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Die Erfindung betrifft einen Helmholtz-Dämpfer mit einem Resonanzraum, der eine Öffnung besitzt, einem Reflexionselement und einem Dämpfungselement.
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Ein derartiger Helmholtz-Dämpfer, der ganz allgemein auch als Helmholtz-Resonator bezeichnet werden könnte, ist aus der
AT 413 901 B bekannt. Der dort verwendete Helmholtz-Resonator ist als Schallabsorber ausgebildet und besitzt zwei gegeneinander verschiebbare Lochplatten. Je nachdem, wie die beiden Lochplatten übereinander geschoben sind, verändert sich die Gesamtfläche, mit der der Resonatorraum nach außen geöffnet ist. Auf diese Weise kann die Dämpfung des Helmholtz-Dämpfers eingestellt werden.
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Nachteilig an bekannten Helmholtz-Dämpfern oder Helmholtz-Resonatoren ist, dass sie relativ schlecht zu justieren sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Helmholtz-Dämpfer vorzuschlagen, bei dem die Eigenfrequenz und die Dämpfung leichter einstellbar sind.
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Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Helmholtz-Dämpfer, der eine Reflexionselement-Verstelleinrichtung aufweist, die angeordnet ist zum Verstellen eines Reflexionselement-Abstandes zwischen der Öffnung und dem Reflexionselement, wobei das Reflexionselement so angeortet ist, dass durch Verändern des Reflexionselement-Abstandes eine Eigenfrequenz des Resonanzraumes einstellbar ist, und eine Dämpfungselement-Verstelleinrichtung, die angeordnet ist zum Verstellen eines Dämpfungselement-Abstandes zwischen der Öffnung und dem Dämpfungselement, wobei das Dämpfungselement so angeordnet ist, dass durch die Veränderung des Dämpfungselement-Abstandes eine Dämpfung einer im Resonanzraum stehenden akustischen Welle veränderbar ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Anpassen eines erfindungsgemäßen Helmholtz-Dämpfers, mit den Schritten: (a) Anordnen eines Helmholtz-Dämpfers in einem Raum, so dass ein gedämpfter Raum entsteht, (b) Verändern des Reflexionselement-Abstandes, so dass eine Eigenfrequenz des Helmholtz-Dämpfers einer Raum-Eigenfrequenz einer Raum-Mode entspricht, und (c) Verändern des Dämpfungselement-Abstands, so dass Schall mit der Raum-Eigenfrequenz so stark gedämpft wird, dass sich ein Frequenzgang des gedämpften Raums einem Ziel-Frequenzgang annähert.
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Vorteilhaft an diesem Helmholtz-Dämpfer ist, dass die beiden besonders wichtigen Größen, nämlich seine Eigenfrequenz und seine Dämpfung, weitgehend getrennt voneinander eingestellt werden können. Das ermöglicht es, die Akustik in kleinen bis mittelgroßen Räumen auf einfache Weise zu verbessern. Kleine bis mittelgroße Räume werden bei tiefen Frequenzen stark von akustischen Raummoden geprägt, die sich beispielsweise bei impulsförmiger Anregung, wie durch das Zuschlagen einer Tür, durch einzelne, lang nachklingende Resonanzen bemerkbar machen. Auch bei Sprachaufnahmen, beispielsweise bei einem Studio in einer Rundfunkanstalt, wird eine deutliche Verfärbung durch Raumresonanzen hörbar. Das Gleiche gilt für einen Fahrzeuginnenraum eines Fahrzeuges. Dort können Raummoden durch Fahr- oder Motorengeräusche angeregt und als störend wahrgenommen werden. Tiefe Frequenzen lassen sich in der Regel schwieriger dämpfen als hohe Frequenzen.
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Um einen Effekt zu erzielen, ist es jedoch notwendig, den Helmholtz-Dämpfer genau auf eine bestimmte Raummode und zusätzlich den Dämpfungsgrad mit hoher Genauigkeit abzustimmen. Das wird durch den erfindungsgemäßen Helmholtz-Dämpfer erreicht. Der erfindungsgemäße Helmholtz-Dämpfer lässt sich leicht auf besonders störende Raummoden abstimmen. So lassen sich der Frequenzgang bei tiefen Frequenzen glätten und die Nachhallzeit verkürzen.
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Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Helmholtz-Dämpfer ganz allgemein eine Vorrichtung verstanden, die einen Hohlraum besitzt, dessen Eigenfrequenz durch das Reflexionselement und das Dämpfungselement veränderbar ist. Maßgeblich ist, dass die Reflexionselement-Verstelleinrichtung und die Dämpfungselement-Verstelleinrichtung so ausgebildet sind, dass der Reflexionselement-Abstand bzw. Dämpfungselement-Abstand in guter Näherung unverändert bleiben, wenn die jeweilige Verstellvorrichtung nicht betätigt wird.
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Unter dem Resonanzraum wird ein von festen Wänden umgebener Raum verstanden, in dem sich eine stehende akustische Welle ausbilden kann. Die Öffnung verbindet den Resonanzraum mit der Umgebung.
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Unter dem Reflexionselement wird ein Bauteil verstanden, das für Schallwellen so stark reflektierend wirkt, dass durch eine Veränderung der Lage des Reflexionselementes relativ zur Öffnung die Eigenfrequenz variiert werden kann. Günstig ist es, wenn das Reflexionselement undurchbrochen ist und keine Öffnung aufweist. Es ist allerdings möglich, kleinere Öffnungen vorzusehen, auch wenn das die Dämpfung erhöht.
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Das Reflexionselement ist insbesondere ein akustisch harter Körper, der auftreffende akustische Wellen nicht absorbiert.
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Unter dem Dämpfungselement wird ein Bauteil verstanden, das so ausgestaltet ist, dass eine auftreffende akustische Welle zu einem im Vergleich zum Reflexionselement deutlich höheren Anteil absorbiert wird. Das wird beispielsweise durch den Strömungswiderstand eines akustisch dämpfenden Materials wie z. B. Stoff oder Vlies, der auf einen Rahmen aufgespannt wird, erreicht.
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Unter dem Merkmal, dass die Reflexionselement-Verstelleinrichtung angeordnet ist zum Verstellen des Reflexionselement-Abstands zwischen der Öffnung und dem Reflexionselement wird insbesondere verstanden, dass durch Betätigen der Reflexionselement-Verstelleinrichtung ein Abstand zwischen einem geometrischen Schwerpunkt des Reflexionselementes einerseits und dem geometrischen Schwerpunkt der Öffnung andererseits verringerbar und vergrößerbar ist. Besonders günstig ist es, wenn das Reflexionselement plattenförmig ist und dadurch durch eine Ausgleichsebene angenähert werden kann. Diese Ausgleichsebene verläuft dann vorzugsweise unter einem kleinen Winkel zu der Fläche der Öffnung, wobei unter einem kleinen Winkel insbesondere ein Winkel von weniger als 10° verstanden wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reflexionselement plattenförmig. Beispielsweise kann das Reflexionselement eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt haben, das ist aber nicht notwendig.
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Vorzugsweise ist das Dämpfungselement zwischen der Öffnung und dem Reflexionselement angeordnet. Das hat den Vorteil, dass die Luft, die im Bereich zwischen dem Resonanzraum und dem umgebenen Raum schwingt, in intensiven Kontakt mit dem Dämpfungselement kommt und so eine große Dämpfung erfährt. Insbesondere ist die Schnelle der Welle im Bereich der Öffnung besonders groß, so dass es als Dämpfungselement hier besonders wirksam ist.
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Vorzugsweise ist das Dämpfungselement rahmenförmig. Das heißt, es besitzt einen geschlossenen Steg, der eine Öffnung umgibt. Es ist günstig, wenn die Außenabmessung des Dämpfungselementes in zumindest einer Raumrichtung größer ist als das Reflexionselement. In anderen Worten steht der Rahmen dann an zumindest einer Seite über das Reflexionselement über, wenn in Normalenrichtung auf das Dämpfungselement geblickt wird. Das Dämpfungsmaterial sollte möglichst über die ganze Resonatoröffnungsfläche wirksam sein.
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Vorzugsweise besitzt das Dämpfungselement eine die Dämpfung erhöhende Oberflächenstruktur. Es kann sich dabei um ein Vlies handeln. Alternativ kann das Dämpfungselement mit einem Stoff bespannt sein, der durch seinen Strömungswiderstand die Schallschnelle im Öffnungsbereich des Resonators verringert.
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Vorzugsweise ist die Reflexionselement-Verstelleinrichtung so ausgebildet, dass der Reflexionselement-Abstand stufenlos veränderbar ist. Beispielsweise umfasst die Reflexionselement-Verstelleinrichtung Stellschrauben, so dass durch Drehen der Stellschrauben der Reflexionselement-Abstand veränderbar ist.
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Erfindungsgemäß ist zudem ein Raum, in dem ein erfindungsgemäßer Helmholtz-Dämpfer angeordnet ist. Vorzugsweise sind der Reflexionselement-Abstand und der Dämpfungselement-Abstand so eingestellt, dass der Helmholtz-Dämpfer eine tiefe Eigenfrequenz des Raumes dämpft.
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Die Schritte (b) und (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, das ist aber nicht notwendig. Beispielsweise können die Schritte auch in umgekehrter Reihenfolge oder simultan ausgeführt werden. Es ist auch möglich, nach dem Verändern des Dämpfungselement-Abstands erneut den Reflexionselement-Abstand zu verändern und umgekehrt. Insbesondere können die beiden Abstände iterativ geändert werden, wenn eine besonders gute Abstimmung gewünscht ist. Wegen der Entkopplung der beiden Parameter ist ein iteratives Vorgehen aber in aller Regel entbehrlich.
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Vorzugsweise wird die Eigenfrequenz des Resonatorraums mittels eines im Resonatorraum angeordneten Mikrofons gemessen. Dazu wird beispielsweise in reflexionsarmer Umgebung der Resonator in ein monofrequentes Schallfeld variabler Frequenz gestellt. Bei genauer Abstimmung der Helmholtz-Resonanzfrequenz wird der Schalldruck im Resonator maximal. Durch Variation der Abstimmung des Resonators kann so ein genauer Abgleich auf die zu dämpfende Raumresonanz erfolgen.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren zudem die Schritte eines Ermittelns einer Dämpfung des Helmholtz-Dämpfers und eines Anpassens des Dämpfungselement-Abstands, bis die Dämpfung einer Soll-Dämpfung entspricht. Die Dämpfung bezieht sich dabei auf die zu dämpfende Eigenfrequenz des Raumes. Beispielsweise kann die Dämpfung mittels einer Messung der Abklingzeit oder einer Messung der Breite des Resonanzverlaufs des Resonators in einer störfeldfreien Umgebung ermittelt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Helmholtz-Dämpfers,
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2 eine Teil-Schnittansicht des Helmholtz-Dämpfers gemäß 1,
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3 ein Reflexionselement und
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4 ein Dämpfungselement.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Helmholtz-Dämpfer 10, der einen Resonanzraum 12 und ein Reflexionselement 14 aufweist. Der Resonanzraum 12 ist gebildet durch sechs Seitenwände 16.1, 16.2, ..., wobei die Seitenwände 16.3, 16.4 und 16.6 in 1 von den übrigen Seitenwänden verdeckt sind.
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Die Seitenwände 16 bilden einen Quader, es ist aber auch möglich, dass mehr Seitenwände oder weniger Seitenwände vorhanden sind und dass diese einen Resonatorraum 12 umgeben, der nicht quaderförmig ist. Beispielsweise kann der Resonanzraum prismatisch sein. Es ist auch möglich, dass zumindest eine der Seitenwände zumindest teilweise gekrümmt verläuft. Da im Wesentlichen nur die Helmholtz-Resonanz des Helmholtz-Dämpfers an den umgebenden Raum angekoppelt wird, spielt die Form des Resonanzraums keine Rolle und kann daher auch kugelförmig oder rotationsellipsoid sein.
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2 zeigt eine Teil-Schnittansicht des Helmholtz-Dämpfers 10. Es ist zu erkennen, dass das Reflexionselement 14 mit einer Reflexionselement-Verstelleinrichtung 18, die vier Stellschrauben 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 umfasst, bewegt werden kann.
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Das Reflexionselement 14 ist plattenförmig und besitzt eine Normalenrichtung N. Das Reflexionselement 14 ist durch eine Ausgleichsebene beschreibbar, die parallel zu einer Öffnungsebene E22 verläuft, in der eine Öffnung 22 angeordnet ist. Die Öffnung 22 verbindet den Resonatorraum 12 mit einer Umgebung 24 des Helmholtz-Dämpfers und ist in der Seitenwand 16.5 ausgebildet.
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Durch Drehen an den Stellschrauben 20 lässt sich ein Reflexionselement-Abstand a14 verändern. Wird der Reflexionselement-Abstand a14 verkleinert, verringert sich eine Eigenfrequenz f12 des Resonanzraumes 12.
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2 zeigt zudem, dass der Helmholtz-Dämpfer 10 ein Dämpfungselement 26 aufweist, das rahmenförmig ist. Das Dämpfungselement 26 ist durch eine Dämpfungselement-Verstelleinrichtung 28 bewegbar, die vier Stellschrauben 30.1, 30.2, 30.3, 30.4 umfasst. Durch Drehen an den Stellschrauben 30 lässt sich ein Dämpfungselement-Abstand a26 ändern. Verkleinert sich der Dämpfungselement-Abstand a26, so erhöht sich eine Dämpfung D des Helmholtz-Dämpfers.
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3 zeigt das Reflexionselement 14 in Alleinstellung. Es ist zu erkennen, dass dieses plattenförmig ist und kleine Ausnehmungen aufweist. Alternativ ist es möglich, dass das Reflexionselement 14 einige Löcher aufweist, diese sollten aber möglichst klein sein, so dass sie die Eignung des Reflektionselements zum Reflektieren von akustischen Wellen möglichst wenig mindern.
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4 zeigt das Dämpfungselement 26 in Alleinstellung. Es ist zu erkennen, dass dieses rahmenförmig ausgebildet ist und in der Mitte eine Ausnehmung besitzt. Das Dämpfungselement 26 ist ebenfalls plattenförmig und erstreckt sich entlang einer Ausgleichsebene, die zumindest im Wesentlichen parallel zu der Ausgleichsebene verläuft, entlang der sich das Reflexionselement 14 erstreckt. Unter dem Merkmal, dass die Ausgleichsebenen im Wesentlichen parallel verlaufen, wird verstanden, dass es möglich ist, dass zwischen beiden ein kleiner Winkel existiert, der beispielsweise kleiner ist als 10°. Günstig ist es, wenn auch ein Winkel zwischen der Ausgleichsebene des Reflexionselements und der Öffnungsebene E22 kleiner ist als 10°.
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Es kann davon ausgegangen werden, dass sich sowohl das Reflexionselement 14 als auch das Dämpfungselement 26 entlang einer x-y-Ebene erstrecken. In diesem Fall ist eine Breite B14 größer als eine Breite B26 des Dämpfungselementes 26. Hingegen ist eine Tiefe T26 des Dämpfungselementes 26 größer als eine Tiefe T14 des Reflexionselementes 14.
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Eine lichte Weite w32 ist kleiner als die Tiefe T14 des Reflexionselementes 14 4 zeigt das Dämpfungselement 26 ohne den ansonsten vorhandenen Überzug aus Vlies. Die Wirkung des Vlieses besteht darin, dass die schwingende Luft beim Durchströmen des Materials gedämpft wird.
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Zum Abstimmen des Helmholtz-Dämpfers 10 wird zunächst mittels der Stellschrauben 20 die Eigenfrequenz f12 so eingestellt, dass sie im Bereich der störenden Raummode liegt, in dem der Helmholtz-Dämpfer 10 steht. Danach wird mittels der Stellschrauben 30 die Dämpfung so variiert, dass die störende Raummode auf eine Soll-Dämpfung Dopt gedämpft wird. In aller Regel wird die Soll-Dämpfung Dopt der optimal möglichen Dämpfung entsprechen.
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Die in den 1 und 2 gezeigte Anordnung des Reflexionselementes 14 und des Dämpfungselementes 26 relativ zur Öffnung 22 ist zwar günstig, nicht aber die allein mögliche. Es ist beispielsweise auch möglich, dass das Reflexionselement 14 und das Dämpfungselement 26 außerhalb des Resonanzraums 12 angeordnet sind. Beispielsweise könnten das Reflexionselement 14 und das Dämpfungselement 26 bezüglich der Öffnungsebene E22 gespiegelt zu der in 2 gezeigten Anordnung angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Helmholtz-Dämpfer
- 12
- Resonanzraum
- 14
- Reflexionselement
- 16
- Seitenwand
- 18
- Reflexionselement-Verstelleinrichtung
- 20
- Stellschraube
- 22
- Öffnung
- 24
- Umgebung
- 26
- Dämpfungselement
- 28
- Dämpfungselement-Verstelleinrichtung
- 30
- Stellschraube
- 32
- Ausnehmung
- E
- Öffnungsebene
- a
- Reflexionselement-Abstand
- a
- Dämpfungselement-Abstand
- f
- Eigenfrequenz
- B
- Breite
- D
- Dämpfung
- w
- lichte Weite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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