DE102013009181A1

DE102013009181A1 - Vorrichtung zur Beeinflussung des an die Umgebung abgestrahlten Schalls eines Schallerzeugers

Info

Publication number: DE102013009181A1
Application number: DE102013009181.0A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schneider
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung des an die Umgebung abgestrahlten Schalls eines Schallerzeugers. Erfindungsgemäß werden durch einen Schallaufnehmer (4), die Erzeuger-Schallwellen (2, 3) des Schallerzeugers in analoge elektrische Aufnehmersignale als Eingangssignale für eine weitere Verarbeitung gewandelt. Weiter ist ein Steuergerät (5) vorgesehen, dessen Steuergeräteingang (6) mit dem Schallaufnehmer (4) verbunden ist, dergestalt dass dem Steuergerät (5) die Eingangssignale zugeführt werden, wobei im Steuergerät (5) eine Phasenverschiebung zumindest für einen Teil der Eingangssignale durchgeführt wird und diese als phasenverschobene Ausgangssignale am Seuergerätausgang (8) zur Verfügung stehen. Zudem ist ein Schallgeber (9) als elektroakustischer Wandler am Steuergerätausgang (8) angeschlossen, der die phasenverschobenen Ausgangssignale in entsprechende, zu den Erzeuger-Schallwellen (2, 3) phasenverschobene Geber-Schallwellen (10, 11) wandelt und in den Abstrahlbereich der Erzeuger-Schallwellen (2, 3) abstrahlt, wo durch Überlagerung und Interferenz zumindest eine teilweise Löschung der Erzeuger-Schallwellen (2, 3) erfolgt.

Description

Aus Umweltschutzgründen besteht generell die Forderung, den in die Umgebung abgestrahlten Schall eines Schallerzeugers zur Geräuschminderung zu reduzieren. Schallerzeuger als Schallquellen können beispielsweise Nutzfahrzeuge, Personenkraftfahrzeuge, Industrieanlagen, Kraftwerke oder lärmerzeugende Standgeräte sein. Weiter kann es vorteilhaft sein, einen abgestrahlten Schall, beispielsweise ein Motorgeräusch eines Fahrzeugs in seiner Intensität und/oder seinem Klang zu verändern. Zudem kann es aus Sicherheitsgründen zweckmäßig sein, beispielsweise ein bei einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug in sicherheitskritischen Situationen ein Geräusch, insbesondere ein Fahrgeräusch zu simulieren und abzugeben.
Weiter ist es allgemein bekannt, zur Geräuschminimierung bei Fahrzeugen Geräuschschürzen und Geräuschmatten mit Haltern an verschiedenen Stellen überwiegend in Motornähe zu verbauen. Solche Elemente sind bauraumintensiv und nachträgliche Änderungen oder Anpassungen an veränderte Geräuschbedingungen sind nicht mehr oder nur mit einem hohen Aufwand möglich.
Zudem ist bereits eine Vorrichtung für eine Druckwellen-Interferenz-Geräuschdämpfung insbesondere mit Verbindung mit einer Kraftfahrzeug-Servolenkung bekannt ( DE 1 475 701 A1 ), bei der mittels einer Hauptleitung und einer Bypassleitung unterschiedlich lange Wege für eine Wellenausbreitung geschaffen werden. Diese unterschiedlichen Wege sind so dimensioniert, dass nach einer Zusammenführung der beiden Wege durch eine Phasenverschiebung und einer Druckwellen-Interferenz durch Überlagerungen das Geräusch in der weiteren Ausbreitungsrichtung reduziert und gedämpft ist.
Weiter ist eine ähnlich arbeitende Interferenz-Geräuschdämpferanlage für Brennkraftmaschinenabgase bekannt, wobei in der Abgasanlage durch unterschiedliche akustische Leitungslängen am Auslass Geräuschwellen einer bestimmten Frequenz und Geräuschwellen mit entgegengesetzter Phase zusammengeführt werden. Durch Interferenz erfolgt dadurch eine teilweise Auslöschung und Reduzierung der Geräuschkulisse.
Voraussetzung für die beiden vorstehenden Interferenz-Geräuschdämpfungsvorrichtungen sind in Rohrleitungen geführte Medien. Zudem arbeiten diese Vorrichtungen rein mechanisch, wobei die dazu erforderlichen mechanischen Einrichtungen aufwendig herstellbar und montierbar sind und zudem einen erheblichen Bauraum beanspruchen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Beeinflussung des an die Umgebung abgestrahlten Schalls eines Schallerzeugers vorzuschlagen, welche bei guter Funktion kostengünstig herstellbar ist, wenig Bauraum beansprucht und gegebenenfalls an geänderte Randbedingungen einfach anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schallaufnehmer, mit dem die Erzeuger-Schallwellen des Schallerzeugers in analoge elektrische Aufnehmersignale als Eingangssignal für eine weitere Verarbeitung gewandelt werden. Weiter ist ein Steuergerät vorgesehen, dessen Steuergeräteingang mit dem Schallaufnehmer verbunden ist, dergestalt dass dem Steuergerät die Eingangssignale zugeführt werden. Mit dem Steuergerät wird eine Phasenverschiebung zumindest für einen Teil der Eingangssignale durchgeführt, wobei diese als phasenverschobene Ausgangssignale am Steuergerätausgang zur Verfügung stehen. Weiter ist ein Schallgeber als elektroakustischer Wandler verwendet, der am Steuergerätausgang angeschlossen ist und der die phasenverschobenen Ausgangssignale in entsprechende, zu den Erzeuger-Schallwellen phasenverschobene Geber-Schallwellen wandelt. Diese phasenverschobenen Geber-Schallwellen werden in den Abstrahlbereich der Erzeugerschallwellen abgestrahlt, wo sie durch Überlagerung und Interferenz zumindest teilweise zu einer Löschung der Erzeuger-Schallwellen führen, so dass der vom Schallerzeuger bzw. der Schallquelle abgestrahlte Schall in der Umgebung reduziert wird.
Damit kann erfindungsgemäß einfach und kostengünstig eine Geräuschminderung insbesondere aus Umweltschutzgründen und zur Einhaltung von Umweltschutzvorschriften erreicht werden. Beim Einsatz in Fahrzeugen können vorteilhaft Geräuschschürzen und Einhausungen für die Schalldämmung entfallen, wodurch vorteilhaft Bauraum für andere Nutzungen frei wird. Je nach der Anordnung kann mit der Vorrichtung sowohl eine Innenraum-Geräuschkulisse als auch ein an die Umgebung von einem Fahrzeug abgestrahlter Schall beeinflusst, insbesondere reduziert werden.
Durch eine vorgebbare und einstellbare Größe der Phasenverschiebung kann eine Geräuschkulisse sowohl reduziert als auch im Klang beeinflusst werden. Wenn eine möglichst große Schallreduzierung der Schallquelle erreicht werden soll, ist eine Phasenverschiebung um 180° zu wählen. Zudem soll dabei das Steuergerät so betrieben werden, dass die Geber-Schallwellen vom elektroakustischen Wandler mit etwa gleicher Amplitude wie die Erzeuger-Schallwellen in den Überlagerungsbereich abgestrahlt werden, so dass eine möglichst vollständige oder weitgehende Auslöschung durch Interferenz erfolgt.
In einer Weiterbildung werden aus einer Erzeuger-Geräuschkulisse besonders störende und kritische Störfrequenzen messtechnisch erfasst und die Störfrequenzen in einem Datensatz im Steuergerät abgelegt. Beim Betrieb der Vorrichtung können dann im Steuergerät nur diese Störfrequenzen selektiv aus den Aufnehmersignalen herausgefiltert und einer Weiterbehandlung mit der genannten Phasenverschiebung zugeführt werden. Damit können mit veränderten Datensätzen einfach Anpassungen an geänderte Schallerzeuger-Bedingungen vorgenommen werden, wie sie beispielsweise bei einem LKW bei Veränderungen des Resonanzkörpers durch LKW-Aufbauten entstehen können. Weiter kann die Klangqualität dadurch einfach beeinflusst werden, dass am Steuergerät im Vergleich zu den ursprünglichen Erzeuger-Schallwellen gegebenenfalls frequenzabhängig unterschiedliche Phasenverschiebungen und unterschiedliche Amplitudengrößen für die Geber-Schallwellen erzeugt werden.
Dies kann beispielsweise durch eine Vorrichtung in einem Fahrzeuginnenraum für eine Beeinflussung der Innenraumgeräuschkulisse, insbesondere für eine Klangfarbenänderung des Motorgeräusches, oder bei einer Vorrichtung an einer Fahrzeugaußenseite für eine Beeinflussung der Umgebungsgeräusche verwendet werden.
In einer Weiterbildung kann das Steuergerät zudem einen Frequenzgenerator aufweisen, mit dem vorgebbare Frequenzen dem Ausgangssignal überlagerbar oder anstelle und unabhängig vom vorstehend genannten Ausgangssignal generierbar sind. Damit können geänderte Klangfarben für unterschiedliche Höreindrücke erreicht werden. Zudem ist es damit möglich, bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen in sicherheitskritischen Situationen, insbesondere für einen Fußgängerschutz ein Fahrgeräusch zu simulieren.
Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt in Fahrzeugen, wobei der wesentliche Schallerzeuger eine Antriebs-Brennkraftmaschine ist.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert:
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Schallreduzierung eines von einem Schallerzeuger abgestrahlten Schalls. Der Schallerzeuger kann hier beispielsweise eine (nicht dargestellte) Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs sein. Als Erzeugerschallwellen sind hier schematisch und beispielhaft ein erster Wellenzug 2 und ein zweiter Wellenzug 3 eingezeichnet, die beide etwa die gleiche Frequenz haben, wobei jedoch der Wellenzug 2 größere Amplituden als der Wellenzug 3 aufweist.
Die Erzeuger-Schallwellen, die mit den Wellenzügen 2, 3 beispielhaft angegeben sind, werden von einem Mikrofon 4 als Schallaufnehmer aufgenommen und dort in analoge elektrische Aufnehmersignale als Eingangssignale für eine weitere Verarbeitung gewandelt. Das Mikrofon 4 soll dabei relativ nahe am Schallerzeuger, hier nahe an der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
Dem Mikrofon 4 ist ein Steuergerät 5 nachgeschaltet, dessen Steuergeräteingang 6 mit dem Mikrofonausgang 7 verbunden ist, so dass dem Steuergerät 5 die vorstehenden Eingangssignale zugeführt werden.
Im Steuergerät 5 ist eine an sich bekannte Phasenverschiebeeinrichtung enthalten, mit der gegebenenfalls selektiv für bestimmte Frequenzen der Eingangssignale eine Phasenverschiebung, hier eine Phasenverschiebung um 180° durchgeführt wird. Damit werden phasenverschobene Ausgangssignale generiert, die am Steuergerätausgang 8 als elektrische Signale anliegen.
Dem Steuergerät 5 ist ein Lautsprecher 9 als Elektroakustischer Wandler und Schallgeber nachgeschaltet, der am Steuergerätausgang 8 angeschlossen ist. Mit dem Lautsprecher 9 werden somit aus den ursprünglichen Erzeugerschallwellen (Wellenzüge 2, 3) phasenverschobene Schallgeber-Schallwellen entsprechend der strichliert eingezeichneten Wellenzüge 10, 11 erzeugt.
Die ursprünglichen Wellenzüge 2, 3 haben sich bereits in die Abstrahlrichtung bewegt (schematisch durch den Pfeil 12 dargestellt) und dadurch etwas an Intensität verloren, was mit dem in den Amplituden bereits verkleinerten Wellenzügen 2', 3' dargestellt ist. In Abstrahlrichtung des Lautsprechers (Pfeil 13) erfolgt die (schematisch dargestellte) Überlagerung und Interferenz der Wellenzüge 2' und 10 bzw. 3' und 11, wobei für die weitere Wellenausbreitung in die Umgebung (schematisch dargestellt durch Pfeil 14) die Wellenzüge 2'' und 3'' entstehen mit im Vergleich zu den ursprünglichen Wellenzügen 2, 3 stark reduzierten Amplituden. Damit ergibt sich eine geringere Lautstärke, insbesondere als Schallschutzmaßnahme.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Wellenzug (2'; 2'')
3: Wellenzug (3'; 3'')
4: Mikrofon
5: Steuergerät
6: Steuergeräteingang
7: Mikrofonausgang
8: Steuergerätausgang
9: Lautsprecher
10: Wellenzug
11: Wellenzug
12: Pfeil
13: Pfeil
14: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1475701 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Beeinflussung des an die Umgebung abgestrahlten Schalls eines Schallerzeugers, gekennzeichnet durch, einen Schallaufnehmer (4), mit dem die Erzeuger-Schallwellen (2, 3) des Schallerzeugers in analoge elektrische Aufnehmersignale als Eingangssignal für eine weitere Verarbeitung gewandelt werden, ein Steuergerät (5) dessen Steuergeräteingang (6) mit dem Schallaufnehmer (4) verbunden ist, dergestalt dass dem Steuergerät (5) die Eingangssignale zugeführt werden, wobei im Steuergerät (5) eine Phasenverschiebung zumindest für einen Teil der Eingangssignale durchgeführt wird und diese als phasenverschobene Ausgangssignale am Steuergerätausgang (8) zur Verfügung stehen, und einen Schallgeber (9) als elektroakustischen Wandler, der am Steuergerätausgang (8) angeschlossen ist und der die phasenverschobenen Ausgangssignale in entsprechende, zu den Erzeuger-Schallwellen (2, 3) phasenverschobene Geber-Schallwellen (10, 11) wandelt und in den Abstrahlbereich der Erzeuger-Schallwellen (2, 3) abstrahlt, wo durch Überlagerung und Interferenz zumindest eine teilweise Löschung der Erzeuger-Schallwellen (2, 3) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenverschiebung um 180° durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geber-Schallwellen (10, 11) vom elektroakustischen Wandler mit etwa gleicher Amplitude wie die Erzeuger-Schallwellen (2, 3) in den Überlagerungsbereich abgestrahlt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Erzeuger-Geräuschkulisse Störfrequenzen messtechnisch erfasst und in einem Datensatz im Steuergerät (5) abgelegt sind, und dass im Steuergerät (5) nur diese Störfrequenzen selektiv aus den Aufnehmersignalen herausgefiltert und der Weiterbehandlung mit der Phasenverschiebung zugeführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Steuergerät (5) im Vergleich zu den ursprünglichen Erzeuger-Schallwellen (2, 3) unterschiedliche Phasenverschiebungen und unterschiedliche Amplitudengrößen für die Geber-Schallwellen (10, 11), gegebenenfalls frequenzabhängig, einstellbar sind, und bei einer Überlagerung des Erzeuger-Schalls und des generierten Geber-Schalls eine vorbestimmte und/oder gewünschte Geräuschkulisse oder Klangfarbe entsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (5) einen Frequenzgenerator aufweist, mit dem vorgebbare Frequenzen dem Ausgangssignal überlagerbar oder anstelle des Ausgangssignals, insbesondere abhängig von erfassten Kriterien, generierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger ein Fahrzeugteil, insbesondere eine für den Antrieb verwendete Brennkraftmaschine ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug bei Bedarf mittels des Frequenzgenerators und des Schallgebers ein Fahrgeräusch simulierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in Industrieanlagen und/oder in Kraftwerken und/oder bei lärmerzeugenden Standgeräten eingesetzt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einen elektronischen Systemverbund und/oder einen CAN-Bus Verbund integriert wird.
Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.