具有降低的混响时间的大厅的吸音的屋顶结构的制作方法

本发明涉及大厅的吸音的屋顶结构、吸音器设施以及使用了吸音器元件的具有降低的混响时间的大厅以及由这种元件构成的吸音的吸收条。

背景技术：

用于改善室内声学效果，也就是说用于更好的语音清晰度和用于听力保护的吸音的元件很久以来是已公知的。由石膏板或纤维板构成的声学天花板改善了室内声学效果、降低了回声并将声能转化为热。此外，声学的墙壁覆层是公知的，例如以各种角度和尺寸被装配到墙壁上并且被用作用于吸收低声频的低频吸收器的板。为了吸收高声频，使用带孔的板是常见的，这些带孔的板以距墙壁有特定的间距地被装配。板与墙壁之间存在有吸音和阻隔声音的材质，例如泡沫或毡。

de102011105608a1示出了一种按照用于低频的棱边吸收器类型的吸音器设施。该装置包含有槽形的、优选为方形的容器，其中存在有纤维状的或多孔的吸收材料，该容器具有不透音的或透音的罩。容器布置室内的在墙壁或天花板上的拐角或棱边中。该吸音器设施的特征在于，朝向室内的所有侧均不透音地构成。只有相对墙壁或天花板倾斜、优选垂直布置的一侧有较小的面积以吸收的方式被构造。为了获得期望的效果，所使用的容器必须具有最小尺寸，为此必须在局部预留相应的空间。优选的实施方案例如使用400mm×500mm的厚的均质的纤维的吸收器，其布置在靠近室内棱边的地面上。

de102015109808a1描述了一种吸音的结构元件，其尤其是用于外部区域，该结构元件包括吸音的天花板层以及嵌入其中的吸音器元件，与天花板层相比，吸音器元件的吸收度更高。

ep2868826a1描述了一种加钢筋的混凝土元件，在其表面上布置有部分暴露的、对声音进行吸收的、至少部分开孔发泡的泡沫物。加钢筋部部分地被泡沫物包绕。还示出了天花板元件，其具有多个由地质聚合物制成的吸收条。在也使用混凝土元件作为天花板的情况下，所利用的吸收条沿纵向方向延伸，但并不延伸到墙壁与天花板之间的拐角区域内。

在市场上能买到由经烧结的膨胀玻璃颗粒构成的吸音器元件，其例如由liavergmbh&co.kg公司以商标名称reapor来提供。

柏林abcakustikgmbh在2011年的产品页中，描述了一种用于在不超过20m²的底面积和60m³的室内容积的房间内进行改造的室内声学效果的解决方案，其中，室内的相对置的侧之间间距不应超过5m。为此，将由基于三聚氰胺树脂的开孔发泡的泡沫物构成的吸收器以石膏线的形式装配在天花板与墙壁之间的室内上棱边中。吸收器伸入室内约14至35cm，使得在背侧上在吸收器与建筑物墙壁之间存在有气隙。该吸收器必须使用特殊的悬挂体来装配在天花板上。

de20022685u1描述了一种用于消除房间中反射声音的在声学上具有吸收性的板元件，该板元件可以被构造为吊顶或装饰墙。

wo95/30804a1描述了一种用于内墙壁和天花板的吸音系统。吸音的元件在那里例如被装配在天花板上，并延伸直到墙壁。同样示出了一种装置，其中，相应的元件既布置在天花板上又布置在墙壁上。

大多前述的高效起作用的吸音器解决方案要么必须从一开始就装入到在声学上需要改进的房间中，要么必须付出相当大的耗费进行改造。从功能、结构技术和设计的角度来看，室内的声学效果与其他设计方案之间往往存在目标冲突。例如，通过用吸音板对天花板进行全面铺设可以实现良好的声学上的效果，但是这样就不再可能对顶式空调元件进行布置。对在现有房间中的天花板进行阻隔声音的改造在结构技术和财务上都耗费的，从而很少使用。大体积的棱边吸收器的布置在很大程度上干扰了空间的美学感。

由在优先权日尚未公开的专利申请pct/ep2017/061524公知有一种吸音器设施，其由多个吸音器元件构成。多个彼此排列成行的吸音器元件形成一个或多个吸收条，其至少区段式地沿着在室内的墙壁与天花板之间伸展的上接触棱边延伸。

在大型目标(例如厂房或体育馆)中的(增补的)防噪措施被证明是特别有问题和花费高的。现今，对此也有严格的防噪要求。例如，参考：2014年8月的ifa-lsa01-234，(防噪工作页)，raumakustikinindustiellen(工业上的工作空间的室内声学效果)。

由于室内体积很大，使得被装配在厂房的墙壁上的吸收器通常只在大厅范围中吸收较少声音。此外，在墙壁上只能够装配较少的吸收元件或根本不能够装配吸收元件，这是因为这些面积对于其他目的是必需的。尤其是在厂房中，普遍地存在非常坚硬的地面，并且几乎不存在吸音的设备，从而在使用机器或加工硬质的材料时的噪音水平将非常快地处于让听力受损的范围。相反地，在大多数情况下，只能使用个人的听力保护器，但是它们并不舒服，并且使处于这样的厂房中的人员之间的交流更加困难。如果应用相关的防噪音规定，则这在现有技术中导致非常大的吸收器面积，这是不可行的或是非常昂贵。

因此，de2347136a示出了一种用于建筑物的自承载的屋顶元件，该屋顶元件利用其两个端部依靠在墙壁上并且尤其能针对大厅使用。屋顶元件具备水平的、本身沿纵向方向延伸的型材弦杆，该型材弦杆相对于竖直的对称平面对称成对地布置。这些弦杆通过桁架结构连接。为了实现热学上的或声学上的绝缘，通过桁架展开的面的内侧可以用垫覆盖。由于要用绝缘材料铺设的面相对于水平延伸的外部的屋顶表层呈钝角延伸，因此，所形成的绝缘的面积明显大于屋顶表层的投影面积。这方面所遵循常见的假设是，必须大面积铺设绝缘材料以用于进行有效的阻隔或绝缘，但这也将导致高成本。

技术实现要素：

因此，基于现有技术，本发明的任务在于，提供一种改进的吸音的屋顶结构和一种用于较大的大厅(500～50000m³容积)、尤其是厂房的吸音器设施。所使用的吸音器设施不应损害大厅的原来的用途，尤其是不应占据墙壁面积或应仅占据很小的墙壁面积。同时，用较少的材料来获得大的吸收效果，从而尽管大厅面积和室内容积较大，但尤其是用于增补的大厅防噪改造的成本仍保持较低。对大厅声学效果的显著改善应当在宽的频率范围内实现。同时，吸音的屋顶结构允许在具有几乎不受限制的底面积的大厅中实现所期望的吸收结果。

根据所附的权利要求1的吸音的屋顶结构和根据权利要求13的吸音器设施用于解决该任务，该任务还通过根据权利要求14的具有降低的混响时间的大厅来解决。

根据本发明的吸音的屋顶结构是大厅的结构性的组成部分，该大厅具有墙壁、多个至少在它们的端部处安置在墙壁上的屋顶桁梁和由屋顶桁梁承载的反射声音的屋顶表层。在多个或所有屋顶桁梁的侧面上装配有由吸音器元件组合而成的吸收条。在具有吸收条的相邻的屋顶桁梁之间分别延伸有屋顶表层的反射声音的区段，该区段具有至少为屋顶桁梁的平均高度的两倍的宽度。

根据本发明的吸音器设施包括多个吸音器元件，这些吸音器元件被布置在大厅中，该大厅具有墙壁以及向上封闭该大厅的屋顶结构。屋顶结构具备多个安置在墙壁上的屋顶桁梁和由屋顶桁梁承载的屋顶表层。根据本发明，在多个或全部屋顶桁梁的两个侧面上装配有吸收条，这些吸收条由彼此排列成行的吸音器元件组合而成。屋顶桁梁在此通常彼此间隔了它们的平均高度的两倍以上、优选是其四倍以上，从而使得由吸收条所占据的面积无论如何都小于屋顶表层的投影面积。对于吸音器设施的功能而言至关重要的是，在屋顶桁梁的铺设有吸收条的侧面之间存在有与吸收条成角度(优选成直角)延伸的反射面，该反射面由未覆盖吸音器的屋顶表层形成。

出人意料地已表明的是，吸收元件仅装配到屋顶桁梁的侧面上将促成相当大的吸音，在其他情况下这只能在显著更大的面积消耗下才可能实现。屋顶桁梁的侧面在大厅中通常不被用于其他安装，从而可提供给吸收元件。在厂房中也几乎完全未使用屋顶结构之内的容积。

根据本发明，屋顶表层的通常是混响的(schallhart)并且因此在声学上强烈反射的内侧作用是有意地充当另外的反射面，该另外的反射面将在大厅内部产生的声波反射到吸收元件，从而使声波在那里受到阻尼或必要时被完全吸收。

屋顶桁梁可以具有不同的结构。对于本发明仅重要的是，它们提供两个侧面，吸收条可以布置在该两个侧面上。在通常情况下，相邻的屋顶桁梁彼此间隔开几米、优选为4m～8m、尤其是大约5m～6m。屋顶结构的内部空间从通常由下弦杆形成的屋顶桁梁的下棱边延伸直到屋顶表层的安置在屋顶桁梁的上弦杆上的内侧。典型地，下弦杆和上弦杆彼此成角度地延伸，从而使得屋顶桁梁的侧面具备梯形形状或三角形形状。对于在此相关的应用情况来说，屋顶桁梁的高度在300mm～1500mm之间。具有平行或近似平行的上弦杆和下弦杆的屋顶桁梁也被称为载体或桁架载体。在上弦杆与下弦杆之间可以布置有梁状的或面状的填充物。屋顶桁梁以其端部被安置在大厅的墙壁上，并且在跨度较大的情况下必要时可以附加地支撑。

根据吸音的屋顶结构或吸音器设施的优选的实施方式，必要时在无锡上弦杆和下弦杆的情况下，吸收条基本上完全覆盖屋顶桁梁的侧面。吸收条的宽度优选在400mm～1500mm的范围内，并因此遵循屋顶桁梁的高度。吸收条可以例如借助简单的金属型材紧固到上弦杆和下弦杆上。将吸音板粘合或其他紧固方式也是可能的。

在吸音的屋顶结构或吸音器设施的改进方案中，使用了另外的吸收条，其沿着墙壁的上棱边延伸并且/或者在相邻的屋顶桁梁之间垂直于屋顶结构中的屋顶桁梁的侧面地延伸。这些另外的吸收条仅覆盖屋顶桁梁之间的屋顶表层的一小部分，尤其是小于屋顶表层面积的四分之一。

吸音的屋顶结构或吸音器设施的特别优选的实施方式的特征在于，在屋顶桁梁上彼此背对的吸收条之间布置有反射面，该反射面在屋顶桁梁的上弦杆与下弦杆之间延伸。该反射面可以是屋顶桁梁的被整合的组成部分，也可以用作单独的构件。在出现声波时，这些声波首先穿过吸音器元件并受到阻尼，从它们的背侧出来，并且然后(优选在穿过气隙之后)撞击到反射面上，并且由此反射回吸音器元件，以便在那里再次被阻尼。

吸音器元件的厚度优选为20mm～65mm，特别优选为约25mm。此外有利的是，吸音器元件的单位长度的流动阻力在7～15kpa*s/m⁴、优选8～12kpa*s/m⁴、特别优选大约10kpa*s/m⁴的范围内。

在优选的实施方案中，吸音器元件由不能延展的泡沫物构成，尤其是由玻璃基、在声学方面起作用且漫射渗透的泡沫物构成，其包括膨胀玻璃颗粒。优选地，吸音器元件由粒度为0.25mm～4mm的膨胀玻璃颗粒构成，其中，颗粒成片形烧结或利用添加的接合剂连接，并且其中，单位长度的流动阻力优选在9～11kpa*s/m⁴的范围内。吸音器元件的优选的单位长度的流动阻力可以通过所使用的粒度、即优选呈片状地构成的吸音器元件中的粒度分布和/或通过在制造过程中添置到膨胀气体颗粒中的接合剂的份额来轻松地调整。

用于吸收条的材料是适合潮湿房间、防冻、不可燃且非常轻的。用于吸收条的材料还可以很容易地被切割。由于重量很轻，使得屋顶桁梁上不会出现静态的问题，这是因为这些屋顶桁梁通常被设计成用于大约25～30kg/m²的安装负载。

对于本发明的功能性而言有利的是，吸音器元件的单位长度的流动阻力在7～15kpa*s/m⁴的范围内，优选在9～11kpa*s/m⁴的范围内，吸音器元件中的流动阻力应尽可能均匀。

根据本发明具有降低的混响时间的大厅可以用于不同的目的，尤其是可以用作厂房或车间、体育馆或游泳馆。大厅具有墙壁和屋顶结构，其中，该屋顶结构包括多个安置在墙壁上的屋顶桁梁和由屋顶桁梁承载的屋顶表层。先前描述的吸音器设施布置在多个或所有屋顶桁梁上。

根据本发明实现的具有降低的混响时间的大厅的主要优点在于，通过将吸收条布置在屋顶桁梁上，可以实现特别高的声音吸收。这种高的吸收效果尤其通过在屋顶内表层上的该区域中发生的声波反射来实现。吸音器设施可以低成本地以增补的方式被整合到现有的大厅中，并且仅需要在通常不使用的屋顶空间中的很小的装入空间。通过将吸收条布置在屋顶桁梁上，使得大厅中可用于其他用途的面积和容积不受限制或仅受到最小限制。

由于吸音器元件在屋顶桁梁的侧面上的根据本发明的使用，使得首次有可能实现非常有效的吸音，而吸音的材料的体积很小并且被吸音器设施占据的面积在宽的频率范围内实现。尤其地，可以在声学上强烈反射的屋顶表层的紧邻处装配有相对较薄的吸音器元件。对于这种特别有效的吸收而言有利的是，将单位长度的流动阻力在所提及的范围内调整，例如通过适当选择所用的吸音器元件的粒度和材料成分来调整。特别优选地，吸音器元件由粒度为0.25mm～4mm的膨胀玻璃颗粒构成，该颗粒烧结成片状或与添加的结合剂连接。

因此，本发明也使用了由吸音器元件的所描述的特性及其在大厅中的所提及的布置构成的组合。

根据特别优选的实施方式，另外的吸收条在大厅的墙壁的上端部处延伸。

对于具有降低的混响时间的大厅来说，没有具体的尺寸限制，这是因为由于相应提升的屋顶桁梁的数量，使得吸音器设施的应用可以任意缩放。

利用根据本发明使用的吸音器设施，使得在大厅中能实现0.6s～1.3s范围内的混响时间，这相应于通信室中的期望值。吸音器设施尤其适合在250hz至4khz的频率范围内进行阻尼。

附图说明

根据本发明的吸音器设施及配备有该吸音器设施的大厅的另外的细节和优点由以下参照附图对优选实施例的描述得出。其中：

图1示出根据本发明的具有降低的混响时间的大厅的第一实施方式的不按正确比例的天花板平面图；

图2示出在屋顶表层上和紧固在屋顶桁梁上的吸收条上的声波走向的原理图；

图3示出具有降低的混响时间的大厅的第二实施方式的不按正确比例的天花板平面图；

图4以两个增补安设的实施方式示出吸收条在屋顶桁梁上的布置方式的详细视图；

图5以两个整合的实施方式示出吸收条在屋顶桁梁上的布置方式的详细视图；

图6示出用于表示在不同配置的大厅中的混响时间关于宽频率范围的测量值的图表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的具有降低的混响时间的大厅01的不按正确比例的天花板平面图。大厅的底面积示例性地按21.5m×17.5m延伸。大厅配备有根据本发明的吸音器设施，该吸音器设施被设计为吸音的屋顶结构。大厅01具备墙壁02和三个内置的屋顶桁梁03，屋顶桁梁承载屋顶表层06(图2)。在屋顶桁梁03的侧面上分别装配有吸收条04，这些吸收条基本上覆盖整个侧面。在所示的示例中，两侧铺设有吸收条的屋顶桁梁彼此间隔约5.4m。大致相同的距离也存在于端墙壁与各自紧邻的屋顶桁梁之间。在屋顶桁梁03之间分别延伸有屋顶表层06的区段，这些区段是混响的，并且区段的宽度大于屋顶桁梁的平均高度的两倍。

每个吸收条04由一个或优选多个吸音器元件(其由不能延展的泡沫物、优选是具有膨胀玻璃颗粒的玻璃基泡沫物构成)构成。该材料非常适合声音阻隔，并且易于加工。吸音器元件具有例如α＝0.4的吸收系数。

吸收条具备匹配于屋顶桁梁的高度的宽度以及例如为25mm的厚度。吸收条04优选是板形的。为了形成吸收板条，将多个吸音器元件以很小或没有间隙的方式彼此排列成行。显然，吸音器元件之间的很小的间距对声学上的阻尼结果影响甚微。

图2以简化的方式示出了吸收条04在屋顶桁梁03上的布置方式。可以看出，屋顶表层06安置在屋顶桁梁03上，并且吸收条基本上覆盖屋顶桁梁的侧面的整个高度。借助箭头极为简化地示出了在屋顶表层06上出现的散射性的声波的反射。所入射的声波在屋顶表层上反射并变向进入到吸收条中，由此借助吸收条04实现了特别好的吸收作用。

图3示出了具有降低的混响时间的大厅01的第二实施方式的不按正确比例的天花板平面图。大厅的底面积再次示例性地为21.5m×17.5m。在此，在三个内置的屋顶桁梁之外地，在端墙壁的上端部处以及在屋顶桁梁之间的侧壁上还布置有另外的吸收条07。

图4示出了屋顶桁梁03的简化的横截面视图，该屋顶桁梁具备上弦杆08、下弦杆09以及在它们之间的加强的桁架10。在这种情况下，将保持型材11装配在屋顶桁梁上以用于紧固吸收条04。在该图的左侧，吸收条被保持在上保持型材与下保持型材11之间，上保持型材和下保持型材分别紧固地保持在上弦杆或下弦杆上。如图的右侧所示，对此替选地可以使用仅紧固在上弦杆08上但是围嵌了吸收条的上棱边和下棱边的保持型材11。在这种情况下，保持型材11具有对声音而言开放式(schalloffen)的背侧13。在该优选的实施例中，在屋顶桁梁上彼此背对的两个其背侧是对声音而言开放式的吸收条04之间存在有反射声音的反射壁12，该反射壁被定位在屋顶桁梁的侧面与吸收条之间，以便使穿透过吸收条的声波反射回吸收条中。优选地，在吸收条与反射壁12之间留有气隙，该气隙导致声波的进一步运动，这由于所产生的干扰和阻抗而对吸收具有积极影响。

图5示出了吸收条04在屋顶桁梁03上的布置方式的另外两种设计方案。当吸收条并不是只有在大厅完工后才装配到屋顶桁梁上，而是已经在施工阶段就实现了对屋顶桁梁的吸音的改造时，则这些变型方案尤其适用，屋顶桁梁在制造时优选已经存在。为此，吸收条04优选被整合到屋顶桁梁03中。在图5中左侧，吸收条被置入在上弦杆08与下弦杆09之间，从而可以省去保持型材。吸收条可以紧固在支撑结构10上并且/或者紧固在上弦杆和下弦杆上。在图的右侧，吸收条04的第一区段再次布置在上弦杆与下弦杆之间，而另外的区段被装配在上弦杆和下弦杆的双t形的型材中。因此增加了可用的吸收面积，并且还改善了视觉上的设计。

图6示出了混响时间关于宽的频率范围的多个测量值曲线的图表。在底面积为21.5m×17.5m并且高度为4.9m的同一大厅中记录各个曲线。

曲线1)(作为没有标记的点划线示出)示出了原始的大厅中的混响时间的过程曲线，也就是说，没有装入吸音器设施。混响时间平均为1.52s，并且因此比由针对语音环境的din18041要求的1.1s的值高得多(虚线)。

曲线2)(作为具有方块标记的实线示出)示出了在根据图1中所示的布置方式将吸收条装入到三个内置的屋顶桁梁上之后的混响时间。在这种情况下，吸收条的宽度为630mm。在所有频率上，混响时间平均减少至平均0.93s。

曲线3)(作为具有菱形标记的虚线示出)示出了在大厅中的混响时间，除了屋顶桁梁上的吸收条以外，还根据图3中所示的实施方式在侧壁和端墙壁上环绕地装配具有630mm宽度的另外的吸收条。通过多次安装只稍微改善了声学上的吸收性能。混响时间为0.86s。

曲线4)(作为具有三角形标记的实线示出)再次根据图1的布置方式示出了大厅中的混响时间。吸收条仅位于内置的三个屋顶桁梁上。但是，吸收条的宽度增加了一倍达到1240mm，厚度保持不变。示出的是，以此方式能再次实现0.66s的显著减少的混响时间。

当将在此所需的吸收面积与在要通过平行于地面延伸的封闭的吸收面积而达到相同吸收性能的情况下计算上(在使用塞宾公式的情况)所要求的吸收面积进行比较时，能通过根据本发明的吸音器设施实现的效果变得特别明显。值由下表得到：

吸收面积(a＝0.40)和混响时间

从表中提到的值可以清楚地看出，通过根据本发明的装置可以将所需的吸收面积降低到小于根据现有技术计算的面积的30％。

附图标记列表

01-具有降低的混响时间的大厅

02-墙壁

03-屋顶桁梁

04-吸收条

05---

06-屋顶表层

07-侧壁上的另外的吸收条

08-上弦杆

09-下弦杆

10-桁架加强部

11-保持型材

12-反射壁

13-保持型材的对声音而言开放式的背侧