DE102013210709A1

DE102013210709A1 - Schallstrahler arrangement for active silencers

Info

Publication number: DE102013210709A1
Application number: DE102013210709.9A
Authority: DE
Inventors: Philip Leistner; Karlheinz Bay; Michael Leistner; Waldemar Maysenhölder
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2014195473A1; EP3005345A1

Abstract

Vorgestellt wird eine Schallstrahler-Anordnung, bei der mindestens zwei Schallstrahler (1) angeordnet sind, die jeweils ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseiten einem Bereich (5) zugewandt sind, in dem Schall (8) gedämpft werden soll, und die Rückseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem gemeinsamen Volumen (6) zugewandt sind. Die Schallstrahler-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinheit (3) vorhanden ist, die so ausgestaltet ist, dass die schwingfähig gelagerten Flächengebilde zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz untereinander anregbar sind, insbesondere mit einer Phasendifferenz im Bereich von etwa 90° bis etwa 180°.A sound emitter arrangement is presented in which at least two sound emitters (1) are arranged, each of which has an oscillatable sheet structure with a front side and a rear side, the front sides facing an area (5) in which sound (8) is attenuated is to be, and the backs of the oscillatingly mounted flat structures face a common volume (6). The acoustic radiator arrangement is characterized in that there is a control unit (3) which is designed in such a way that the planar structures supported so that they can vibrate can be excited to vibrate with a phase difference between one another, in particular with a phase difference in the range of about 90 ° to about 180 °.

Description

Die Anmeldung betrifft eine Schallstrahler-Anordnung und Schallschutzeinrichtung, insbesondere zur aktiven Schalldämpfung in Kanälen oder Hohlräumen.The application relates to an acoustic radiator arrangement and soundproofing device, in particular for active sound attenuation in channels or cavities.

Stand der TechnikState of the art

Von den zahlreichen entwickelten Prinzipien aktiver Schalldämpfer oder vergleichbarer Systeme sind nur wenige Ausführungen im praktischen Einsatz. Da sich ihre vorteilhafte Anwendung insbesondere auf die Beeinflussung tieffrequenter Schallfelder konzentriert, müssen die verwendeten Schallstrahler, die ein auf das Schallfeld oder auf die Schallquelle bezogenes und weiter verarbeitetes Signal abstrahlen, für eine tieffrequente Schallabstrahlung geeignet sein. Dazu bedarf es entsprechender Wandler mit meist voluminösem rückseitigem Gehäuse, damit die Luftfeder in diesem Gehäuse eine ausreichende Nachgiebigkeit aufweist. Der dafür erforderliche Platz in oder an Kanälen ist jedoch entweder nicht vorhanden oder zumindest nachteilig für den Anwendungsfall. Angesichts preiswerter Schallwandler, Sensoren und elektronischer Bauteile tragen große, schalldichte Gehäuse maßgeblich zur Kostenbilanz bei. Werden aktive Schalldämpfer in Gestalt von Kulissen mit dazwischen befindlichen Luftspalten in Kanäle eingestellt, resultiert noch ein weiterer Nachteil aus großen bzw. tiefen Gehäusen. Die damit verbundene Breite der Kulissen verursacht einen hohen Gegendruck gegenüber der Luftströmung, der mit erhöhter Ventilatorleistung kompensiert werden muss. Als Alternative kommt lediglich eine Aufweitung des Kanals in Frage, die allerdings mehr Kulissen erfordert und damit die Kosten erhöht. Nahezu unabhängig vom zugrunde liegenden Funktionsprinzip aktiver Schalldämpfer sind daher Schallstrahler mit flachen Gehäusen und zugleich ausreichender Schallabstrahlung bei tiefen Frequenzen von großem Vorteil.Of the many developed principles of active silencers or comparable systems, only a few designs are in practical use. Since their advantageous application is concentrated in particular on the influence of low-frequency sound fields, the sound emitters used, which emit a signal related to the sound field or to the sound source and further processed, must be suitable for low-frequency sound radiation. This requires appropriate transducer with mostly voluminous rear housing, so that the air spring has sufficient flexibility in this case. However, the space required in or on channels either does not exist or at least detrimental to the application. In view of cost-effective transducers, sensors and electronic components, large, sound-proof housings make a major contribution to the cost balance. If active mufflers are set in channels in the form of scenes with air gaps in between, a further disadvantage results from large or deep housings. The associated width of the scenes causes a high back pressure against the air flow, which must be compensated with increased fan power. As an alternative, only an expansion of the channel in question, however, requires more scenes and thus increases the cost. Virtually independent of the underlying operating principle of active silencers, therefore, sound radiators with flat housings and at the same time sufficient sound radiation at low frequencies are of great advantage.

Ein weiteres Problem ergibt sich bei Anordnungen von aktiven Schalldämpfern in oder an Kanälen, bei denen der oder die verwendeten Schallstrahler quer zur Kanalrichtung abstrahlen. Der erzeugte Schall breitet sich zwar in Kanalrichtung aus, ein erheblicher Teil trifft aber auch auf die gegenüberliegende schallharte Kanalwand. Dieser Schall wird fast vollständig reflektiert und kehrt zurück zum Schallstrahler. Je nach dessen Art und Eigenschaften wiederholt sich die Reflexion und es kommt zur Ausprägung von so genannten stehenden Wellen bzw. Resonanzerscheinungen quer zur Kanalrichtung. Diese Resonanzen sind bei breiten Kanälen tieffrequent, bei den überwiegend vorzufindenden schmalen Kanälen jedoch mittel- oder hochfrequent. Das Regel- oder Steuersystem aktiver Schalldämpfer, z.B. bestehend aus Schallfeldsensoren und Signalverarbeitung, ist auf den sich in Kanalrichtung ausbreitenden Schall ausgerichtet, so dass der gleichzeitig auftretende quer reflektierte Schall stört und die Reaktionsfähigkeit des Systems beeinträchtigt bzw. in manchen Fällen überlastet. Zur Behebung dieses Problems bestehen bislang zwei Möglichkeiten. Erstens kann ein Schallabsorber auf der dem Schallstrahler gegenüberliegenden Kanalseite die Reflexion vermindern, wie aus DE 197 30 355 C1 bekannt. Bei mittleren oder gar hohen Frequenzen ist dies zweifellos realisierbar, allerdings mit Zusatzaufwand verbunden. Zweitens kann der Schallfeldsensor im Bereich des Schalldruckminimums der Resonanzen, z.B. in Querrichtung mittig im Kanal, platziert werden. Dann erfasst er zwar nicht die Resonanzeffekte, allerdings befindet er sich nun mitten in der gegebenenfalls turbulenten Luftströmung. Als Strömungshindernis detektiert der Sensor die selbst erzeugten Strömungsgeräusche und speist sie in das Regel- oder Steuersystem ein. Da diese Signale aber in keiner Beziehung zu dem sich in Kanalrichtung ausbreitenden Schall stehen, versucht der aktive Schalldämpfer Geräusche zu reduzieren, die an sich irrelevant sind. Um diese Folgeerscheinung der Sensorplatzierung zu eliminieren, kann einerseits der Sensor entsprechend aerodynamisch geformt oder ausgestattet sein. Andererseits besteht die Möglichkeit, mittels Signalverarbeitung diesen Strömungsgeräuschanteil zu identifizieren und heraus zu filtern. Beide Wege sind jedoch nur in begrenztem Umfang möglich und mit Zusatzaufwand verbunden.Another problem arises in arrangements of active silencers in or on channels, in which emit the used or the sound emitters transversely to the channel direction. Although the generated sound propagates in the direction of the channel, a considerable part also hits the opposite reverberant channel wall. This sound is almost completely reflected and returns to the sound emitter. Depending on its nature and properties, the reflection is repeated and it comes to the expression of so-called standing waves or resonance phenomena transverse to the channel direction. These resonances are low-frequency in the case of wide channels, but medium or high-frequency in the case of the predominantly narrow channels. The control or control system active silencer, for example, consisting of sound field sensors and signal processing, is aligned to the sound propagating in the channel direction, so that the simultaneously occurring transversely reflected sound disturbs and impaired or in some cases overloaded the responsiveness of the system. To overcome this problem, there are two options so far. First, a sound absorber on the side of the channel opposite the sound emitter can reduce the reflection, as can be seen DE 197 30 355 C1 known. At medium or even high frequencies, this is undoubtedly feasible, but associated with additional expense. Secondly, the sound field sensor can be placed in the region of the sound pressure minimum of the resonances, eg in the transverse direction in the middle of the channel. Although it does not detect the resonance effects, it is now in the middle of the possibly turbulent air flow. As a flow obstacle, the sensor detects the self-generated flow noise and feeds it into the control system. However, since these signals are unrelated to the sound propagating in the channel direction, the active muffler attempts to reduce noise that is irrelevant per se. To eliminate this sequelae of sensor placement, on the one hand, the sensor can be aerodynamically shaped or equipped accordingly. On the other hand, there is the possibility of using signal processing to identify this flow noise component and to filter it out. Both ways, however, are only possible to a limited extent and associated with additional expense.

Ausgehend von diesen praktischen Schwierigkeiten aktiver Schalldämpfer in oder an Kanälen, besteht die Aufgabe darin, effizient tiefe Frequenzen zu erzeugen und zugleich die Anregung von Resonanzerscheinungen quer zur Kanalrichtung zu unterdrücken.Based on these practical difficulties of active mufflers in or on channels, the object is to efficiently generate low frequencies and at the same time to suppress the excitation of resonance phenomena across the channel direction.

LösungswegWalkthrough

Die Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterentwicklungen an. Die Beschreibung und die Zeichnungen geben weitere Einzelheiten an.The object is achieved in particular by the features of the independent claims. The dependent claims indicate advantageous developments. The description and drawings give more details.

Es wurde erkannt, dass eine Schallstrahler-Anordnung, bei der mindestens zwei Schallstrahler angeordnet sind, die jeweils ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweisen, bereitzustellen ist. Dabei sind die Vorderseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem Bereich zugewandt, in dem Schall gedämpft werden soll, und die Rückseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem gemeinsamen Volumen zugewandt. Die Schallstrahler-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinheit vorhanden ist, die so ausgestaltet ist, dass die schwingfähig gelagerten Flächengebilde zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz untereinander anregbar sind, insbesondere mit einer Phasendifferenz im Bereich von 90° bis 180°.It has been found that an acoustic radiator arrangement in which at least two sound emitters are arranged, each having a vibrationally mounted fabric having a front side and a rear side, is to be provided. In this case, the front sides of the vibrationally mounted sheet are facing an area in which sound is to be damped, and the backs of the vibrationally mounted sheet facing a common volume. The sound radiator arrangement is characterized in that a control unit is provided, which is designed so that the vibrationally mounted sheet to oscillations with a phase difference can be excited with each other, in particular with a phase difference in the range of 90 ° to 180 °.

Da die schwingfähig gelagerten Flächengebilde mit einer Phasendifferenz zueinander schwingen, kann das gemeinsame Volumen kleiner sein. Dieser Effekt ist bei einer Phasendifferenz von 180° besonders deutlich und besonders gut erklärbar. Während ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde, es sei zur Unterscheidung das erste genannt, gerade in das gemeinsame Volumen hineinragt, ragt das andere schwingfähig gelagerte Flächengebilde, entsprechend das zweite genannt, aus dem Volumen heraus. Während anschließend das erste schwingfähig gelagerte Flächengebilde in das gemeinsame Volumen hinein zurückschwingt und damit die Luft oder eine anderes Gas oder Gasgemisch im Volumen komprimieren würde, bewegt sich das zweite schwingfähig gelagerte Flächengebilde aus dem Volumen heraus und gleicht die Bewegung des ersten schwingfähig gelagerten Flächengebildes aus. Somit erfolgt im Idealfall weder eine Kompression noch eine Ausdehnung der im Volumen vorhandenen Luft. Damit kann eine sehr niedrige Steifigkeit erreicht werden, wie dies ansonsten nur mit einem sehr großen Volumen erreichbar wäre. Durch die Kombination eines gemeinsamen Volumens für mehrere, im Normalfall zwei, schwingfähig gelagerte Flächengebilde und einer Anregbarkeit zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz kann also deutlich Volumen eingespart werden. Damit sind Schallstrahler-Anordnungen zur aktiven Dämpfung von Schall mit tiefer Frequenz realisierbar, die wegen des niedrigen Volumens weniger Raum benötigen. Dies ist insbesondere in Strömungskanälen von Vorteil, in denen durch eine kompaktere Bauweise der von Schalldämpfern herrührende Strömungswiderstand gesenkt werden kann. Ferner kann der eingangs geschildert Aufwand großer schalldichter Gehäuse eingespart werden.Since the vibrationally supported sheets swing with a phase difference to each other, the common volume may be smaller. This effect is particularly clear and particularly well explained with a phase difference of 180 °. While a vibrationally stored fabric, it is to distinguish the first mentioned, just projects into the common volume, the other vibrationally supported fabric, corresponding to the second, protrudes out of the volume. Subsequently, while the first oscillatingly supported sheet swings back into the common volume and thus compresses the air or other gas or gas mixture in volume, the second vibrationally supported sheet moves out of the volume and compensates for the movement of the first vibrationally supported sheet. Thus, ideally, neither compression nor expansion of the air present in the volume takes place. Thus, a very low rigidity can be achieved, as would otherwise be achievable only with a very large volume. By combining a common volume for several, normally two, vibrationally mounted fabric and a excitability to oscillations with a phase difference so can be saved significantly volume. This Schallstrahler arrangements for active damping of low-frequency sound can be realized, which require less space because of the low volume. This is particularly advantageous in flow channels in which can be reduced by a more compact design of the muffler resulting flow resistance. Furthermore, the above-described expense of large soundproof housing can be saved.

Wenngleich bei einer Phasendifferenz von 180°, zumindest bei einer Anordnung mit zwei schwingfähig gelagerten Flächengebilden die erreichbare Volumensenkung am deutlichsten ist, ist auch bei niedrigeren Phasendifferenzen eine Volumensenkung möglich. Im Regelfall ist eine Phasendifferenz von 90°bis 180° sinnvoll.Although at a phase difference of 180 °, at least in an arrangement with two oscillatingly supported sheets the achievable volume reduction is most evident, a volume reduction is possible even at lower phase differences. As a rule, a phase difference of 90 ° to 180 ° makes sense.

Bei diesen kleinen Volumina ist es häufig sinnvoll einen Antrieb für das schwingfähig gelagerte Flächengebilde außerhalb des gemeinsamen Volumens anzuordnen. In these small volumes, it is often useful to arrange a drive for the vibrationally supported sheet outside the common volume.

Bei dem schwingfähig gelagerten Flächengebilde handelt es sich meist um eine Membran, insbesondere um eine Pappmembran oder um eine Kunststoffmembran.The vibrationally supported sheet is usually a membrane, in particular a cardboard membrane or a plastic membrane.

In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt bei einer Phasendifferenz der Schwingungen der schwingfähig gelagerten Flächengebilde untereinander von etwa 180° die Phasendifferenz zu einem zu dämpfenden Schall etwa 90°. An dieser Stelle ist allgemein darzustellen, dass neben der Phasendifferenz der schwingfähig gelagerten Flächengebilde untereinander bei der Dämpfung von Schall auch eine Phasendifferenz zwischen der Schwingung der schwingfähig gelagerten Flächengebilde und dem zu dämpfenden Schall zu beachten ist. Bei klassischen Schallstrahlern, die untereinander keine Phasendifferenz haben, ist die optimale Phasendifferenz zwischen dem zu dämpfenden Schall und den Schwingungen des zur Dämpfung dienenden Schallstrahlers 180°. Durch hier nicht näher dargestellte Rechnungen konnte gezeigt werden, dass bei der einer Phasendifferenz zweier schwingfähig gelagerter Flächengebilde untereinander von etwa 180° die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen der Schallstrahler-Anordnung und dem zu dämpfenden Schall etwa 90° betragen sollte. In one embodiment of the invention is at a phase difference of the oscillations of the vibrationally mounted sheet with each other by about 180 °, the phase difference to a sound to be damped about 90 °. At this point, it must be stated in general that, in addition to the phase difference of the vibrationally supported fabrics with one another in the attenuation of sound, a phase difference between the vibration of the oscillatingly supported sheets and the sound to be damped is to be taken into account. In classical sound sources, which have no phase difference with each other, is the optimum phase difference between the sound to be damped and the vibrations of the serving for damping sound source 180 °. By calculations not shown here could be shown that in the case of a phase difference between two vibrationally supported sheets of approximately 180 °, the phase difference between the vibrations of the sound radiator arrangement and the sound to be damped should be about 90 °.

Dabei ist zu bedenken, dass die Phasendifferenz zwischen dem zu dämpfenden Schall und den Schwingungen der Schallstrahler-Anordnung einer näheren Definition bedarf, da zunächst nicht klar ist, welches schwingfähig gelagerte Flächengebilde zur Festlegung der Phasendifferenz herangezogen wird. Bei den konkreten Zahlenwerten, also einer Phasendifferenz zwischen den schwingfähig gelagerten Flächengebilden von 180° und einer Phasendifferenz zum zu dämpfenden Schall von 90° ergibt sich aber – abgesehen vom hier nicht berücksichtigten Vorzeichen – kein Unterschied, welches schwingfähig gelagerte Flächengebilde zur Bestimmung der Phasendifferenz ausgewählt wird.It should be remembered that the phase difference between the sound to be damped and the vibrations of the sound radiator arrangement requires a closer definition, since it is initially unclear which vibrationally supported sheet is used to determine the phase difference. In the case of the concrete numerical values, ie a phase difference between the vibrationally supported planar structures of 180 ° and a phase difference to the sound to be damped of 90 °, there is no difference apart from the sign which is not taken into account here, which oscillatingly supported planar structure is selected for determining the phase difference ,

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schallstrahler beruhend auf einem Signal mindestens eines akustischen Sensors, der zwischen den Schallstrahlern angeordnet ist, ansteuerbar. Der zwischen den Schallstrahlern erfasste Schall ist ein sehr gutes Maß für den Schall, den es zu dämpfen gilt. Dies auch deshalb, da der von den Schallstrahlern hervorgerufene Schall in diesem Bereich destruktive Interferenz zeigt, so dass ein dort angebrachter Sensor tatsächlich den zu dämpfenden Schall erfasst und kaum vom Schall, der von den Schallstrahlern kommt, gestört wird.In one embodiment of the invention, the sound emitters are controllable based on a signal of at least one acoustic sensor which is arranged between the sound emitters. The sound detected between the sound sources is a very good measure of the sound to be damped. This is also because the sound produced by the sound radiators shows destructive interference in this area, so that a sensor mounted there actually detects the sound to be damped and is hardly disturbed by the sound coming from the sound radiators.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist an der Vorderseite der schwingfähig gelagerten Flächengebilde eine Schutzabdeckung aus akustisch durchlässigem Material vorhanden. Eine akustisch durchlässige Schutzabdeckung bietet den Vorteil, dass Schall weitgehend ungehindert hindurchtreten kann, so dass die akustische Funktion der Schallstrahler nicht beeinträchtigt wird, aber gewisser mechanischer Schutz erreicht wird.In one embodiment of the invention, a protective cover of acoustically permeable material is present at the front of the vibrationally supported sheet. An acoustically permeable protective cover has the advantage that sound can pass through largely unhindered, so that the acoustic function of the sound emitter is not impaired, but some mechanical protection is achieved.

Die Erfindung umfasst auch eine Schallschutzeinrichtung, bei der mehrere Schallstrahler-Anordnungen in der oben beschriebenen Weise angeordnet sind, wobei die Schallstrahler-Anordnungen insbesondere in Kulissenbauweise angeordnet sind. Durch eine Anordnung in Kulissenbauweise, also durch eine geeignete Anordnung vieler Schallstrahler-Anordnungen, mitunter baulich zu einem Element zusammengefasst, kann eine leistungsfähige Schalldämpfung, etwa in einem Strömungskanal erfolgen. The invention also encompasses a soundproofing device in which a plurality of sound radiator arrangements are arranged in the manner described above, wherein the sound radiator arrangements are arranged, in particular, in a slotted construction. By an arrangement in link construction, so by a suitable arrangement of many sound radiator arrangements, sometimes structurally combined into one element, a powerful sound attenuation, for example in a flow channel can be done.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schallschutzeinrichtung so aufgebaut, dass zwei Schallstrahler-Anordnungen mit ihren den schwingfähig gelagerten Flächengebilden abgewandten Seiten einander zugewandt sind. Um sich dies näher vorstellen zu können, soll kurz ein beispielhafter Aufbau geschildert werden. Eine Schallstrahler-Anordnung enthalte zwei schwingfähig gelagerte Flächengebilde, die nebeneinander in einer Ebene liegen. Das auf der Rückseite der Flächengebilde liegende gemeinsame Volumen wird von einem flachen Gehäuse eingefasst. Auf einer Seite des Gehäuses sind die Flächengebilde eingebaut. Die dieser Seite gegenüber liegende Seite des Gehäuses kann als flache Wand ausgebildet sein. Werden nun die flachen Wände zweier Schallstrahler-Anordnungen aneinander gefügt, etwa geklebt, so entsteht eine Schallschutzeinrichtung, bei der zwei Schallstrahler-Anordnungen mit ihren den schwingfähig gelagerten Flächengebilden abgewandten Seiten einander zugewandt sind. Eine solche Schallschutzeinrichtung ist damit imstande auf beiden Seiten Schall zu dämpfen, da auf beiden Seiten außen schwingfähig gelagerte Flächengebilde angeordnet sind. Diese Ausführung der Schallschutzeinrichtung eignet sich besonders für den Einbau in Strömungskanäle, derart, dass die Schallschutzeinrichtung beidseitig umströmt wird.In one embodiment of the invention, the soundproofing device is constructed in such a way that two sound radiator arrangements with their sides facing away from the vibrationally mounted sheetlike structures face one another. In order to be able to imagine this in more detail, an exemplary structure is briefly described. An acoustic radiator arrangement contains two oscillatingly supported planar structures that lie side by side in one plane. The common volume on the back of the fabric is enclosed by a flat case. On one side of the housing, the fabrics are installed. The opposite side of this side of the housing may be formed as a flat wall. If now the flat walls of two acoustic radiator arrangements are joined together, for example glued, a soundproofing device is produced, in which two sound radiator arrangements face away from each other with their sides facing away from the oscillatingly supported planar structures. Such a soundproofing device is thus able to dampen sound on both sides, since on both sides are mounted externally vibratory mounted sheet material. This embodiment of the soundproofing device is particularly suitable for installation in flow channels, such that the soundproofing device flows around on both sides.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind bei der Schallschutzeinrichtung die Schallstrahler-Anordnungen in mehreckiger oder nahezu zylindrischer Form angeordnet. Damit kann ein Schalldämpfer realisiert werden, der gleichsam als Rohrwand um einen durchströmten rohrförmigen, etwa zylindrischen, Kanal reicht.In a further embodiment of the invention, in the soundproofing device, the sound radiator arrangements are arranged in a polygonal or almost cylindrical shape. Thus, a muffler can be realized, which extends as it were as a pipe wall to a flow-through tubular, approximately cylindrical, channel.

Es kann auch ein mehrschaliges Bauteil realisiert werden, bei dem in einem Raum zwischen den Schalen des Bauteils mindestens eine oben beschriebene Schallstrahler-Anordnung oder eine oben beschriebene Schallschutzeinrichtung eingebaut ist. Mehrschalige Bauteile werden oft zur Schalldämmung eingesetzt. Dabei tritt von einer Seite durch eine oder mehrere Schalen des Bauteils Schall in einen Raum zwischen den Schalen. Dies kann dazu führen, dass sich in diesem Raum ein Schallfeld entwickelt, welches auch stehende Wellen parallel zur Ebene der Schalen, das heißt senkrecht zur ursprünglichen Schalldurchgangsrichtung enthält. Diese stehenden Wellen können durch eine oben beschriebene Schallstrahler-Anordnung oder eine ebenfalls beschriebene Schallschutzeinrichtung gedämpft werden. Da dieser Schall ansonsten wieder aus dem Bauteil austreten könnte, auch auf der Seite, auf der er nicht eingetreten ist, wird die Schalldämmung verbessert.It is also possible to realize a multi-layered component in which at least one above-described sound radiator arrangement or a soundproofing device described above is installed in a space between the shells of the component. Multi-shell components are often used for sound insulation. In this case, sound enters from one side through one or more shells of the component in a space between the shells. This can lead to a sound field developing in this space, which also contains standing waves parallel to the plane of the shells, ie perpendicular to the original sound passage direction. These standing waves can be damped by an above-described sound radiator arrangement or a sound insulation device also described. Since this sound could otherwise escape from the component, even on the side on which it has not occurred, the sound insulation is improved.

Weitere Einzelheiten sollen nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Dabei zeigenFurther details will now be described with reference to the drawings. Show

1 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer zur Reduzierung des sich ausbreitenden Schalls 8 in einem Kanal 5, aufweisend zwei Schallstrahler 1, die in einer Ebene einer Wand 4 des Kanals 5 ausgerichtet und über ein gemeinsames rückseitiges Gehäuse, umfassend ein Volumen 6, verbunden sind. Die Ansteuerung der Schallstrahler 1 beruht auf dem Signal eines akustischen Sensors 2, der sich zwischen den beiden Schallstrahlern 1 befindet, und die Steuersignale der Schallstrahler 1 weisen mittels einer Signalverarbeitung 3 frequenzabhängig eine Phasendifferenz im Bereich von 90° bis 180° auf. Eine Schutzabdeckung 9 aus akustisch durchlässigem Material befindet sich vor den Schallstrahlern 1. 1 A schematic representation of the inventive Schallstrahler arrangement for active silencer for reducing the propagating sound 8th in a canal 5 , comprising two sound emitters 1 standing in a plane of a wall 4 of the canal 5 aligned and via a common back housing, comprising a volume 6 , are connected. The control of the sound emitters 1 is based on the signal of an acoustic sensor 2 that is between the two sound emitters 1 located, and the control signals of the sound emitters 1 show by means of signal processing 3 Frequency dependent on a phase difference in the range of 90 ° to 180 °. A protective cover 9 made of acoustically permeable material is located in front of the sound emitters 1 ,

2 Eine Schematische Darstellung zweier erfindungsgemäßer Schallstrahler-Anordnungen nach Art einer beidseitig wirksamen Mittel-Kulisse als aktiver Schalldämpfer zur Reduzierung des sich ausbreitenden Schalls 8 in einem Kanal 5. 2 A schematic representation of two inventive Schallstrahler arrangements in the manner of a bilaterally effective central backdrop as an active silencer to reduce the propagating sound 8th in a canal 5 ,

3 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer im flachen geschlossenen Hohlraum 11 eines doppelschaligen Bauteils 10 zur Reduzierung der Übertragung des durchdringenden Schalls 8. 3 A schematic representation of the inventive Schallstrahler arrangement for active silencer in the flat closed cavity 11 a double-shell component 10 to reduce transmission of penetrating sound 8th ,

1 zeigt einen Aufbau mit zwei Schallstrahlern 1 als Schallquelle eines aktiven Schalldämpfers, der über mindestens einen Sensor 2 und ein Elektronikbauteil 3 zur Signalverarbeitung verfügt, das zwischen den Sensor 2 und die Schallstrahler 1 geschaltet ist. Die Schallstrahler 1 sind nebeneinander in einer Ebene angeordnet und befinden sich in oder an einer Wand 4 eines Kanals 5, so dass sie in den Kanal 5 Schall abstrahlen können. Zugleich verfügen die Schallstrahler 1 über ein Gehäuse, welches sich an der Rückseite von als Membranen ausgeführten schwingfähig gelagerten Flächengebilden befindet. In diesem Gehäuse ist ein gemeinsames Volumen untergebracht. Werden die Schallstrahler 1 in einer Weise angesteuert, dass ihre Eingangssignale frequenzunabhängig oder bei bestimmten Frequenzen eine Phasendifferenz im Bereich von 180° aufweisen, ergeben sich mehrere Vorteile:
Erstens kann das Gehäuse zur Unterbringung des Volumens 6 sehr flach, z.B. mit einer Gehäusetiefe von wenigen Millimetern, ausgeführt werden, da sich die genau wechselseitigen Druckänderungen im Volumen 6 gegenseitig kompensieren. Dies ist insbesondere bei tiefen Frequenzen von größter Bedeutung, wie bereits ausgeführt. 1 shows a construction with two sound emitters 1 as a sound source of an active silencer, which has at least one sensor 2 and an electronic component 3 for signal processing, that between the sensor 2 and the sound emitters 1 is switched. The sound emitters 1 are arranged side by side in a plane and are in or on a wall 4 a channel 5 so they are in the channel 5 Can radiate sound. At the same time have the sound emitters 1 via a housing, which is located on the back of designed as membranes vibrationally supported fabrics. In this case, a common volume is housed. Be the sound emitters 1 controlled in such a way that their input signals frequency-independent or at certain frequencies have a phase difference in the range of 180 °, there are several advantages:
First, the housing can accommodate the volume 6 be made very flat, eg with a housing depth of a few millimeters, as the exact mutual pressure changes in volume 6 compensate each other. This is especially important at low frequencies, as already stated.

Zweitens führt die für Dipol-Strahler typische destruktive Interferenz der von den Schallstrahlern 1 erzeugten Schallfelder im Bereich 7 mittig vor den Schallstrahlern 1 zu minimalem Schalldruck, so dass vom Sensor 2 nahezu ausschließlich der sich im Kanal 5 ausbreitende und zu dämpfende Schall 8 erfasst wird. Resonanzen quer zur Richtung des Kanals 5 werden hingegen fast nicht mehr angeregt. Second, the destructive interference typical of dipole emitters is that of the sound emitters 1 generated sound fields in the area 7 in the middle in front of the sound emitters 1 to minimal sound pressure, so from the sensor 2 almost exclusively in the canal 5 spreading and to be damped sound 8th is detected. Resonances across the direction of the channel 5 On the other hand, they are almost not stimulated anymore.

Drittens hat sich bei Verwendung z.B. von elektrodynamischen Wandlern mit sehr weich aufgehängten Membranen gezeigt, dass in dieser Konstellation, d.h. bei nach Art von Dipolen angesteuerten Schallstrahlern 1 mit sehr flachem gemeinsamem Volumen 6, in Richtung des sich im Kanal 5 ausbreitenden Schalls 8 höhere Schalldruckamplituden erreicht werden als bei Ansteuerung der Schallstrahler 1 ohne Phasendifferenz. Dies gilt in einem begrenzten Bereich tiefer Frequenzen. Zum Schutz der Schallstrahler-Anordnung ist an der Vorderseite der Membrane eine Schutzabdeckung 9 aus akustisch durchlässigem Material vorhanden.Third, when using, for example, electrodynamic transducers with very softly suspended membranes, it has been shown that in this constellation, ie in the case of acoustic radiators driven in the manner of dipoles 1 with very flat common volume 6 towards the canal 5 spreading sound 8th higher sound pressure amplitudes are achieved than when controlling the sound emitters 1 without phase difference. This is true in a limited range of low frequencies. To protect the sound radiator assembly is on the front of the membrane a protective cover 9 made of acoustically permeable material.

Nach dieser Darstellung der Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer sei hervorgehoben, dass Dipol-Strahler an sich natürlich bekannt sind. Beim Einsatz zu Beschallungszwecken ( US 5,109,416 A ; US 4,596,034 A ) wird auch bereits auf die vernachlässigbare Federsteifigkeit bei einer gemeinsamen Lautsprecherbox verwiesen. Die sehr seltene Verwendung derartiger Beschallungssysteme lässt sich jedoch auf ein höchst selten gewünschtes Schallfeld mit räumlich ausgeprägten Auslöschungsbereichen zurückführen. Hier ist vielmehr eine gleichmäßige Schallfeldqualität gefragt und eine Verbindung zu Resonanzen oder zur Verwendung von Sensoren bleibt gänzlich unerwähnt. Der Schritt, der zur vorliegenden Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer führt, wird jedenfalls nicht angedeutet. Die Kanalanwendung unterscheidet sich auch in mehrfacher Hinsicht signifikant von Raumbeschallungssituationen. Da zum Beispiel die Abstrahlungsrichtung senkrecht zur Lautsprecherachse, d.h. in Kanalrichtung verläuft, kann die Kombination von Lautsprecher und Gehäuse auch bei großflächigen Membranen in einer in Abstrahlungsrichtung gesehen flachen Bauform ausgeführt werden.After this illustration of the Schallstrahler arrangement for active mufflers is highlighted that dipole emitters are known per se, of course. When used for public address purposes ( US 5,109,416 A ; US 4,596,034 A ) is also referred to the negligible spring stiffness in a common speaker. However, the very rare use of such sound systems can be attributed to a very rarely desired sound field with spatially pronounced extinction areas. Rather, a uniform sound field quality is required here and a connection to resonances or to the use of sensors remains completely unmentioned. The step that leads to the present Schallstrahler arrangement for active muffler is certainly not indicated. The channel application also differs significantly in many respects from room sounding situations. Since, for example, the emission direction is perpendicular to the loudspeaker axis, ie in the channel direction, the combination of loudspeaker and housing can also be carried out in a flat design in the direction of radiation, even in the case of large-area membranes.

Eine Anordnung aus mehreren Schallstrahlern, bestehend aus einer angetriebenen Membran bzw. einem elektroakustischen Wandler mit gemeinsamer rückseitiger Box wird auch in EP 0 898 774 A1 im Sinne einer Ausgestaltung nahe gelegt. Allerdings wird dort gerade von einer linearen und gleichen Ansteuerung der Wandler ausgegangen. An arrangement of several sound emitters, consisting of a driven membrane or an electroacoustic transducer with a common back box is also in EP 0 898 774 A1 in the sense of an embodiment suggested. However, there is currently assumed to be a linear and the same control of the converter.

Ausgehend von der ober beschriebenen Schallstrahler-Anordnung lassen sich mehrere Schallstrahler-Anordnungen horizontal und vertikal kombinieren und in Kulissen-Bauweise anordnen. So kann eine Schallschutzeinrichtung geschaffen werden, die in typische Lüftungskanäle integriert werden kann. Eine zusammengefasste Konfiguration in mehreckiger oder nahezu zylindrischer Form ermöglicht Rohrschalldämpfer für zylindrische Kanäle. Starting from the above-described sound radiator arrangement, several acoustic radiator arrangements can be combined horizontally and vertically and arranged in a slotted construction. Thus, a soundproofing device can be created, which can be integrated into typical ventilation ducts. A composite configuration in polygonal or nearly cylindrical shape allows pipe mufflers for cylindrical ducts.

Schließlich ist auch die in 3 gezeigte Anwendung in flachen geschlossenen Hohlräumen, z.B. von doppelschaligen Bauteilen 10 möglich, um deren Schalldämmung zu erhöhen. Hier fehlt zwar die laterale Schallausbreitung wie in Kanälen. Dennoch bestehen infolge des Eintritts des Schalls 8 in den flachen geschlossenen Hohlraum 11 Schallfelder mit ausgeprägtem Resonanzverhalten und einer Ausbreitung in Ebene des Hohlraums, deren Beeinflussung mit der erfindungsgemäßen Schallstrahler-Anordnung in vorteilhafter Weise möglich ist.Finally, the in 3 Application shown in flat closed cavities, eg of double-shell components 10 possible to increase their sound insulation. Here, the lateral sound propagation is missing as in channels. Nevertheless, due to the occurrence of the sound 8th in the shallow closed cavity 11 Sound fields with pronounced resonance behavior and a propagation in the plane of the cavity, the influence of which is advantageously possible with the inventive sound radiator arrangement.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19730355 C1 [0003]
US 5109416 A [0026]
US 4596034A [0026]
EP 0898774 A1 [0027]

Claims

Schallstrahler arrangement in which at least two sound emitters ( 1 ), each having an oscillatory supported sheet having a front side and a back side, the front sides facing an area (Fig. 5 ), in which sound ( 8th ) is to be damped, and the backs of the vibrationally supported fabrics a common volume ( 6 ), characterized in that a control unit ( 3 ) is provided, which is designed so that the vibrationally mounted sheets can be excited to oscillations with a phase difference with each other, in particular with a phase difference in the range of about 90 ° to about 180 °.

A sound radiator arrangement according to claim 1, characterized in that at a phase difference of the oscillation of the vibrationally supported sheet with each other by about 180 °, the phase difference to a sound to be damped ( 8th ) is about 90 °.

Sound radiator arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sound emitters ( 1 ) based on a signal from at least one acoustic sensor ( 2 ), between the sound emitters ( 1 ) is arranged, are controllable.

Sound radiator arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on the front of the vibratory mounted sheet a protective cover ( 9 ) is made of acoustically permeable material.

Soundproofing device, in which a plurality of sound radiator arrangements are arranged according to one of the preceding claims, wherein the sound radiator arrangements are arranged in particular in slide construction.

Soundproofing device according to claim 5, characterized in that two sound radiator arrangements are facing away from each other with their sides facing away from the oscillatingly mounted sheetlike structures.

Soundproofing device according to one of claims 5 to 6, characterized in that the sound radiator arrangements are arranged in polygonal or nearly cylindrical shape.

Multishell component ( 10 ), in which in a room ( 11 ) between shells of the component at least one sound radiator arrangement according to one of claims 1 to 4 and / or at least one soundproofing device according to one of claims 5 to 7 is installed.