. 50
6 Helmholtz-Resonatoren............................................................. 63
6.1 Lochflächen-Absorber........................................................ 63
6.2 Schlitzförmige Absorber..................................................... 66
6.3 Membran-Absorber............................................................ 72