DK166104B - Lyddaemperboks - Google Patents

Description

DK 166104B

Opfindelsen angår en 1yddæmperboks, især til dæmpning af lydbølger i en strømningskanal, såsom en ventilationskanal, omfattende i hvert fald ét aflukket kammer, der danner et hulrum, der på den ene side er afgrænset af en yderplade, der kan 5 exciteres til at undergå vibrationer i det hørbare område, i hvilket hulrum der er anbragt mindst én inderplade i hovedsagen parallelt med yderpladen, hvilken inderplade opdeler hulrummet i to delhulrum, der kun er forbundet gennem en passageåbning i inderpladen, hvilken passageåbning sammen med det 10 første delhulrum vender bort fra yderpladen, der danner en Helmholtzresonator, afstemt til frekvenser i det hørbare frekvensområde .

En forholdsvis effektiv støjdæmpning af lydbølger i en strøm-15 ningskanal opnås ved at udstyre kanalen med en lydabsorberende beklædning. En homogen beklædning giver en lyddæmpning, der er proportional med absorptionsgraden af belægningen og længden af strømningskanalen, og forholdet mellem omkredsen og tvær-snitsarealet af kanalen. Dette forhold kan i givet fald øges 20 ved at indbygge yderligere lydabsorberende mellemvægge i kanalen. Den effektive bredde af kanalen bliver derved reduceret, og trykfaldet vil blive forøget. Trykfaldet i kanalen skal imidlertid være så lille som overhovedet muligt, da der ellers må anvendes en højere ventilatoreffekt, hvilket giver en kraf-25 tigere lydemission. Strømningsmodstanden skal derfor være så lille som overhovedet muligt, og tykkelsen af lyddæmperkulisserne må derfor ikke overstige en vis værdi.

For at begrænse strømningsmodstanden ved overfladen af de lyd-30 absorberende beklædninger og lyddæmperkulisserne til et minimum, vil det være ønskværdigt at kunne udføre disse overflader helt plane, homogene og glatte, dvs. uden huller, kanter, fremspring eller lignende.

35 Hvis der er risiko for aflejringer hidrørende fra de gennem-strømmende medier, såsom gasser eller dampe, må de lydabsorberende elementer på ingen måde kunne optage disse. Aflejringer 2

DK 166104B

øger ikke kun strømningsmodstanden. De forringer også den akustiske virkning i væsentlig grad. Stoffer fra det gennemstrøm-mende medium må heller ikke kunne trænge ind i lydabsorberen og påvirke denne i ugunstig retning. Af disse årsager og af 5 sikkerhedsmæssige årsager og af hensyn til hygiejnen i de tilsluttede rum, er man interesseret i et hermetisk tæt aflukke af de lydabsorberende beklædninger og kulisser.

Til opnåelse af en lang levetid og en vedvarende forsegling af 10 kulisse- og lyddæmperen skal i hvert fald dennes ydre skal, henholdsvis beklædning, være mest mulig kemisk modstandsdygtig.

For at kulisse- og lyddæmperen ikke skal fremstå .som et føl-15 somt fremmedelement over for det gennemstrømmende medium i strømningskanalen, men derimod skal kunne indgå harmonisk, skal materialerne for lyddæmperkulisserne i videst muligt omfang være tilpasset til materialerne af strømningskanalernes vægge. En opbygning af metalblik er i mange henseender hen-20 sigtsmæssig.

Endvidere skal lyddæmperkulisserne være så stabile, at de tåler en længere transport under ujævne forhold, og i indbygget tilstand kan modstå eventuelle belastninger som følge af det 25 gennemstrømmende medium og som følge af eventuelle rystelser.

Det ville være hensigtsmæssigt, hvis det lydabsorberende materiale ikke skulle udformes som i en stabilt opbygget kulisseramme og heller ikke skulle beskyttes mod beskadigelser og mod 30 det gennemstrømmende medium, men i stedet kunne have bærende eller afstivende funktioner. Det ville med andre ord være fordelagtigt, hvis de bærende dele af lyddæmperkulisserne samtidigt kunne anvendes til lydabsorption.

35 Dette er ikke tilfældet i de kendte lyddæmpere.

Det er typisk for ventilationsanlæg, at høje frekvenser og mellemfrekvenser i længere strømningskanaler vil kunne dæmpes 3

DK 166104B

med eller uden enkle lydabsorberende foranstaltninger ved kanalernes vægge. Frekvenser under 500 Hz kan imidlertid give vanskeligheder. Hertil kommer, at ventilatorernes støjspektrum typisk har en karakteristik, der allerede ved emissionsstedet 5 aftager med frekvensen. Tilsvarende forholder det sig med den aerodynamiske støj, der frembringes i strømningskanalen, og som ligeledes er meget lavfrekvent. Også ved en såkaldt "A-vurdering" bliver frekvensområdet ved 250 Hz dominerende ved emissionsstedet.

10

Man måtte forvente, at der under disse omstændigheder skulle • anvendes lyddæmpere, der fortrinsvis er afstemt til lave frekvenser. Man finder imidlertid overvejende lyddæmpere, der har deres største virkning langt over det dominerende frekvensom-15 råde. Begrundelsen er ofte, at de pågældende lydabsorbere, der er opbygget af porøse eller fiberholdige materialer, er konstruktivt enkle, er gennemprøvede mange gange og er lette at udføre. Selv om det med porøse absorbere kun er muligt at dæmpe lave frekvenser med meget tykke lyddæmper-kulisser, tager 20 man gerne de dertil hørende ulemper med i købet, især ulemperne ved et unødigt højt tryktab og et stort byggevolumen.

Lyddæmpere dimensioneres til dæmpning af støjkilder med meget forskellige frekvenssammensætninger. Der tilstræbes en beklæd-25 ning, der i et bredt frekvensområde muliggør en høj og konstant dæmpning. Dette giver et meget stort anvendelsesområde, især inden for ventilationsområdet, hvor konventionelle lydabsorbere anvendes i stor afstand fra det interval, inden for hvilket de er mest effektive, i praksis i den yderste del af 30 dette interval. Lyddæmpere til disse anvendelser bliver derfor ikke bedømt og vurderet efter deres dæmpningsmaksimum, men snarede efter dæmpningen ved 250 Hz.

Et lydabsorberende element, der er opbygget af porøse lydab-35 sorberende materialer, er omtalt i tysk patentansøgning nr. P 3 412 432.2. Dette element består af i hinanden indførte bægerformede dele, hvor åbningen af den indre bægerformede del 4

DK 166104B

er dækket af en fortrinsvis plan folie og fortrinsvis er i hovedsagen lydtæt aflukket. Mellem sidevæggene af de i hinanden indførte bægerformede dele opstår der en spalte, der danner et lydabsorberende luft- eller gaslag for de i det hørbare fre-5 kvensområde liggende svingninger af sidevæggene af den ydre og/eller indre bægerformede del; og/eller den indre bægerformede del har en mindre højde end den ydre bægerformede del, og i bunden af den indre bægerformede del er der en gennemgående åbning i form af en hals, hvis tværsnitsareal og længde er så-10 ledes dimensionerede, at resonansfrekvensen af den Helmholzre-sonator, der dannes af den halsformede åbning, vol urnenet af den indre og den ydre bægerformede del, og det volumen, der afgrænses af bunden af den indre bægerformede del, ligger i det hørbare frekvensområde. Dette lydabsorberende element kom-15 bi nerer et bredbåndet absorptionsområde med et absorptionsom-råde svarende til lave frekvenser, såsom "skovltonerne" af en blæser, og som ikke kan afstemmes. Dette element synes derved at være egnet til dæmpning af lydbølger i strømningskanaler. Elementet er imidlertid forholdsvis kompliceret i opbygning og 20 vil af omkostningsmæssige årsager ikke kunne installeres alle de steder, hvor det kunne gøre nytte. Det har heller ikke en fuldstændig glat begrænsningsflade. Stoffer fra det gennem-strømmende medium vil derfor kunne aflejres.

25 Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en lyddæmperboks, som er enklere og ikke giver mulighed for aflejring af stoffer fra det gennemstrømmende medium, og kun giver et ringe tryktab i strømningskanalen, er mere brandsikkert, er uden hygiejniske ricisi, tåler kemiske og mekaniske påvirkninger og er for-30 holdsvis let og har et forholdsvis lille volumen. Endvidere skal lyddæmperboksen tilfredsstille nogle af de indledningsvis nævnte krav.

En lyddæmperboks af den indledningsvis nævnte art er ifølge 35 opfindelsen ejendommelig ved, at den omfatter en inderplade, idet det første og det andet delhulrum og yderpladen danner en vibrationsenhed, der kan oscillere i det hørbare område, hvil- 5

DK 166104B

ken yderplade er af en ikke-perforeret uigennemtrængelig udformning, idet afstanden imellem inderpladen og yderpladen er så lille, at vibrationer af yderpladen og HeImholzresonatoren er positivt koblede via oscillationsinducerede luft- eller 5 gasstrømninger i det andet hulrum imellem yderpladen og inderpladen såvel som passageåbningen. Ved hjælp af denne tvangskobling, som vil blive forklaret i det følgende, opnås ikke kun en væsentlig udvidelse af lydabsorptionsområdet. Man opnår også, at de tidligere dobbeltbægerformede, lydabsorberende 10 elementer, ved hvilke bægerbundene af de ydre bægerelementer er afstemt til det lydabsorptionsområde, der kan komme på tale, ved en forbedret lydabsorption i det samlede frekvensområde inklusive det lave frekvensområde, i stedet får en plan homogen og glat ydre overflade.

15

En lyddæmperboks med et antal ved siden af hinanden anbragte kamre kan ifølge opfindelsen være ejendommelig ved, at yderpladerne er dannet af flere ved siden af hinanden anbragte kamre tilvejebragt ved hjælp af en fælles dækplade i ét styk-20 ke. Tvangskoblingen bevirker, at de enkelte områder af den fælles dækplade i ét stykke, der ligger over gennemgangshullerne af inderpladerne og deres omgivelser, kan svinge som separate delplader ved flere forskellige frekvenser, således at der ved disse frekvenser er en tilsvarende lydabsorption.

25 Helmholzresonatoren giver i forbindelse med tvangskoblingen en særlig god lydabsorption i det lavfrekvente område, dvs. mellem 100 og 500 Hz.

Det er ikke nødvendigt at fastgøre den i ét stykke formede 30 dækplade til s idekammervæggene. Der er snarere tale om, at disse sidekammervægge kun behøver at nå ind til midterpladen.

En lyddæmperboks med et antal ved siden af hinanden anbragte kamre kan ifølge opfindelsen være ejendommelig ved, at midterpladerne af et antal ved siden af hinanden anbragte kamre ud-35 gøres af en fælles aperturplade i ét stykke.

En særlig høj rumudnyttelse af lyddæmperboksen kan ifølge opfindelsen opnås ved, at den udgøres af to arrangementer, hvor 6

DK 166104B

hvert arrangement består af et antal ved siden af hinanden anbragte kamre kombineret i et tolagsarrangement, hvorhos kamrene af de to arrangementer af ved siden af hinanden anbragte kamre er forbundet indbyrdes ved deres respektive- bageste 5 dele.

På tilsvarende måde kan kamre, hvis bagsider ligger ved siden af hinanden, have en falles bund, således at også kammerbundene danner en fælles plade.

10

Til opnåelse af en yderbeklædning, der hæmmer gennemstrømningen mindst muligt, er det at foretrække, at dækpladen har en fuldstændig plan og glat og fortrinsvis metallisk ydre overflade.

15

Til opnåelse af stabile strukturer, der er særlig velegnede til fremstilling, og som har yderligere fordele, der vil blive omtalt i det følgende, kan ifølge opfindelsen alle delene af lyddæmperboksen være fremstillet af samme materiale, fortrins-20 vis plast eller metal, såsom aluminium eller en aluminiumslegering.

Tykkelsen af yderpladerne og inderpladerne kan være af samme størrelsesorden og fortrinsvis være mindre end afstanden mel-25 lem yderpladerne og inderpladerne, idet der derved opnås en særlig god lydabsorption.

Endvidere kan lydabsorptionen i afhængighed af frekvensen ændres inden for visse grænser ved, at der ved gennemgangshullet 30 er tilvejebragt en fra yderpladen rettet hals, der danner en strømningskanal.

En lyddæmperboks omfattende et antal ved siden af hinanden anbragte hule kamre, der hver især har en bagvæg, en bund og 35 nogle sidevægge, kan ifølge opfindelsen være ejendommelig ved, at den har et uperforeret, uigennemtrængeligt forreste yder-pladeorgan og en skillevæg, der udstrækker sig imellem side- t

DK 166104 B

7 væggene parallelt med yderpladeorganet, hvilken skillevæg har en åbning, ved hjælp af hvilken dele af kammeret opdeles af skillevæggen, hvilken skillevæg er i stand til at vibrere, idet en del af hvert kammer er afgrænset af skillevæggen, så-5 ledes at skillevæggen, yderpladeorganet og et mellemrum derimellem også kan ændres til oscillation i det hørbare område, idet såvel bunden som åbningen er en Helmholtzresonator for frekvenser i det hørbare område, og skillevæggen har en afstand til yderpladeorganet, der giver en positiv kobling til 10 Helmholtzerresonatoren til vibration af yderpladeorganet.

Opfindelsen skal nærmere forklares det følgende under henvisning til tegningen, hvor 15 fig. 1 viser et langsgående snit gennem en 1yddæmperboks ifølge opfindelsen indeholdende et antal kamre, fig. 1A et snit gennem et af kamrene, 20 fig. 1B-D en lyddæmperboks ifølge opfindelsen, idet visse dele er udeladt, fig. 2 den i fig. 1 viste lyddæmperboks set enten oppefra eller nedefra, idet man ser sidevæggene af de enkelte kamre og 25 nogle gennemgående huller i en aperturplade (vist stiplet), fig. 3 lyddæmperboksen set i snit, fig. 4A dæmpningen som funktion af frekvensen, 30 fig. 4B den til dæmpningskurven i fig. 4A svarende lyddæmperboks anbragt i en strømningskanal, fig. 5A en dæmpningskurve for en lyddæmperboks, hvor apertur-35 pladen er udstyret med halsstykker, der vender bort fra dækpladen og strømningsmæssigt forlænger hullerne i aperturpla-den, 8

DK 166104B

fig. 5B den til dæmpningskurven i fig. 5A svarende lyddæmper-boks, fig. 6A dæmpningen som funktion af frekvensen af porøse lydab-5 sorbere, der er anbragt på samme måde og har samme proportioner som lydabsorberen ifølge opfindelsen, idét kurve a har relation til en porøs lydabsorber i normal udførelse, og kurve b har relation til en porøs lydabsorber, der for halvdelens vedkommende er dækket af en 0,5 mm tyk blikplade på overfor 10 hinanden liggende sider, fig. 6B en til fig. 4B og 5B svarende anbringelse af porøse lydabsorbere i forbindelse med hvilke dæmpningskurverrie i fig.

6A er optaget, 15 fig. 7A dæmpningen af pladeabsorberne som funktion af frekvensen , fig. 7B pladeabsorberne i en til fig. 4B, 5B og 6B svarende 20 konstellation, fig. 8A dæmpningen som funktion af frekvensen af Helmholzreso-natorer med henholdsvis frie og tilklæbede huller, 25 fig. 8B anordningen af Helmholzresonatorer i forbindelse med hvilke, dæmpningskurverne i fig. 8A er optaget, og i en konstellation svarende til fig. 4B, 5B, 6B og 7B og fig. 9 et snit gennem en aperturplade og en dækplade i nærhe-30 den af et gennemgående hul af en lyddæmperboks ifølge opfindelsen.

Opbygningen af en lyddæmperboks ifølge opfindelsen forklares under henvisning til fig. 1-3, idet der, under henvisning til 35 fig. 1A, redegøres for de elementer, hvoraf lyddæmperboksen består. Variationer af denne lyddæmperboks vil desuden blive forklaret i det følgende.

9

DK 166104B

Det i fig. 1A viste element af en lyddæmperboks har et lukket kammer 2, der danner et hulrum. Dette hulrum er på den ene side afgrænset af en yderplade 3, der kan stimuleres til svingninger i det hørbare frekvensområde. I hul rummet er der 5 en inderplade 4. Inderpladen 4 er anbragt i det væsentlige parallelt med yderpladen 3 og opdeler hulrummet i to delhulrum 5 og 6. Del hul rummene 5 og 6 er forbundet indbyrdes via en passage i form af et gennemgående hul 7 i inderpladen 4. Dette hul 7 danner, sammen med delhulrummet 6, og det af yderpladen 10 3 afgrænsede delhulrum 5, en hulrumsresonator, der er afstemt til frekvenser i det hørbare område.

Afstanden S imellem yderpladen 3 og inderpladen 4 er så lille, at svingninger af yderpladen 3 og hulrumsresonatoren er 15 tvangskoblet ved hjælp af luft- og gasgennemstrømninger, induceret af svingninger i yderpladen 3, inderpladen 4 og af hul-rumsresonatoren i mellemrummet mellem yderpladen 3 og inderpladen 4 og af hullet 7.

20 Disse luft- og gasgennemstrømninger er antydet i fig. 9, og tvangskoblingen ved den lille afstand S er forklaret.

De i fig. 1, 2 og 3 viste lyddæmperbokse 1 er sammensat af flere elementer af den i fig. 1A viste type.

25

Kamrene 2 i lyddæmperboksen danner et tolagsarrangement bestående af et øvre og et nedre lag af ved siden af hinanden anbragte kamre 2. Kamrene af hvert lag er ved deres bagsider forbundet indbyrdes og på en sådan måde, at kamrene 2, hvis 30 bagsider ligger ved siden af hinanden, har en fælles bund i form af en gennemgående plan bundplade 8.

De ved siden af hinanden anbragte kamre har desuden nogle fælles sidevægge 9.

Bundpladen 8 og sidevæggene 9 er i fig. 1, 2 og 3 dannet af en stiv bikageformet skeletstruktur 10, der f.eks. kan bestå af 35

DK 166104 B

10 sammenstukkede, sammenklæbede eller sammensvejste blikdele, eller være formet ud i ét.

Det er vigtigt, at yderpladerne 3 af ved siden af hinanden 5 liggende kamre 2 udgøres af fælles dækplader 11 i ét stykke, og at inderpladerne 4 af ved siden af hinanden liggende kamre udgøres af fælles aperturplader 12 i ét stykke.

Kamrene er indfattet af en kulisseramme 13, der ved hjælp af 10 rundtgående kanter 14 griber over randene af dækpladerne 11 og aperturpl aderne 12, og er tæt forbundet til disse. Ved hjælp af dækpladerne 12 og rammerne 13 er det indre af lyddæm-perboksen 1 derved lukket strømningstæt over for omgivelserne.

15 Dækpladerne 11 har fortrinsvis en fuldstændig plan og glat overflade, der fortrinsvis er metallisk.

Derudover kan hver af de gennemgående huller 7 være udstyret med en fra yderpladen 3 henholdsvis dækpladen 11 vendende hals 20 15.

De nævnte dele, især yderpladen 3 og inderpladen 4 henholdsvis dækpladen 11 og aperturpladen 12, såvel som skeletstrukturen 10 og rammerne 13, kan være fremstillet af samme materiale, 25 fortrinsvis plast eller metal, såsom aluminium eller en aluminiumslegering, hvorved der ikke vil være problemer med forskellige termiske udvidelser eller forskellige elektriske potentialer. Yderpladen 3 henholdsvis dækpladen 11 og inderpladen 4 henholdsvis aperturpladen 12 har fortrinsvis samme tyk-30 kelse. Denne tykkelse er fortrinsvis mindre end afstanden S mellem yderpladen 3 henholdsvis dækpladen 11 og inderpladen 4 henholdsvis aperturpladen 12.

Inder- eller aperturpladerne 4, 12 er fortrinsvis dimensione-35 ret, således at de kan stimuleres til svingninger i det hørbare frekvensområde og i forbindelse med tilkoblede hulrumsre-sonatorer bidrager til den samlede lydabsorption.

11

DK 166104B

Som det fremgår af fig. 1 og 3, er del hul rummene mellem aper-turpladen 12 og bundpladen 8 adskilt ved hjælp af sidevæggene 9. Del hu 1 rummene mellem dækpladen 11 og aperturpladen 12, er ikke nødvendigvis adskilt, idet der derved kan tilvejebringes 5 en meget enkel opbygning, hvor dækpladen 11 og aperturpladen 12, eventuelt ved hjælp af afstandsstykker, fremspring eller lignende, der fortrinsvis ligger i forlængelse af sidevæggene 9 mod dækpladen 11, kan holdes i indbyrdes afstand.

10 De nye 1yddæmperbokse kan indsættes i strømningskanaler og tilfredsstiller de stillede fordringer på næsten ideel måde:

Fuldstændig glatte dækplader 11 på begge sider af rammerne 13, der ligeledes kan være fuldstændig glatte, giver den mindst 15 mulige friktion, og derved et tryktab, der kan holdes på et absolut minimum i forhold til konventionelle lyddæmperkulisser. De forhindrer, at der sker aflejringer fra det gennem-strømmende medium. Under urene forhold, som f.eks. kan forekomme i udluftningskanaler, er det let at foretage en rengø-20 ring af hele lyddæmperboksen, eksempelvis ved afvaskning eller sprøjtning.

Hvis man fremstiller rammerne 13 og underopdelingerne af de afstivende sidevægge 9 og bundpladerne 8, samt aperturpladerne 25 12 og dækpladerne af metal, kan alle tænkelige krav til brand beskyttelse opfyldes. Ligeledes vil alle krav til hygiejne kunne tilfredsstilles. Når dækpladerne 11 er anbragt umiddelbart, fortrinsvis nogle få mm eller tiendedele mm foran aper-turpladen 12, er det tilstrækkeligt med en forholdsvis lille 30 vægtykkelse til opnåelse af en tilstrækkelig stor modstandsstyrke over for mekaniske påvirkninger af den i det væsentlige af dækpladerne 11 dannede yderbeklædning. Over for kemiske påvirkninger og korrosion kan yderbeklædningerne, dvs. den ydre overflade af dækpladerne 11 og rammerne 13, være beskyttet, 35 ligesom de øvrige vægge af en strømningskanal. Den her foreslåede lyddæmperboks kan uden vanskeligheder installeres i et udluftningsanlæg, uden at der i anlægget indføres følsomme ma 12

DK 166104B

terialer, der ved en eventuel beskadigelse af lyddæmperen kunne medtages af strømningsmediet.

Ved hjælp af skeletstrukturen 10 opnår lyddæmperboksen 1 ved 5 en minimal materialetykkelse en meget høj stabilitet i henseende til tryk-, forskydnings- og drejningspåvirkninger. Rammerne 13 med en rundtgående kant 14 af en bredde på 1-5 cm, fortrinsvis 2 cm, kræver ingen ændringer af montagefladerne. Den her forslåede lyddæmperboks er, ligesom de konventionelle 10 kulisser, let at transportere, stable og montere. Hvis lyddæmperboksen er opbygget af et og samme materiale, er selv større temperaturændringer ikke kritiske. Ridser i den glatte yderbeklædning indvirker ikke mærkbart på de lyddæmpende egenskaber.

15 Da der i skeletstrukturen 10, dvs. mellem den fortrinsvis i ét stykke udformede bundplade 8 og sidevæggene 9, kun er kamre 2, der ikke er fyldt med porøst eller fibrøst materiale, bliver den her foreslåede lyddæmperboks væsentlig lettere end konventionelle lyddæmperkulisser, der kan være fyldt med mineraluld.

20

Medens det for konventionelle lydabsorbere gælder, at de ikke længere er virksomme, når deres bredde henholdsvis dybde er lille i forhold til lydbølgelængden, så har man ikke en sådan nedre grænsefrekvens for den her foreslåede lyddæmperboks, så-25 ledes at man med det samme rumfang af lyddæmperboksen efter det her foreslået princip kan dimensionere til meget lavere frekvenser.

Dæmpningskurven i fig. 4A, der er fremkommet ved smalbåndede 30 målinger af dæmpningen af en lyddæmperboks af den i fig. 1-3 viste type, viser en overraskende høj dæmpning i et bredt frekvensområde mellem 150 og 500 Hz på i middel 15 dB for lyddæm-perbokse af en længde på 1 m, og som har et forhold imellem bredden D og højden H fra kun 0,7 - se fig. 4B. Det skal be-35 mærkes, at dæmpningskurven i fig. 4A blot er et eksempel, der på ingen måde er optimeret. Gennem valget af parametrene af kamrene 2, kan der imidlertid optimeres til næsten vilkårlige

DK 166104B

13 · støjspektre i det nedre og mellemste frekvensområde. I fig. 4A og 4B ligger følgende data til grund for lyddæmperboksen 1 og dennes placering i strømningskanalen 16: 5 10 15 20 25 30 35 14

DK 166104B

Bundplade 8 og sidevægge 9 aluminiumsblik af en tyk- af skeletstrukturen 11: kelse på 0,2 mm

Aperturplade 12: aluminiumsblik af. en tyk- 5 kelse på 0,1 mm Dækplade 11: aluminiumsblik af en tyk kelse på 0,1 mm anbragt umiddelbart foran apertur-10 pladen 12

Dybden af kamrene 2 (afstanden imellem bundpladen 8 og dækpladen 11): 10 cm 15

Volumen af kamrene 2: 1000 cm3

Diameter af gennemgående hul 2 cm 7 (resonatorhul): 20

Bredden D af lyddæmperboksen: 20 cm Højden H af lyddæmperboksen med den tilhørende tværsnitshøjde af 25 strømningskanalen 16: 50 cm

Tværsnitslængde L af strømningskanalen 16: 100 cm 30 Afstanden A imellem lyddæmper- boksene: 30 cn)

A

Afstanden — imellem en lyddæmper-2 35 boksen og væggen af strømningskanalen 16: 15 cm 15

DK 166104B

Fig 5A viser at, hvis der foran det enkelte resonatorhul 7 er anbragt en lille hals 15 og er indsat en noget tykkere dækplade 11, så forskydes dæmpningen mod lavere frekvenser på bekostning af dæmpningen ved højere frekvenser. Dataene af lyd-5 dæmperboksene og deres anbringelse i strømningskanalen 16 er angivet i fig. 5B. bortset fra, at dækpladen 11 her består af 0,2 mm tykt aluminiumsblik samtidigt med, at der er indrettet en resonatorhals 15 af en længde på 2 cm, hvilket er det samme som i fig. 4B.

10

Ud over længden af resonatorhalsen 15 spiller afstanden imellem dækpladen 11 og aperturpladen 12 en væsentlig rolle for afstemningen af lyddæmperboksen 1. Eksempelvis optræder der ved en afstand på 12 mm imellem dæk- og aperturpladen et 15 stærkt dæmpningsmaksimum over 200 Hz, der i et relativt smalt frekvensbånd ligger væsentligt over dæmpningsværdien, hvilket fremgår af fig. 5A. Ved hjælp af resonatorhalsene 15, der rager ind i kamrene 2, er det muligt at forskyde dette maksimum mod lavere frekvenser, idet dog højden af dette maksimum afta-20 ger, hvis alle de øvrige parameterværdier er uændrede. Højden af dette maksimum er ikke tilstrækkeligt til ved lave frekvenser at overgå virkningen af en konventionel porøs absorber. Hvis man f.eks. ønsker at dæmpe en dominerende "skovltone" ved 200 Hz, der hidrører fra skovlene af en roterende blæser, så 25 kunne en sådan lyddæmperboks tilbydes som en lyddæmper, der kan installeres bag blæseren. Også uden en således til støjkilden afstemt udlægning, kan lyddæmperen dimensioneres efter det her foreslåede nye princip, der i hvert fald i det vigtige frekvensområde indtil 500 Hz er de hidtidige lyddæmpere af 30 tilsvarende dybde overlegen.

Til sammenligning udføres målinger på almindelige porøse lyddæmpere. Måleresultaterne er angivet i fig. 6A, idet målingerne er udført på en lyddæmperboks, der er vist i fig. 6B. Di-35 mens i onerne af strømningskanalen 16 såvel som de ydre dimensioner af de i f i g. 6B indtegnede porøse lydabsorbere 17 og deres afstand er den samme som i fig. 4B, således at der ud

DK 166104 B

16 fra kurverne i fig. 4A og 5A på den ene side og i fig. 6A på den anden side kan foretages en direkte sammenligning af virkningerne af de her foreslåede lyddæmperbokse og de konventionelle porøse lydabsorbere.

5

Den punkterede kurve a i fig. 6A er lydabsorptionskurven af en kendt kulisselyddæmper, der er fyldt med mineraluld af en rumvægt på ca. 40 kg/m3. I området mellem 100 og 500 Hz er absorptionen ved den almindelige porøse lydabsorber væsentligt 10 dårligere end ved lyddæmperboksen i fig. 4B og 5B, hvilket ses ved at sammenligne kurve a i fig. 6A med kurverne i fig. 4A og 5A.

De ovenfor beskrevne udførelser kan ikke uden videre indsættes 15 i den indledningsvis nævnte lyddæmper. For at forhindre at der trænger fugt ind i mineralulden, er det nødvendigt at indsvej-se mineraluldsfyldningen i en pose af plastfolie af en tykkelse på 50-500 μιη. Derved bliver absorptionen væsentlig ringere; således kan absorptionen i oktaven mellem 500 og 1000 Hz falde 20 til det halve. Hvis man ønsker at beskytte folien, således at posen ikke bliver et brudsted for bakterier, må der tilvejebringes en afdækning af den samlede kulisseflade, eksempelvis ved hjælp af en plade med huller. Med en hulf ladeandel på mindst 30% har en sådan afdækning ikke nogen indflydelse. Der 25 er da risiko for, at folien ikke forbliver slap, men alt efter arten af fyldningen, presser mineralulden mod afdækningen og derved udspændes. Dette har en negativ indvirkning for mellemfrekvenser og lave frekvenser, hvilket er konstateret ved målinger. Selv om man holdt folien ganske slapt imellem to pla-30 der med huller, så ville man ikke kunne opretholde den oprindelige dæmpningsværdi af en porøs absorber ved mellemfrekvenser .

For at undgå forskydninger af det porøse materiale i en sådan 35 porøs lydabsorber 17 ved en kraftig mekanisk påvirkning som følge af strømninger eller rystelser, må kulissen under visse omstændigheder opdeles af kassetteringer. Disse kassetteringer i i 17

DK 166104B

giver en yderligere reduktion af dæmpningen, der alligevel ikke er særlig stor ved lave frekvenser.

Selv om der ikke stilles strengere krav end det, der ligger 5 inden for rammerne af den ovennævnte opgavesti 11ing, har det vist sig, at de kendte porøse lydabsorbere er mindre egnet til risikofri udlægning af lyddæmpere ved frekvenser på 250 Hz eller derunder.

10 Sammenligningsforsøg med p1aderesonatorer, hvis måleresultater er gengivet i fig. 7A, og Helmholzresonatorer, hvis måleresultater er angivet i fig. 8A, viser, at virkningen af den her foreslåede lyddæmperboks ikke kun giver den additive virkning af pladeresonatoren og Helmholzresonatoren, men går ud over 15 denne.

Inden vi går nærmere ind på fig. 7A, 7B, 8A og 8B skal det erindres, at dimensionerne af strømningskanalen 16 og de ydre dimensioner af piaderesonatoreren henholdsvis Hemholzresonato-20 reren i fig. 7B og 8B såvel som den indbyrdes afstand imellem disse resonatorer er lige så stor som afstanden til nabovæggen af strømningskanalen 16 - se fig. 4B - hvor symbolerne for disse dimensioner er A, j, D, H og L, der imidlertid ikke er angivet i fig. 7B og 8B, eftersom en sammenligning med fig. 4B 25 uden videre er mulig.

Pladeabsorberen 18 i fig. 7B består, bortset fra den ikke viste ramme, af en mellemplade 19 i form af en 13 mm tyk spånplade og en til begge sider og 10 cm derfra anbragt resonans-30 plade 20, der i det foreliggende tilfælde består af 0,6 mm tykt aluminiumsblik. Som det fremgår af fig. 7A, er en således opbygget resonatorplade kun virksom i et meget begrænset frekvensbånd omkring en resonansfrekvens på 147 Hz.

Helmholzresonatoren 21, der i fig. 8B blev anvendt til måling af kurverne i fig. 8A, havde som midterplade 19 ligeledes en 13 mm tyk presset spånplade såvel som en hulplade 22, der be- 35 18

DK 166104B

stod af 0,6 mm tykt aluminiumsblik, og resonatorhuller 23 med en diameter på 1 cm. Dybden af de enkelte kamre, og afstanden imellem hulpladen 22 og midterpladen .19, androg 10 cm, medens volumenet af de enkelte kamre androg 100 cm3. Endelig androg 5 den korrigerede tykkelse af hulpladen 22 i nærheden af resona-torhullerne 23 0,8 cm. Denne korrigerede tykkelse, der betegnes med 1* og forklares i forbindelse med fig. 9, tager hensyn til strømningen i umiddelbar nærhed af det enkelte resonator-hul, dvs. den medsvingende luftmasse uden for resonatorhullet, 10 og som afhænger af hullets geometri.

Som vist i kurve a i fig. 8A, der er målt på boksen i fig. 8B med åbne resonatorhuller 23, opnås en typisk smalbåndet dæmpningskarakteristik. Den maksimale dæmpning ligger ved 170 Hz.

15 Ved en afdækning af resonatorhullerne 23, opnås kurven b i fig. 8A således, at der kun er en meget lille dæmpning, og det maksimum, der er fælles med kurve a, forsvinder.

Det skal bemærkes, at Helmholtzresonatorerne i fig. 8B, først 20 og fremmest har den ulempe, at de har åbne hulrum, hvilket indebærer, at de kan forurenes og på grund af strømningen giver egenstøj.

Når det endvidere tages i betragtning, at resonatorpladerne 20 25 af boksen i fig. 7B og hulpladerne 22 af boksen i fig. 8B er tykkere end dækpladerne 11 og aperturpladerne 12 af boksene i fig. 4B og 5B, så ser man ved en sammenligning af kurverne i fig. 4A og 5A på den ene side, og kurverne i fig. 7A og 8A på den anden side, at der gennem den her foreslåede lyddæmperboks 30 opnås en meget bredbåndet, og ved ganske lave og høje frekvenser, godt dæmpende lydabsorber, hvilket forklares ved at addere kurverne i fig. 7A og 8A.

Under henvisning til kurve d i fig. 8A og de strømningsmekani-35 ske betragtninger, der vil kunne anstilles, kunne man forvente, at en afdækning af resonatorhullet 7 og aperturpladen 12 ved hjælp af en dækfolie 11, således som det er tilfældet i 19

DK 166104B

den her foreslåede lyddæmperboks, ville føre til, at luftsvingningerne i resonatorhullet 7 fuldstændigt bindes. Hvis der til afdækning i stedet blev anvendt en i større afstand anbragt folie, så måtte man forvente, at denne folie skulle 5 være meget tynd og have en tykkelse på 6-10 pm, således at lyden uhindret vil kunne nå Helmholtzresonatoren, hvilket i praksis ikke er muligt som følge af en sådan folies større følsomhed over for beskadigelser.

10 Opfindelsen beror på den erkendelse, at en umiddelbart over aperturpladen 12 af en Helmholtzresonator - se fig. 9 - udspændt dækplade 11 ikke binder svingningerne og de dermed forbundne frem- og tilbagestrømninger 24 i gennemgangs- henholdsvis resonatorhullet 7 af aperturpladen 12, men snarere fører 15 til en tvangskobling mellem svingningerne af Helmholtzresona-toren og dækpladen 11, hvorved der opstår luftstrømninger 25, der i det væsentlige forløber parallelt med dæk- og aperturpladen 11 henholdsvis 12. Denne kobling bevirker, at dækpladen 11 og eventuelt også aperturpladen 12, i nærheden af resona-20 torhullet 7, tvangsmæssigt stimuleres til svingninger i det hørbare frekvensområde, hvorved man opnår det brede frekvensspektrum af den virksomme dæmpning i fig. 4A og 5A.

Da den effektive længde 1* af gennemgangs- henholdsvis resona-25 torhullet 7, der bestemmer resonansen af en Helmholtzresona tor, sammensættes additivt af længden 1 og størrelserne Δ1Ί· og Ala, hvor sidtsnævnte er slutkorrektioner, der symboliserer den uden for gennemgangs- henholdsvis resonatorhullet 7 og i afhængighed af hulgeometrien medsvingende masse, skal afstan-30 den S mellem dækpladen 11 og aperturpladen 12 ved lyddæmpei— boksen ifølge opfindelsen fortrinsvis være mindre end Ala, eftersom der derved opnås en særlig stærk kobling mellem svingningerne af dækpladen 11 og aperturpladen 12. Af tilsvarende årsager skal afstanden S fortrinsvis være mindre end eller lig 35 med diameteren af resonatorhullet 7, idet denne diameter i tilfælde af et slidsformet hul 7 skal være lig med slidsens bredde. I en anden udføre!sesform er afstanden S mindre end 20

DK 166104B

eller lig med 1/4 af dybden af kammeret 2 og afstanden mellem dækpladen 11 og bundpladen 8.

Et af de vigtigste og mest overraskende resultater af de un-5 dersøgelser, der har ført til den foreliggende opfindelse, er at en ikke alt for tyk dækplade 11, der er anbragt umiddelbart foran hullet af aperturpladen 12, ikke hindrer en pulsering af luften i kammeret gennem gennemgangshullet, men snarere fører til en synergi sti sk forøgelse af frekvens i ntervallet af den 10 samlede lyddæmpning.

Lyddæmperboksen ifølge opfindelsen har følgende fordele: 1) Den enkelte lyddæmperboks er aflukket i forhold til strøm-15 ningsmediet, idet den har en ydre skal, der forhindrer en indtrængning af gasformige, flydende eller faste stoffer fra strømn i ngsmediet.

2) De parallelt med strømningsretningen og i hovedsagen i lyd-20 udbredelsesretningen anbragte yderflader med fuldstændig plane og glatte og fortrinsvis metalliske overflader giver den mindst mulige strømningsmodstand.

3) Yderbeklædningen af lyddæmperboksen er beskyttet mod kemi- 25 ske og mekaniske påvirkninger.

4} Umiddelbart bag ved den ydre dækplade er anbragt en ligeledes plan aperturplade, således at der især i nærheden af hullerne af aperturpladen opstår en smal spalte, der står i for-30 bindelse med begge plader; eventuelt kun områdevis.

5) Begge plader, nemlig aperturpladen og dækpladen, er fortrinsvis af i hovedsagen samme tykkelse, hvilken tykkelse fortrinsvis er mindre end tykkelsen af luftspalten derimellem.

35 6) Den indvendige aperturplade er således fastgjort til en eksempelvis bikageformet skeletstruktur, der ikke kan svinge, og 21

DK 166104B

derfor er akustisk stiv, således at i sig aflukkede, kun gennem et gennemgangshul til mellemrummet mellem dækpladen og mod aperturpladen åbne kamre opstår som hulrum.

5 7) Dækpladen og aperturpladen bliver hver for sig eller sammen stimuleret ved hjælp af den af hul rummet dannede luftpude gennem lydbølger i de kanaler, der opstår mellem de parallelt anbragte lyddæmperbokse.

10 8) Luftpropper i resonatorhullerne svinger med den indeslut tede luft i nærheden af resonatorhullerne i mellemrummet mellem dækpladen og aperturpladen under medføring henholdsvis tilkobling af en del af dækpladen med luftpuden i hulrummene.

15 9) Frekvensområdet af de forskellige svingningsfrekvenser lig ger fortrinsvis under 500 Hz, fortrinsvis mellem 100 og 500 Hz.

10) Frekvensområdet af dæmpningen fastlægges ved hjælp af de 20 geometriske parametre og materialeparametrene i begge områder af støjspektret, der er så forskellige som muligt.

11) Dækpladen kan fastgøres langs den bikageformede skeletstruktur, eksempelvis ved klæbning, idet den fortrinsvis har 25 nopper med klæbesteder.

12) Lyddæmperboksen er egnet til alle former for lyddæmpning i strømningskanaler. Den muliggør en optimal dæmpning af lyden i strømningsretningen i kanalerne.

30

Lyddæmperboksen udnytter følgende resonans-dæmpningsmekanismer: a) Svingninger af den plane dækplade sammen med en umiddelbart 35 bag ved denne anbragt aperturplade med en vægtykkelse af sammenlignelig størrelse,

DK 166104 B

22 b) svingninger af luftpropper i halsstykkerne af aperturpladen sammen med dækpladen, c) svingninger af apertur- og dækpladen i forhold til hinan-5 den, og d) svingninger af luftpuden imellem pladerne, især i nærheden af hullerne.

10 De ønskede bredbåndsegenskaber opnås ved hjælp af en vis variation af de geometriske parametre i lyddæmperboksen. Især skal fremhæves formgivningen af hullerne og eventuelt halsstykker, som kan anvendes til optimering og tilpasning af boksens virkemåde. Anbringelsen af aperturpladerne og dækpladerne 15 i forhold til hinanden og den måde, hvorpå de står i kontakt med hinanden og er forbundet, bevirker desuden, at lydabsorberen bliver bredbåndet.

Hvis lyddæmperboksen skal være særlig let, kan skeletvæggene 20 såvel som apertur- og dækpladerne have en ringere tykkelse.

Derved forskydes en del af virkningen ganske vist mod højere frekvenser. Da den plane skeletbundplade 8 i symmetriplanet af boksen under de normalt forekommende stimuleringsbetingelser ikke bliver virksomme, kan man under visse omstændigheder 25 spare disse.

Lyddæmperen opbygges i modsætning til de kendte absorberkulisser, -kassetter og -bjælker såvel som underdækkonstruktioner uden brug af fiberholdige eller porøse materialer. Da den in-30 dre dæmpning i de tynde plader og i de store luftkamre er meget lille, er lyddæmperboksen således dimensioneret, at dæmpningen fremkommer ved kunstigt forøgede væg- og grænselagsfriktionsmekanismer. Dette udelukker imidlertid ikke, at der anvendes i og for sig kendte foranstaltninger til dæmpning af 35 hulrummene af Helmholtzresonatorerne og til dæmpning af pladesvingningerne.

Claims (21)

1. Lyddæmperboks, især til dæmpning af lydbølger i en strøm-5 ningskanal, såsom en ventilationskanal omfattende: (a) mindst ét aflukket kammer (2), der danner et hulrum, der på den ene side er afgrænset af en yderplade (3), der kan ex-citeres til at undergå vibrationer i det hørbare område, 10 (b) mindst én inderplade (4), der er anbragt essentielt parallelt med yderpladen (3) inde i hulrummet af kammeret (2) og opdeler hulrummet i to delhulrum (5, 6), der kun er forbundet gennem en passageåbning (7) i inderpladen (4), hvilken passa- 15 geåbning (7) sammen med det første delhulrum (6) vender bort fra yderpladen (3), der danner en Helmholtzresonator afstemt til frekvenser i det hørbare frekvensområde, kendetegnet ved, at den omfatter en inderplade, idet det første og det andet delhulrum og yderpladen (3) danner en vibrationsen-20 hed, der kan oscillere i det hørbare område, hvilken yderplade (3) er af en ikke-perforeret uigennemtrængelig udformning, idet afstanden imellem inderpladen (4) og yderpladen (3) er så lille, at vibrationer af yderpladen (3) og Helmholtzresonato-ren er positivt koblede via oscillationsinducerede luft- eller 25 gasstrømninger i det andet delhulrum imellem yderpladen (3) og inderpladen (4) såvel som passageåbningen (7).

2. Lyddæmperboks ifølge krav 1 med et antal ved siden af hinanden anbragte kamre (2), kendetegnet ved, at yder- 30 pladerne (3) af ved siden af hinanden anbragte kamre er tilvejebragt ved hjælp af en fælles dækplade (11) i ét stykke.

3. Lyddæmperboks ifølge krav 1 med et antal ved siden af hinanden anbragte kamre (2), kendetegnet ved, at in- 35 derpladerne (4) af et antal ved siden af hinanden anbragte kamre (2) udgøres af en fælles aperturplade (12) i ét stykke. DK 166104B

4. Lyddæmperboks ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den udgøres af to arrangementer, hvor hvert arrangement består af et antal ved siden af hinanden anbragte kamre (2), kombineret i et tolagsarrangement, hvorhos kamrene af de to ar- 5 rangementer af ved siden af hinanden anbragte kamre er forbun det indbyrdes ved deres respektive bageste dele.

5. Lyddæmperboks ifølge krav 4, kendetegnet ved, at kamrene med ved siden af hinanden anbragte bageste dele har 10 en fælles kammerbund (8).

6. Lyddæmperboks ifølge krav 1, kendetegnet ved, at alle delene af lyddæmperboksen er fremstillet af samme materiale, fortrinsvis plast eller metal, såsom aluminium eller 15 en aluminiumslegering.

7. Lyddæmperboks ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der ved passageåbningen (7) er tilvejebragt en hals (15), der vender bort fra dækpladen (11) og danner en strømningska- 20 nal (16). 1 Lyddæmperboks omfattende et antal ved siden af hinanden anbragte hule kamre, der hver især har en bagvæg, en bunddel (8), og og nogle sidevægge (9), kendetegnet ved et 25 uperforeret uigennemtrængeligt forreste yderpladeorgan (3) og en skillevæg, der udstrækker sig mellem sidevæggene (9) parallelt med yderpiadeorganet (3), hvilken skillevæg har en åbning, ved hjælp af hvilken dele af kammeret opdeles af skillevæggen, hvilken skillevæg er i stand til at vibrere, idet en 30 del af hvert kammer er afgrænset af skillevæggen, således at skillevæggen, yderpiadeorganet (3) og et mellemrum derimellem også kan ændres til oscillation i det hørbare område, idet bunddelen (8) såvel som åbningen er en Helmholtzresonator for frekvenser i det hørbare område, og skillevæggen har en af-35 stand (S) fra yderpiadeorganet (3), der giver en positiv kobling af Helmholtzresonatoren til vibrationerne af yderplade-organet (3). DK 166104B

9. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved, at yderpladeorganet (3) af i hvert fald nogle af de ved siden af hinanden anbragte kamre (2) er afgrænset af en fælles plade i ét stykke. 5

10. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved, at skillevæggene af i hvert fald nogle af de ved siden af hinanden anbragte kamre (2) er tilvejebragt ved hjælp af en fælles aperturplade (12) i ét stykke. 10

11. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved, at i hvert fald nogle af de ved siden af hinanden anbragte kamre (2) har fælles sidevægge.

12. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved et antal ved siden af hinanden anbragte kamre (2) i et første lag og et antal ved siden af hinanden anbragte kamre i et andet lag, idet de to lag er anbragt ryg mod ryg. 20 13, Lyddæmperboks ifølge krav 12, kendetegnet ved, at kamrene er anbragt ryg mod ryg, idet kamre hørende til forskellige lag har en fælles bunddel.

14. Lyddæmperboks ifølge krav 13, kendetegnet ved, 25 at de to lag har en fælles bundplade (8) i ét stykke.

15. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved en fælles ramme (13) for alle kamrene, hvilken ramme tætner alle kamrene. 30

16. Lyddæmperboks ifølge krav 9, kendetegnet ved, at den fælles yderplade har en glat yderside.

17. Lyddæmperboks ifølge krav 16, kendetegnet ved, 35 at den fælles yderplade er af metal. 1 Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved, at pladerne såvel som skillevæggene adskiller ved siden af DK 166104B hinanden anbragte kamre, og at bunddelene og sidevæggene af kamrene (2) er af samme materiale.

19. Lyddæmperboks ifølge krav 18, kendetegnet ved, 5 at materialet er et syntetisk materiale, aluminium eller en al umini umslegering.

20. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved, at yderpiadeorganet (3) og skillevæggen hver har en tykkelse, 10 der ikke er større end mellemrummet.

21. Lyddæmperboks ifølge krav 8, kendetegnet ved, at hver af åbningerne er udstyret med en hals (15), der vender bort fra yderpiadeorganet (3) og mod bunddelen (8). 15

22. Lyddæmperboks ifølge krav 9, kendetegnet ved, at den fælles plade kan exciteres til at vibrere i det hørbare frekvensområde.

23. Lyddæmperboks ifølge krav 10, kendetegnet ved, at aperturpladen (12) kan exciteres til at vibrere i det hørbare frekvensområde.

24. Lyddæmperboks ifølge krav 19, kendetegnet ved, 25 at pladerne har en tykkelse på 0,03-0,6 mm. 30 35