CN106677857B - 用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器 - Google Patents

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Abstract

用于安装在车辆上以控制源自由内燃发动机驱动的车辆的车辆噪声的声音发生器(100)特别是包括外壳(110)、扬声器(120)和至少一个压力补偿阀(130)。扬声器(120)和外壳(110)共同闭合容积(115)。此外，所述压力补偿阀(130)将由扬声器(120)和外壳闭合的容积(115)与所述外壳(110)的外部联接。压力补偿阀(130)由此穿过扬声器(120)所处的平面延伸。此外，公开了一种使用上述声音发生器(100)的用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的系统(200)。

Description

用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器
技术领域
本发明涉及一种用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器。所述车辆可以是由内燃发动机驱动或电动的车辆，并且特别是机动车辆。所述声音发生器特别是可为用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传播的声波的系统的一部分。
背景技术
不论内燃发动机类型(例如，活塞式发动机、转子发动机或自由活塞式发动机)如何，都由于行程的循环(尤其是空燃混合物的吸入和压缩、做功以及燃烧的空燃混合物的排气)而产生噪声。噪声的一部分以结构生成噪声的形式通过燃烧发动机传导并且然后以空传噪声的形式从燃烧发动机的外部发出。噪声的另一部分连同燃烧的空燃混合物一起以空传噪声的形式通过与内燃发动机流体连通的排气系统传播。以空转噪声的形式通过排气系统传播的噪声称为排气噪声。
由内燃发动机驱动的车辆所产生的其它噪声是在车辆行驶时的路面上的轮胎滚动噪声和由于气流而引起的空气动力噪声。
这些噪声通常被视为是有害的。因此，存在由内燃发动机驱动的车辆的制造商要遵守的噪声控制方面的法律规定。这些法律规定通常规定了在车辆在操作中的最大允许声压。此外，制造商尝试将特有的噪声排放赋予他们生产的内燃发动机所驱动的车辆，以反映各个制造商的形象并吸引客户。对于现有技术的小排量发动机，无法自然地实现这种特有的噪声排放。
呈结构生成噪声形式的噪声通过内燃发动机传导会很好地减弱并且因此通常不会是噪声控制方面的问题。
连同燃烧的空燃混合物一起以空传声音的形式通过内燃发动机的排气系统传导的排气噪声通过位于排气开口上游和当存在时催化转化器下游的消声器衰减。各个消声器可例如根据吸收原理和反射原理中的至少一者操作。两种操作模式的缺点在于它们需要比较大的容积，并且对燃烧的空燃混合物形成比较高的阻力，从而降低车辆的整体效率并增加了其燃料消耗。
作为消声器的替代或补充，前不久开发出了所谓的反噪声系统，这些系统利用通过电声方式产生的反噪声对由内燃发动机产生并通过排气系统传导的空传噪声进行叠加。各个反噪声系统通常使用所谓的x滤波最小均方(FxLMS)算法，该算法尝试通过从与排气系统流体连通的至少一个声音发生器(例如音圈扬声器或不同的发声器)发出声音来使通过排气系统传导的声音下降到零(在噪声消除的情况下)或预设的阈值(在主动噪声控制的情况下)。为了在通过排气系统传导的空传噪声和利用声音发生器产生的反噪声的声波之间实现完全相消干涉，来自声音发生器的声波必须在振幅和频率方面与通过排气系统传导的声波一致，但是相对于后者相移180度。当通过排气系统传导的声波具有与在声音发声器中产生的反噪声的声波相同的频率，其中它们彼此相移180度，但在振幅方面不一致，那么仅通过排气系统传导的空传声音的声波被衰减。对于通过排气系统传导的空传噪声的每个频带，利用FxLMS算法分别计算反噪声，具体计算方式为：判定两个彼此偏移90度的正弦振荡的合适频率和相移，并且计算这些正弦振荡的要求振幅。反噪声系统的目标是使噪声消除或噪声控制至少在外部是可听见的和可测量的，但如果可行，也可以在排气系统内部。本领域的技术人员从文献US 4,177,874、US 5,229,556、US 5,233,137、US 5,343,533、US 5,336,856、US 5,432,857、US 5,600,106、US 5,619,020、EP 0 373 188、EP 0 674 097、EP 0755 045、EP 0 916 817、EP 1 055 804、EP 1 627 996、DE 197 51 596、DE 10 2006 042224、DE 10 2008 018 085和DE 10 2009 031 848获知利用声音发生器建立用于产生期望的反噪声的控制信号。因此省略更多细节的描述。在这方面应注意，术语“反噪声”在本文献中用于将来自声音发生器的设计声音与源自内燃发动机的排气噪声或其它噪声相区别。抗噪声本身无异于普通噪声(通常为空传噪声)。
可通过将声音发生器与排气系统声耦合来实现从抗噪声系统形成噪声。作为替代，还已知例如在车辆后方的底盘上与排气系统分开安装声音发生器，以便从这里发出抗噪声。不论声音发生器是安装成与排气系统流体连通还是在车辆的底盘上与排气系统分开，将声音发声器安放在车辆的底盘上都会导致几个问题：首先，可用的空间非常有限，从而需要消声器的非常紧凑的设计，其次，声音发声器必须与环境影响隔离，并且特别是与水和污染隔离。
作为相应声音发生器的示例，下面参照图1A和1B说明用于产生抗噪声以便控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的声音发生器。
图1A的透视图所示的声音发生器3包括由以气密方式放置在一起的上壳体32和下壳体33构成的内在地稳定的两部分外壳。外壳收纳电动式扬声器2并通过Y形管道1与排气系统连接。在“Y”的基部，Y形管道具有用于排出经排气系统4行进的排气和由扬声器2产生的噪声的端口5。通过使用Y形管道实现连接，配置在声音发生器3内的扬声器2的由于经排气系统4行进的排气而产生的热应力保持较低。要求这样是因为常规扬声器构造成在最高仅200℃的范围内操作，而经排气系统4行进的排气的温度可能介于400℃与700℃之间。在外壳的上壳32上配置有压力补偿阀36。为了保护位于上壳32的表面上的压力补偿阀36以防损坏，上壳32还支承包围压力补偿阀36的铸造金属环37。环37在其底部具有用于允许液体从由环37包围的区域排出的槽。最后，上壳32保持电缆套管34，连接线经该电缆套管被送入声音发生器3的内部。
图1B示出穿过图1A的声音发生器3的示意性截面。如可见的，扬声器2包括由扬声器盆架(basket)23支承在一起的音圈型扬声器2、永磁体21和喇叭口状隔膜22。在此，隔膜22通过弹性围绕物(未示出)在其径向外侧与扬声器盆架23连接并在其径向内侧包括音圈(未示出)，该音圈在永磁体21中的钻孔内移动。通过向音圈施加交流电流，通过音圈在隔膜22上施加洛伦兹力，从而使隔膜22振荡。线35通过配置在外壳的上壳32上的电缆套管34供给操作音圈所需的控制信号。扬声器盆架23在其径向外侧由经由连接管道41与Y形管道1连接的喇叭口42支承。在所示的示例中必须使用喇叭口42是因为，扬声器2的隔膜22的面积比排气系统4在声耦合区域内的截面积大。需要隔膜22的大面积来实现要求的声能通量。喇叭口状的隔膜22限定与喇叭口42的底部形成33°角的对称轴线。隔膜22、围绕物、扬声器盆架23的边缘和喇叭口42将由外壳闭合的容积分隔成不与Y形管道1流体连通的后容积38和与Y形管道1流体连通的前容积39。后容积37因此基本上被密封并且用作扬声器2的隔膜22上的气垫。前容积39基本上对应于由喇叭口42闭合的容积并且未密封。取决于后容积37中的(空气)压力是高于还是低于前容积39中的(空气)压力，后容积37以或大或小的程度抑制隔膜22并且还可引起隔膜22从其零位偏向仅一侧。利用隔膜22从其零位的相应一侧位移操作扬声器2引起其预期寿命的显著降低。压力补偿阀36确保外壳内的压力与外壳外的压力大致相同。通过设置压力补偿阀36，后容积38内的压力针对声音发生器3的外壳外部存在的压力被连续调整。推定这防止了隔膜22从其零位的一侧位移。
上述构型的缺点在于，声音发生器的压力补偿阀常常不可靠地工作。一个原因是压力补偿阀容易被来自外部的冲击损坏；另一个原因是灰尘和水可能容易堵塞压力补偿阀，从而使得无法进行任何压力补偿。由于压力补偿阀通常设计用于空气通过而不是水通过，通常不可能进行压力补偿，特别是当声音发生器的压力补偿阀位于水体的表面下方时。因此，通常需要在声音发生器内使用具有提高的稳固性的扬声器。这提高了成本并且由于与其相关的隔膜的提高的刚性而可能降低扬声器在低频下的声性能。
为了解决该问题，DE 10 2013 208 186 A1提出经由长压力补偿管线将压力补偿阀与声音发生器联接，从而允许将压力补偿阀安放在车辆上的任何(和因此被很好地保护的)位置。然而，这明显加大了为了安装声音发生器而付出的努力。
上述构型的又一个问题在于，当排气系统浸入水中时，从外部向隔膜施加提高的压力。这引起隔膜不再在其静止位置周围振荡，而是在与该静止间隔开的平面上振荡，并且因此发生偏离。偏离隔膜的振荡还引起后容积通过压力补偿阀抽空。
当声音发生器未与不同于图1A和1B所示的声音发生器的排气系统流体连通时，也存在上述问题。此外，这种情况下，声音发生器的隔膜和外壳闭合后容积以使得这里也需要压力补偿阀。对于不与排气系统流体连通的声音发生器而言，同样存在由于升高的外部压力而升高的隔膜偏离的风险。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于控制来自由内燃发动机驱动的车辆的噪声并且特别是排气噪声的系统的声音发生器，其特别是关于声音发生器浸入水中的可靠性提高。该声音发生器还被成本划算地制造并且在安装和操作方面可靠。
通过在独立权利要求中定义的特征的组合来实现以上目的。优选的改进是从属权利要求的主题。
用于控制来自车辆的噪声的声音发生器的实施例包括外壳、扬声器和至少一个压力补偿阀。术语“扬声器”在此理解为将电信号转换为机械振荡(声音)的声音发生器的一部分。与外壳相结合，扬声器闭合一容积。因此，也称为后容积的该容积由外壳(且特别是由外壳的内表面)和扬声器限定。为了实现这一点，扬声器特别是以气密方式与外壳联接。扬声器由此可部分地或完全位于外壳内部或紧邻外壳。压力补偿阀提供由扬声器连同外壳一起闭合的容积与外壳的外部之间的流体连通。压力补偿阀由此定位成穿过扬声器配置在其中的平面延伸。扬声器配置在其中的平面可由扬声器隔膜或扬声器盆架限定并且例如正交于从扬声器发出的声音的主发出方向取向。或者，扬声器配置在其中的平面例如可由形成在外壳上的相应紧固件限定。如果扬声器是具有扬声器隔膜和由扬声器隔膜承载的音圈的音圈扬声器，则扬声器配置在其中的平面可以是正交于从扬声器发出的声音的主发出方向并且位于音圈与扬声器隔膜的离音圈最远的部分之间的任何平面。根据一个实施例，扬声器隔膜的离音圈最远的部分应当是扬声器隔膜的在扬声器隔膜的对称方向上离音圈最远的部分。根据一个实施例，扬声器隔膜的离音圈最远的部分应当是扬声器隔膜的将扬声器隔膜与扬声器的盆架连接的部分。
由于压力补偿阀穿过扬声器配置在其中的平面延伸，所以扬声器的两侧之间实际上存在的压力差解除。压力补偿阀因此实现了特别精确的压力补偿。此外，当由扬声器和仅位于扬声器前方的外壳闭合的容积外部的压力上升时，避免了扬声器对由扬声器和外壳闭合的容积的任何抽空。
根据一个实施例，外壳由固有地稳定的固体材料如金属板并且特别是不锈钢面板或合成材料并且特别是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚乳酸(PLA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚醚醚酮(PEEK)或聚氯乙烯(PVC)制成。根据一个实施例，外壳一体地或由多个部分形成。
根据一个实施例，外壳包括使得外壳能够安装在车辆上并且特别是车辆的底盘上的紧固孔眼或紧固锚。
根据一个实施例，外壳构造成用于特别是利用另外的喇叭口与由内燃发动机驱动的车辆的排气系统联接，以便与经排气系统行进的排气流体连通。
根据一个实施例，该至少一个压力补偿阀包括阀体和阀头，从而由多个部分形成。阀体包括具有第一端，在其中形成有与外壳的外部相通的第一开口。阀体还包括第二端，其中形成有第二开口。第一端和第二端可彼此相对地定位。第二开口在阀体的第二端收纳阀头以使得阀头密封第二开口。阀头位于由扬声器和外壳闭合的容积内。阀头包括在由扬声器和外壳闭合的容积中开口的用于空气的通孔。阀体因此用于为阀头供给来自外壳外部的空气并且将经由阀头供给的空气导入由扬声器和外壳闭合的容积中，或将经由阀头从由扬声器和外壳闭合的容积接收的空气排出到外壳的周围。因此，阀体(至少未主要)用于将空传声音传输到外壳的外部，与低音反射端口的情况下一样。为了传输与声音相关的空气压力和空气密度变化，由于阀头过慢地响应，阀头让空气通过的能力不足。使用由阀体和阀头构成的压力补偿阀使得阀头能够在由扬声器和外壳闭合的容积中的灵活定位。当声音发生器在车辆处于水平位置的状态下安装在车辆上时，阀头由此可位于最高点的位置。阀体还为压力补偿阀提供可用于声音发生器浸入水中时的压力补偿的特定空气容积。因此，阀体还用作空气储器。根据一个实施例，由阀体形成的空气储器不同于将压力补偿阀与声音发生器的外壳的外部连接的管子的内部容积；然而，这并未阻止由阀体形成的空气储器与将压力补偿阀与声音发生器的外壳的外部一起连接的管子的内部容积一起工作。根据一个实施例，由阀体和/或将压力补偿阀与声音发生器的外壳的外部连接的管子形成的空气储器完全或部分在声音发生器的外壳内提供。
根据一个实施例，阀体由固有地稳定的固体材料如金属板并且特别是不锈钢面板或合成材料并且特别是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚乳酸(PLA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚醚醚酮(PEEK)或聚氯乙烯(PVC)制成。然而，阀体也可由柔性材料如弹性体制成。阀体可一体地或分多个部分形成；阀体特别是可由固体材料的第一本体(例如阀套)和柔性材料的第二本体(例如管)组成，其中两个本体的内部容积彼此连通。根据一个实施例，如果阀体由第一本体和第二本体组成，则将压力补偿阀与外壳的外部连接的管子可以是阀体的一部分。
根据一个实施例，该至少一个压力补偿阀配置在外壳内，其中阀体尺寸确定成使得阀体配置成与扬声器所处的平面相对并且配置在离扬声器所处的平面的最大距离处。由于当声音发生器安装在车辆上时扬声器通常向下取向，所以即使当声音发生器完全浸入水中时阀体的定位也能实现压力补偿。特征“最大距离处”由此表示这样定位，即阀体离扬声器所处的平面尽可能远，但其仍保证阀头的充分操作。根据一个实施例，当阀体与扬声器所处的平面之间的距离相当于外壳的内表面与该平面之间的距离的至少2/3时应当服从特征“最大距离处”，其中所述距离是与该平面成直角测量的。
根据一个实施例，扬声器配置在阀头与阀体的第一端之间。因此，阀体成形和尺寸确定为允许阀头的相应定位。
根据一个实施例，阀体包括位于第一开口与第二开口之间的区段，其中阀体的直径相对于第一开口和/或第二开口的直径扩大。这样形成的阀体的扩宽构成可用于压力补偿的空气储器。根据一个实施例，通过阀体的扩宽而形成的空气储器不同于将压力补偿阀与声音发生器的外壳的外部连接的管子的内部容积；这并不排除通过阀体的扩宽而形成的空气储器与将压力补偿阀与外壳的外部一起连接的管子的内部容积相结合地起作用。根据一个实施例，通过阀体的扩宽而形成的空气储器完全或部分在声音发生器的外壳内提供。根据一个实施例，将阀体的内径与第一开口和/或第二开口的内径进行比较。
根据一个实施例，由阀体在第一开口与第二开口之间闭合的容积高达由扬声器和外壳闭合的容积的1％与20％之间或4％与15％之间。相应的容积调整通常即使在声音发生器完全浸入水中时也保证了充分的压力补偿。
根据一个实施例，阀头在其内部包括隔膜，该隔膜可渗透空气且不透水，并且封闭阀头的通孔。本领域的技术人员公知相应的隔膜；它们例如可由丙烯酸共聚物制成。
根据一个实施例，阀头的通孔形成节流阀，其使得对于300Pa的恒定压力差而言，每小时能够通过2升以上10升以下空气，或每小时能够通过3升以上9升以下空气，或每小时4升以上8升以下空气。恒定压力差由此仅用于确定节流阀的流量。在声音发生器操作的情况下，压力差不是恒定的。
根据一个实施例，扬声器自身是气密的。
根据一个实施例，扬声器包括扬声器盆架、由扬声器盆架以气密方式保持的隔膜、由扬声器盆架保持的永磁体和由音圈托架保持的音圈。由此，音圈位于由永磁体形成的恒定磁场中并与隔膜连接。换言之，扬声器可以是音圈扬声器。扬声器还以气密方式与外壳联接。此外，阀体可穿过扬声器盆架延伸。或者，阀体可在阀体的第一开口与形成在扬声器盆架中的开口对齐的状态下以气密方式与扬声器盆架联接。因此，阀体的第一开口可位于同一平面中，扬声器的隔膜或扬声器盆架也位于该平面中。
隔膜例如可呈漏斗形状，或圆顶形状，或具有不可展开的NAWI形状，如音圈扬声器常见的那样。隔膜还可通过气密围绕物与扬声器盆架联接。不可展开的喇叭口状或圆顶形隔膜特别是刚性的并且使得隔膜能够在其整个表面上均匀地移动。或者，也可以是圆锥形隔膜。
根据一个实施例，隔膜是气密的并通过气密围绕物与扬声器盆架联接。这允许通过围绕物的适当材料选择和尺寸确定来调节隔膜的振荡行为。根据一个实施例，围绕物和隔膜由不同材料制成。
根据一个实施例，扬声器盆架承载与音圈托架连接或在音圈托架的区域内与隔膜联接的对中装置且特别是对中三脚架。需要强调，该对中装置可在音圈基被基本上无摩擦地引导到永磁体内时膨胀。
根据一个实施例，隔膜由金属制成，特别是由铝或钛制成，或者由合成材料制成，并且特别是由聚芳酰胺制成。
根据一个实施例，扬声器以气密方式与位于外壳内的喇叭口联接。因此，在外壳内，喇叭口也限定出由扬声器和外壳闭合的容积。阀体的第一开口然后可与形成在喇叭口中的开口对齐。喇叭口可构造成与由内燃发动机驱动的车辆的排气系统流体连通地设置。
根据一个实施例，阀体与扬声器盆架或外壳一体地形成或永久地固定在扬声器盆架或外壳上。扬声器盆架或外壳的一部分因此可形成阀体的壁。
根据一个实施例，由扬声器和外壳闭合的容积除压力补偿阀之外是以气密方式闭合的。
根据一个实施例，声音发生器的外壳一体地形成。根据一个替换实施例，声音发生器的外壳由上壳和与上壳气密地联接的下壳组成。上壳和/或下壳由此可具有用于与扬声器连接的控制管线的至少一个气密通路。
根据一个实施例，该至少一个压力补偿阀完全容纳在声音发生器的外壳内。
用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的系统的实施例包括控制器和至少一个如上所述的声音发生器，所述控制器或者构造成通过控制线与车辆的发动机控制单元联接，或者内置在车辆的发动机控制单元中。控制线于是将至少一个声音发生器的扬声器与控制器连接。控制器还构造成基于从发动机控制单元接收的信号而生成控制信号并经由控制线将该控制信号输出到扬声器。当该控制信号用于操作扬声器时，该控制信号由此适合完全或在一定程度上抵消通过车辆的排气系统传导的声波。
机动车辆的实施例包括内燃发动机，该内燃发动机具有发动机控制器、与内燃发动机流体连通的排气系统和上述系统。该系统的至少一个声音发生器由此与排气系统流体连通。此外，该系统的控制器与车辆的内燃发动机的发动机控制器连接。
在此上下文中，需要指出，本说明书和权利要求中用于列举特征的术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”和“带有”及其语法上的变形一般被视为指定特征(例如，方法步骤、构件、范围、尺寸等)的非穷尽的列表，且绝不排除一个或多个其它特征或其它或附加特征的组合的存在或增加。
附图说明
通过下面对示例性实施例的详细描述以及权利要求和附图，本发明的其它特征将显而易见。在附图中，同样或相似的元件用同样或相似的参考标号表示。需要指出，本发明不限于文中描述的示例性实施例的构型，而是由所附权利要求的范围确定。根据本发明的实施例特别是能以与下面描述的示例不同的数量和组合实施各个特征。下面对示例性实施例的描述参考附图，其中
图1A示出根据现有技术的用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的系统的声音发生器的示意性透视图；
图1B示出穿过图1A的声音发生器的示意性截面；
图2A示出穿过根据本发明的第一实施例的用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器的示意性截面；
图2B示出穿过根据本发明的第二实施例的用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器的示意性截面；
图2C示出穿过根据本发明的第三实施例的用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器的示意性截面；
图3A示出穿过处于第一操作状态下的根据本发明的第四实施例的用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器的示意性地示出的截面；
图3B示出图3A的声音发生器的第二操作状态；
图3C示出图3A的声音发生器的第三操作状态；
图3D在相对于图3A旋转的视图中示出图3A的声音发生器的第四操作状态；
图4示出根据本发明的一个实施例的用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的系统的框图；以及
图5示出内置了图4的系统的机动车辆的示意图。
具体实施方式
以下参照图2A说明根据本发明的第一实施例的声音发生器。图2A由此在示意图中示出穿过声音发生器100的截面。
图2A所示的声音发生器100包括外壳110，该外壳由下壳113和以气密方式与下壳113联接的上壳112构成。下壳113和上壳112两者都由不锈钢面板制成。
外壳110的下壳113包括外壳孔洞111并且接纳也由不锈钢面板制成的喇叭口140。在外壳孔洞111的区域中，喇叭口140的外侧也以气密方式与外壳110的下壳113联接。喇叭口140的开口与声音发生器100的外壳孔洞111对齐。所示的实施例的喇叭口140构造成与用于现有技术声音发生器的如图1A所示的排气系统联接。喇叭口140以气密方式与接纳在外壳110中并由钢板制成的音圈扬声器120的扬声器盆架123联接。因此，扬声器盆架123以气密方式经由喇叭口140与外壳110联接。
音圈扬声器120包括由钕铁硼合金制成的永磁体121和由合成材料制成的不可展开的喇叭口状的隔膜122，这两者都由扬声器盆架123承载。由此，喇叭口状的隔膜122在其基部区域的径向外侧通过由合成材料制成的弹性围绕物126(参见图3A)以气密方式与扬声器盆架123联接。喇叭口隔膜122的顶面由合成材料覆盖罩帽以气密方式在中央密封。在覆盖罩帽的区域中，承载音圈(未示出)的音圈托架125(参见图3A)固定在隔膜122上。该音圈位于由永磁体121产生的恒定磁场中。永磁体121包括用于其的相应凹槽。当交流电流施加至音圈时，音圈由于洛伦兹力而在隔膜122上施加力，从而使其振荡。电流借助于经外壳110的上壳122上的气密电缆套管(仅在图1A中示出)进入声音发生器100的内部的控制线(仅在图1A中示出)供给到音圈。
音圈扬声器120和喇叭口140将经由喇叭口140和声音发生器100的外壳孔洞111以气密方式与排气系统流体连通的容积114与由外壳110的上壳112和下壳113以及喇叭口114的外侧限定并且以下称为后容积的容积115分离。因此，音圈扬声器120与喇叭口123和外壳110共同限定出通过音圈扬声器120的隔膜122和扬声器盆架123的一部分与大气或排气系统分离的封闭后容积115。
压力补偿阀130接纳在声音发生器100的外壳110内以实现该封闭的后容积115与位于音圈扬声器120的隔膜122的另一侧的容积114之间的压力补偿。压力补偿阀130由阀体和阀头132组成。对图2A的实施例未示出阀体，因为它是阀头132的壳体的一体部分。压力补偿阀130因此穿透音圈扬声器120的扬声器盆架123的一部分。这里，压力补偿阀130穿过音圈扬声器12的隔膜122相对于外壳110位于其中的平面延伸。
压力补偿阀130的阀头132包括用于空气像节流阀一样操作的通孔135。在通孔135的内部配置有隔膜136，该隔膜可透空气且不透水。在所示的实施例中，压力补偿阀130的阀头132的通孔135尺寸确定为允许在封闭的后容积115和在音圈扬声器120的另一侧与其分离的容积114之间的300帕斯卡的恒定压力差下每小时通过7.0升空气。压力补偿阀130因此过慢而不能对声音发生器100内部产生的空气压力通过音圈扬声器120的隔膜122的振荡的变化作出响应。需要指出，上述300帕斯卡的恒定压力差仅用于确定从压力补偿阀通过的流量；在操作中，该压力差却变化，并且通过压力补偿阀130连续减小。
下面参照图2B说明本发明的第二实施例。为了避免由此带来的任何重复，仅阐述与上述第一实施例的差别，并且其余部分请参照对第一实施例的说明。
第二实施例的声音发生器100与第一实施例的声音发生器100的不同之处在于压力补偿阀130包括与阀头132不同的阀体131。
在所示的实施例中，由弹性体分两部分形成的阀体131包括管子和阀套。阀套与管子流体连通。在其背离阀套的一端，管子具有穿透扬声器盆架123以在容积114中开口的第一开口133。此外，在管子的背离收纳阀头132的阀套的一端形成有第二开口134且该第二开口因此由阀头132封闭。形成在阀头132中的通孔135在封闭的后容积115中开口。在第一开口133与第二开口134之间，阀体131因此包括由阀套(参见图3A)形成的区段137，其中阀头131的直径相对于第一开口133的直径扩大。阀体131因此在其内部提供一容积，在所示的实施例中，该容积达到后容积115的5％并且即使在声音发生器100浸入水中时也能实现音圈扬声器120的隔膜122的两侧之间的压力差的补偿。
在图2B所示的实施例中，阀体131构造成由阀体131支承的阀头132在离扬声器120配置在其中的平面的最大距离处位于外壳110上并与该平面相对。如可见的，阀头132位于后容积115中。
以下参照图2C说明本发明的第三实施例。为了避免由此带来的任何重复，仅阐述与上述第二实施例的差别，并且其余部分请参照对第二实施例的说明。
根据第三实施例的声音发生器100与根据第二实施例的声音发生器的不同之处在于，阀体131的管子的第一开口133不是在排气系统中开口而是在穿透外壳110的下壳113之后在外壳110的外侧面中开口。在本实施例中，阀体131因此允许后容器115与大气之间的压力补偿。
以下参照图3A至3D说明根据第四实施例的声音发生器的不同操作状态。为了避免由此带来的任何重复，仅阐述与上述第二实施例的差别，并且其余部分请参照对第二实施例的说明。
第四实施例的声音发生器100与第二实施例的声音发生器100的不同之处在于，阀体131的第二开口134具有比阀体131的第一开口133的直径大但在第一开口133与第二开口134之间具有扩大的直径/截面的区段137中比阀体131的直径小的直径。
此外，根据第四实施例的声音发生器100的外壳110内不存在喇叭口，并且外壳110也不是由上壳和下壳分两部分形成。确切而言，外壳由聚氯乙烯呈杯形形成并通过由外壳110支承的音圈扬声器120的扬声器盆架123密封。这引起音圈扬声器120将由扬声器120和外壳110闭合的后容积115在音圈扬声器120的另一侧与空气114’分离。这里，后容积115在这种情况下也仅通过压力补偿阀130在音圈扬声器120的另一侧与空气114’连通。
图3A示出第一操作状态，其中仅空气114’围绕声音发生器100。可以没有任何问题地通过压力补偿阀130在音圈扬声器120的另一侧实现后容积115与空气114’之间的压力补偿。
图3B示出第二操作状态，其中图3A所示的声音发生器100部分浸入水中(图中通过弯曲测线示出)。这种情况下，压缩空气的气泡114’形成在音圈扬声器120的隔膜122的前方。
图3C示出第三操作状态，其中图3A所示的声音发生器100完全浸入水中(图中通过弯曲线示出)。阀体131中通常包含的空气由已进入阀体的水推动通过阀体131的第一开口133，几乎完全进入外壳110的后容积115，由此在一定程度上建立后容积115与音圈扬声器120的另一侧之间的压力补偿。
图3D示出第四操作状态，其中图3A所示的声音发生器100倾斜进入水中(图中通过弯曲测线示出)。图3D由此在沿方向X的视图中示出图3A所示的声音发生器。如可见的，阀体131的第一开口133位于声音发生器100围绕其倾斜的倾斜轴线上。
图4示出用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的系统7的示意图，该系统采用上述声音发生器100。
声音发生器100通过Y形管道1在排出开口5的区域中与排气系统4联接。行进通过排气系统4的排气连同由声音发生器100产生的声音从排出开口5排出到外部。
在Y形管道1处设置有呈压力传感器形式的误差麦克风8。误差麦克风8在声音发生器100与排气系统4流体连通地联接的区域下游的区段中测量Y形管道1中的压力变化和因此其内的声音。然而，需要指出，误差麦克风仅仅是可选的。
声音发生器100的音圈扬声器120和误差麦克风8与控制器2电连接。控制器2通过CAN总线与内燃发动机6的发动机控制器联接。需要指出，本发明不限于CAN总线。
排气系统4还可包括位于内燃发动机6与Y形管道1之间以用于清洁从内燃发动机6排出并穿过排气系统4的排气的至少一个催化转化器(未示出)。
上述用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的系统7的总体操作如下：
利用通过误差麦克风8测出的声音和/或经由CAN总线接收的内燃发动机6的操作参数，控制器2使用x滤波最小均方(FxLMS)算法计算控制信号，所述控制信号通过施加在声音发生器100中产生的设计声音而实现了对源自内燃发动机6的运转并且通过排气系统4的内部传导的声音(排气噪声)的期望控制，并且经由控制线将这些控制信号输出到声音发生器100的音圈扬声器120。
尽管以上描述了使用用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的第一实施例的声音发生器的系统7，但也可替换地使用不与排气系统流体连通的第二实施例的声音发生器。
图5示出具有内燃发动机6、排气系统4和用于控制通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导的声波的上述系统7的机动车辆的示意图。反噪声系统的声音发生器和扬声器在图5中未清楚地示出。
为了清楚起见，附图中仅示出有益于理解本发明的那些元件、构件和功能。然而，本发明的实施例不限于所示的元件、构件和功能，而是在必要时可针对它们的用途或功能范围包含其它元件、构件和功能。
虽然仅通过示例的方式描述了本发明的上述实施例，但对本领域的技术人员来说将显而易见的是可做出许多改型、增加和替换而不脱离在以下权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims (12)

1.一种用于安装在车辆上以控制车辆噪声的声音发生器(100)，包括：
外壳(110)；
扬声器(120)；和
至少一个压力补偿阀(130)；
其中，所述扬声器(120)和所述外壳(110)共同闭合容积(115)；
其中，所述压力补偿阀(130)将由所述扬声器(120)和所述外壳闭合的所述容积(115)与所述外壳(110)的外部联接；并且
其中，所述压力补偿阀(130)穿过所述扬声器(120)所处的平面延伸；
其中，所述至少一个压力补偿阀(130)包括阀体(131)和阀头(132)；
其中，所述阀体(131)具有第一端和第二端，在所述第一端中形成有与所述外壳的外部相通的第一开口(133)，所述第二端具有收纳所述阀头(132)的第二开口(134)，所述阀头(132)配置在由所述扬声器(120)和所述外壳闭合的容积(115)内；
其中，所述阀头(132)包括用于空气的通孔(135)；
其中，所述阀体(131)包括位于所述第一开口(133)与所述第二开口(134)之间的区段(137)，其中所述阀体(131)的直径相对于所述第一开口(133)和/或第二开口(134)的直径扩大。
2.根据权利要求1所述的声音发生器(100)，其中，所述至少一个压力补偿阀(130)在所述外壳(110)中的定位和所述阀体(131)的尺寸确定为：所述阀头(132)配置成与所述扬声器(120)所处的平面相对并且配置在离所述扬声器(120)所处的平面的最大距离处。
3.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，其中，所述阀体(131)的所述第一开口(133)与所述扬声器(120)位于相同的平面中。
4.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，其中，所述阀体的直径相对于所述第一开口(133)和/或第二开口(134)的直径扩大的所述阀体(131)的所述区段(137)完全或部分地位于所述声音发生器(100)的外壳(110)内。
5.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，其中，在所述第一开口(133)与所述第二开口(134)之间由所述阀体(131)闭合的容积达到由所述扬声器(120)和所述外壳闭合的容积(115)的1％与20％之间。
6.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，其中，在所述阀头(132)内部包括隔膜(136)，所述隔膜能渗透空气且不透水并且封闭所述通孔(135)。
7.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，其中，所述阀头(132)的通孔(135)形成节流阀，其使得在300Pa的恒定压力差下，每小时能够通过2升以上10升以下空气。
8.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，其中，所述阀体(131)与所述外壳(110)一体地形成。
9.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，
其中，所述扬声器(120)包括扬声器盆架(123)、由所述扬声器盆架(123)以气密方式保持的隔膜(122)、由所述扬声器盆架(123)保持的永磁体(121)和由音圈托架(125)保持的音圈，所述音圈位于由所述永磁体(121)产生的恒定磁场中并与所述隔膜(122)联接；
其中，所述扬声器盆架(123)以气密方式与所述外壳(110)联接；并且
其中，所述阀体(131)穿透所述扬声器盆架(123)，或者，所述阀体(131)在所述阀体(131)的所述第一开口(133)与形成在所述扬声器盆架(123)中的开口对齐的状态下以气密方式与所述扬声器盆架(123)联接。
10.根据权利要求9所述的声音发生器(100)，其中，所述阀体(131)与所述扬声器盆架(123)一体地形成。
11.根据权利要求1或2所述的声音发生器(100)，
其中，所述扬声器(120)包括扬声器盆架(123)、由所述扬声器盆架(123)以气密方式保持的隔膜、由所述扬声器盆架(123)保持的永磁体(121)和由音圈托架(125)保持的音圈，所述音圈位于由所述永磁体(121)产生的恒定磁场中并与所述隔膜(122)联接；
其中，所述扬声器盆架(123)以气密方式与所述外壳(110)联接；并且
其中，所述扬声器(120)所处的平面是取向成正交于从所述扬声器(120)发出的声音的主发出方向并且位于所述音圈与所述隔膜(122)的离所述音圈最远的部分之间的任何平面。
12.一种用于控制声波的系统(200)，所述声波通过由内燃发动机驱动的车辆的排气系统传导，所述系统(200)包括：
控制器(210)，所述控制器构造成通过控制线与车辆的发动机控制器连接或者内置在车辆的发动机控制器中；和
至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的声音发生器(100)，控制线将至少一个声音发生器(100)的扬声器(120)与所述控制器(210)连接；
其中，所述控制器(210)配置成基于从所述发动机控制器接收的信号而生成控制信号并且经由所述控制线向扬声器(120)输出所述控制信号，当所述控制信号用于操作所述扬声器(120)时，所述控制信号适合在一定程度上或完全消除通过所述车辆的排气系统传导的声波。
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