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Die Erfindung betrifft einen Schallabsorber für den Einsatz in Fahrzeugen, zumindest aufweisend mindestens ein Absorbervolumen. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Hohlraum eines Fahrzeuges für die Montage mindestens eines Lautsprechers zur Beschallung eines Fahrgastraumes, wobei sich der Hohlraum aus mehreren, miteinander verbundenen und unterschiedlichen, hohlen Kammern im Fahrzeugrumpf zusammensetzt, sowie ein Fahrzeug und die Verwendung eines Schallabsorbers.
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Da in den Fahrgasträumen heutiger Kraft-, Luft- und Wasserfahrzeuge immer weniger Platz zur Verfügung steht und auch die Gewichtseinsparung immer mehr an Bedeutung gewinnt, versucht man bereits in der Vorentwicklung des Fahrzeugrumpfes, einschließlich Karosserie, Fahrwerk, Schweller etc., diverse Hohlräume so zu gestalten, dass diese auch als Montage- oder Klangvolumen für Lautsprecher Verwendung finden können.
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Entweder werden diese Hohlräume aus mehreren, miteinander verbundenen, hohlen Kammern im unteren Teil des Fahrzeuges zusammengesetzt und/oder es werden weitere Anbauten, meist aus Kunststoffen, montiert, um das benötigte Lautsprechervolumen daraus zu bilden. An diesen Hohlraum gekoppelt werden die Lautsprecher meist über sogenannte Adapter eingebaut.
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Der vorhandene Hohlraum stellt jedoch in der Regel keinen optimalen Raum für die Lautsprecher dar, da dieser aus mehreren, unterschiedlich großen und teilweise über kleine Engstellen verbundenen, hohlen Kammern gebildet wird und oftmals diese Kammern nicht dicht sind, da diese Hohlräume korrosionsgefährdet sind und gegen Feuchtigkeitsbildung durch Kondensierung belüftet sein müssen, um einem Schimmelbefall vorzubeugen. Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass auch bei einem optimalen Hohlraum beziehungsweise Volumen sich nachteilhafte Schalleffekte, wie stehende Wellen, Verzerrungen, Reflexionen, Moden und Resonanzen etc., des Lautsprecherschalls bilden können. Insbesondere bei dem Einsatz von Basslautsprechern in kleineren Fahrgasträumen verursachen diese Schalleffekte einen sehr schwankenden Frequenzgang, der eine lineare Ankopplung weiterer Lautsprecher wie zum Beispiel kleinerer Mittel- beziehungsweise Mittelhochtöner oder Fullrange-Lautsprecher fast unmöglich macht.
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Bisher sind keine Lösungen für die Bildung eines akustisch idealen und dichten Hohlraums in Fahrzeugen für die Verwendung von Lautsprechern bekannt.
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Weiterhin verhindern diese Schalleffekte in dem Hohlraum auch eine sinnvolle Anwendung von bekannten Verfahren zur Lärmkompensation, insbesondere von ANC-Anwendungen (Active Noise Cancelling), RNC-Anwendungen (Road Noise Cancelling) oder EOC-Anwendungen (Engine Order Cancelling), da hier sehr lineare Frequenzverläufe und Phasen des Lautsprecherschalls benötigt werden, um eine sinnvolle Kompensation zu gewährleisten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung die eingangs erwähnten Probleme durch eine einfach integrierbare, leichte und passive Konstruktion zur Schallabsorption, die vor allem in Fahrzeugen Verwendung findet, zu lösen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Der Erfinder hat erkannt, dass mit einem Schallabsorber, welcher auf bestimmte Weise mit dem Hohlraum eines Fahrzeugs, insbesondere im Bereich des Fahrzeugrumpfes, verbunden ist, auf einfache Weise nachteilhafte Schalleffekte wie Resonanzen, Verzerrungen, Druckschnellen, Moden, stehende Wellen etc. in dem Hohlraum und auch im Fahrgastraum, absorbiert werden können.
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Bei der Erfindung handelt es sich um einen passiv wirkenden Schallabsorber aus einem geschlossenen, hohlen Absorbervolumen, welches über einen Verbindungskanal mit einem zusammengesetzten Hohlraum des Fahrzeuges interagiert beziehungsweise in Resonanz geht und so frequenzabhängig als Bandpassfilter wirkt und damit die Schalleffekte zumindest zum Teil absorbiert. Der Hohlraum des Fahrzeuges kann sich aus mehreren einzelnen und unterschiedlich groß ausgebildeten, hohlen Kammern zusammensetzten, welche insbesondere Teil des Fahrzeugrumpfes sind.
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Die Wirkung des Schallabsorbers ist abhängig von den geometrischen Abmessungen des Verbindungskanals, insbesondere von der Länge und der Querschnittsfläche des Kanals, sowie vom Volumen des Absorbers. Gute Veränderungen in der Wirkung des Schallabsorbers erhält man durch eine Änderung des Verhältnisses von Kanallänge zur Querschnittsfläche und/oder Kanallänge zu Absorbervolumen. Als Faustregel gilt grundsätzlich, je größer das Absorbervolumen ist, umso größer ist dessen Wirkung. Weiterhin gilt, je länger der Kanal ist, umso tiefer ist der sogenannte Absorptionsfrequenzbereich, also die Frequenzen des bevorzugt absorbierten Schalls, wobei in der Regel mit zunehmendem Kanalquerschnitt der Kanal auch länger wird.
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Bei gleichbleibender Querschnittsfläche kann also der Absorptionsfrequenzbereich gesenkt werden, indem ein größeres Absorbervolumen verwendet wird und der Kanal länger ausgebildet wird. Im Umkehrschluss erhält man einen höheren Absorptionsfrequenzbereich, indem das Absorbervolumen und/auch die Kanallänge verringert wird. Für die Absorption tiefe Töne beziehungsweise Frequenzbereiche werden also größere Volumen benötigt als für die Absorption höherer Töne.
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Weiterhin kann die Wirkung des Schallabsorbers auch durch die zusätzliche Verwendung von Vliesen oder anderen offenporigen Materialien in das Absorbervolumen und/oder in den Verbindungskanal verändert werden. Im Absorbervolumen bewirkt das Einsatzmaterial eine Absorbierung des Schalls, während bei einer Anordnung im Verbindungskanal die Schallgeschwindigkeit der Luft reduziert wird. Durch die Verwendung des Einsatzmaterials ist der Absorptionsfrequenzbereich etwas breiter, wobei allerdings die Wirkung entsprechend schwächer wird. Ein geeignetes Material in KFZ-, Luft- und Wasserfahrzeugen ist vor allem Metallwolle, beispielsweise feine Edelstahlwolle, da diese weder brennen, korrodieren oder ausgasen noch Feuchtigkeit halten kann sowie eine gute Durchlüftung und Austrocknung der Hohlräume gewährleistet.
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Durch den Schallabsorber können in Fahrzeugen negative Schalleffekte, wie stehende Wellen, Reflexionen, Moden und Resonanzen etc., weitestgehend vermieden werden. Der Schallabsorber wirkt als Bandpassfilter um eine bestimmte Absorptionsfrequenz. Dadurch erhält man einen wesentlich geradlinigeren Frequenzverlauf, vor allem in den unteren Oktaven des Frequenzbandes. Insbesondere im Tieftonbereich bei Basslautsprechern ist dies vorteilhaft.
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Demgemäß schlägt der Erfinder vor, einen Schallabsorber für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Kraft-, Luft- und Wasserfahrzeugen, zumindest aufweisend: mindestens ein Absorbervolumen, dahingehend zu verbessern, dass mindestens ein Verbindungskanal vorgesehen ist, welcher das mindestens eine Absorbervolumen mit einem Hohlraum verbindet, in dem mindestens ein Lautsprecher zur Beschallung eines Fahrgastraumes vorliegt.
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Der Schallabsorber weist in einer einfachen Ausführungsform lediglich einen Verbindungskanal zwischen Absorbervolumen und Hohlraum auf. In weiteren Ausführungsformen sind mehr als ein Verbindungskanal, beispielsweise zwei oder mehr Verbindungskanäle, ausgebildet. Die Verbindungskanäle weisen bevorzugt unterschiedliche Längen und/oder unterschiedliche Querschnittsflächen, sowohl hinsichtlich der Form als auch der Größe, auf. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Länge des mindestens einen Verbindungskanals größer als die Summe der Wandstärken eines Gehäuses des Absorbervolumens und eines Gehäuses des Hohlraums ist. Daraus ergibt sich, dass der Verbindungskanal nicht einfach nur als Loch in den Gehäusewänden des Absorbervolumens und Hohlraums ist. Dementsprechend weiter bevorzugt ist, dass der mindestens eine Verbindungskanal in das mindestens eine Absorbervolumen und/oder den Hohlraum hineinragt beziehungsweise ein Überstand ausgebildet ist. Steht der Verbindungskanal in den Hohlraum über, hat dies den Vorteil, dass er im Absorbervolumen kein Volumen beziehungsweise Raum wegnimmt, da sich dies störend auf die Absorptionswirkung des Schallabsorbers auswirkt.
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Der Schallabsorber weist inhärent einen bestimmten Absorptionsfrequenzbereich auf, wobei unter Absorptionsfrequenzbereich die Frequenzen des vom Schallabsorber absorbierten Lautsprecherschalls verstanden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schallabsorber derart ausgebildet, dass er in Verbindung mit dem Hohlraum mindestens einen negativen Schalleffekt in dem Fahrgastraum und/oder im Hohlraum zumindest reduziert oder auslöscht. Mit anderen Worten weist der Schallabsorber also ein frequenzabhängiges Absorptionsverhalten auf.
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Dabei ist der Absorptionsfrequenzbereich insbesondere abhängig von der Länge und der Querschnittsfläche des Verbindungskanals sowie von dem Absorbervolumen. Weiterhin ist der Absorptionsfrequenzbereich auch abhängig von der Anzahl, Art und Form der den Hohlraum bildenden Kammern. Soll der Schallabsorber beispielsweise eine Frequenz von ca. 170 Hz absorbieren, wird ein Gesamthohlraumvolumen von ca. 20 Litern, ein Absorbervolumen von ca. 1,5 bis 2 Liter und ein Verbindungskanal mit einem Durchmesser von ca. 38 mm und einer Länge von ca. 12 bis 18 mm benötigt.
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Zur weiteren Optimierung des Schallabsorbers ist in einer Ausführungsform ein Einsatzmaterial vorgesehen, welches in das mindestens eine Absorbervolumen und/oder in den mindestens einen Verbindungskanal eingebracht wird und somit diese Bauteile zumindest teilweise ausfüllt. Als Einsatzmaterial eignen sich bevorzugt poröse Schallschluckstoffe mit durchgehenden, offenen Poren, also offenporige Materialien. Vorzugsweise werden Materialien wie Melaminharzschaum, Mineralfaserplatten, Vlies, insbesondere Polyestervlies, oder nicht-korrodierbare Metallwolle, wie zum Beispiel Edelstahlwolle, verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung nicht-brennbarer Materialien.
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Eine weitere Ausführungsform des Schallabsorbers sieht vor, dass das Gehäuse des Absorbervolumens aus einem anderen Material wie das Gehäuse des Hohlraums ausgebildet ist, beispielsweise aus Kunststoff. Vorteilhafterweise ist der Schallabsorber als eigenständiges, an den Hohlraum befestigbares Bauteil ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Schallabsorber an das Gehäuse des Hohlraums angeschweißt, abgeschraubt oder angeflanscht werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Hohlraum eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraft-, Luft- oder Wasserfahrzeuges, für die Montage mindestens eines Lautsprechers zur Beschallung eines Fahrgastraumes, wobei sich der Hohlraum aus mindestens einer hohlen Kammern zusammensetzt, wobei mindestens ein voranstehend beschriebener erfindungsgemäßer Schallabsorber mit dem Hohlraum und/oder dem Fahrgastraum verbunden ist und dort entstehende negative Schalleffekte, wie Raumresonanzen, Moden, Druckschnellen und/oder stehende Schallwellen etc., zumindest teilweise absorbiert.
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Der Hohlraum des Fahrzeuges setzt sich in einer Ausführungsform aus mehreren, miteinander verbundenen und gegebenenfalls unterschiedlichen Kammern im Fahrzeugrumpf zusammen. Insbesondere zählen hierzu Hohlräume der bodennahen Bauteile des Fahrzeuges, dessen Karosserie etc. Oftmals sind diese Kammern über Engstellen miteinander verbunden. In dem Hohlraum und im Fahrgastraum entstehen durch die nicht-optimale Form der Kammern, deren Verbindungen und damit des Hohlraums negative Schalleffekte wie beispielsweise Raumresonanzen, Moden, Druckschnellen und/oder stehende Schallwellen, die den Lautsprecherklang negativ beeinflussen. In einer anderen Ausführungsform wird der Hohlraum lediglich aus einer einzelnen Kammer gebildet. Beispielsweise kann als die eine Kammer des Hohlraumes das Absorbervolumen verwendet werden.
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Der Schallabsorber ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass er auf bestimmte Schallfrequenzbereiche als Bandpassfilter wirkt.
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Bevorzugt ist der mindestens eine Schallabsorber in derselben Kammer wie der mindestens eine Lautsprecher angeordnet. Die Lautsprecher werden in der Kammer montiert, das heißt die Lautsprecherrückseite ragt in die Kammer hinein.
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Noch weiter betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraft-, Luft- oder Wasserfahrzeug, zumindest aufweisend einen Hohlraum und mindestens einen Lautsprecher, wobei der Hohlraum wie voranstehend beschrieben ausgebildet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Lautsprecher ein Basslautsprecher. Die Schalleffekte haben einen besonders nachteilhaften Einfluss auf den Frequenzverlauf in den unteren Oktaven. Der Einsatz des Schallabsorbers als Bandpassfilter ist daher hierbei besonders vorteilhaft.
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Zudem betrifft die Erfindung die Verwendung eines Schallabsorbers in einem Fahrzeug, wobei der Schallabsorber im Hohlraum und/oder im Fahrgastraum entstehende negative Schalleffekte dort zumindest teilweise absorbiert.
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Weiterhin betrifft die Erfindung auch die spezielle Verwendung eines Schallabsorbers, wobei der Schallabsorber und das Fahrzeug wie voranstehend beschrieben erfindungsgemäß ausgestaltet sind und wobei der Schallabsorber in einem voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Hohlraum angeordnet ist.
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Im Übrigen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduktion negativer Schalleffekte in einem Hohlraum, in dem mindestens ein auf mindestens einen Frequenzbereich der negativen Schalleffekte abgestimmter Schallabsorber über mindestens einen Verbindungskanal mit einem Raum, indem die negativen Schalleffekte auftreten, verbunden ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es zeigen im Einzelnen:
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1: schematische Darstellung eines Fahrzeugrumpfes,
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2: schematische Darstellung eines Schallabsorbers an einem Hohlraum in einer ersten Ausführungsform,
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3: schematische Darstellung eines Schallabsorbers an einem Hohlraum in einer zweiten Ausführungsform,
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4: Frequenzverlauf eines Lautsprechers ohne Schallabsorber (Stand der Technik),
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5: Frequenzverlauf eines Lautsprechers mit Schallabsorber in einer ersten Ausführungsform,
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6: Frequenzverlauf eines Lautsprechers mit Schallabsorber in einer weiteren Ausführungsform, und
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7: Frequenzverlauf eines Lautsprechers mit Schallabsorber in einer weiteren Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugrumpfes, in welchem mehrere hohle Kammern vorliegen, aus denen sich der erfindungsgemäße Hohlraum zusammensetzt. Dies sind in dieser Ausführungsform Kammern im vorderen Achsträger 1, Schottbleche 2, im vorderen Querträger 3a und hinteren Querträger 3b, die Reserveradmulde 4, seitliche Schweller 5, im unteren Längsträger 6 und Motorraumlängsträger 7. Diese Kammern sind hohl, unterschiedlich groß und weisen eine unterschiedliche Form auf.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Schallabsorbers 14 an einem Hohlraum 8 in einer ersten Ausführungsform. Der Hohlraum 8 besteht hier lediglich aus einer einzigen Kammer. In dieser Kammer ist der Lautsprecher 13 montiert, wobei dessen Rückseite in die Kammer hineinragt. Der Hohlraum 8 und der Schallabsorber 14 sind als eigenständige Bauteile ausgebildet.
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Dahingegen zeigt die 3 eine weitere schematische Darstellung eines Schallabsorbers 14 an einem Hohlraum 8 in einer zweiten Ausführungsform, wobei dieser Hohlraum 8 aus mehreren, hohlen Kammern 9, 10, 11 und 12 zusammengesetzt wird. Die Kammern 9, 10, 11 und 12 sind unterschiedlich groß und unterschiedlich geformt. Sie sind über Engstellen miteinander verbunden. Der Hohlraum 8 und der Schallabsorber 14 sind auch hier als eigenständige Bauteile ausgebildet.
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Der Lautsprecher 13 ist in dieser Ausführungsform in der größten Kammer 10 montiert. Gegenüberliegend zum Lautsprecher 13, also in derselben Kammer 10, ist der Schallabsorber 14 angeordnet.
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Der Schallabsorber 14 weist ein Absorbervolumen 15 und einen Verbindungskanal 16 auf. Der Verbindungskanal 16 verbindet das Absorbervolumen 15 mit dem Hohlraum 8. Hier ragt der Verbindungskanal 16 sowohl in das Absorbervolumen 15 als auch in den Hohlraum 8 hinein. Weiterhin weist der Schallabsorber 14 noch zusätzliches Einsatzmaterial 17 auf, welches im Absorbervolumen 15 und im Verbindungskanal 16 angeordnet ist. Das Einsatzmaterial 17 ist beispielsweise Edelstahlwolle.
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In den 4 bis 7 sind Frequenzverläufe eines Lautsprechers ohne Schallabsorber und mit Schallabsorber in unterschiedlichen Ausführungen gezeigt. Verwendet wurde der Hohlraum 8 gemäß der 3. Auf der Abszisse ist die Lautstärke [dB] aufgetragen, jeweils in Schritten von 5 × 2 dB. Auf der Ordinate ist die Frequenz [Hz] aufgetragen. Zur Messung wurde ein elektroakustisches Messsystem verwendet, welches über einen angeschlossenen Lautsprecher einen sogenannten Frequenz-Sweep, also ein periodisches Signal mit steigender Frequenz, ausgibt und über ein Mikrofon, welches in einem Abstand von 2 cm vor dem Lautsprecher 13 angeordnet ist, aufgenommen und dann ausgegeben wird. Dargestellt ist jeweils die gemessene Amplitude bzw. der Frequenzverlauf 21, 22, 23 und 24.
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Die 4 zeigt den Frequenzverlauf 21 ohne Schallabsorber. Der Frequenzverlauf 21 ist deutlich unruhig und zeigt starke Einbrüche und Anhebungen. Im Bereich zwischen –14 dB und +10 dB schwankt der Frequenzverlauf 21 über zwei Oktaven.
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Die 5 zeigt den Frequenzverlauf 22, gemessen im Hohlraum 8 gemäß 3 mit dem erfindungsgemäßen Schallabsorber 8, jedoch ohne die Verwendung des zusätzlichen Einsatzmaterials. Im Vergleich zum Frequenzverlauf 21 der 3 ist hier deutlich eine linearisierende Wirkung des Schallabsorbers auf den Frequenzverlauf 22 zu sehen. Die Schwankungen des Frequenzverlaufes 22 betragen lediglich noch 120 Hz und 200 Hz.
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Die 6 zeigt den Frequenzverlauf 23, gemessen im Hohlraum 8 gemäß 3 mit dem erfindungsgemäßen Schallabsorber 8 sowie mit der Verwendung eines Einsatzmaterials, beispielsweise Edelstahlwolle. Der Frequenzverlauf 23 ist noch etwas linearer als der Frequenzverlauf 22 und die Schwankungen sind noch weiter reduziert.
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Die 7 zeigt den Frequenzverlauf 24, gemessen im Hohlraum 8 gemäß 3 mit dem erfindungsgemäßen Schallabsorber 8 und der Verwendung eines Einsatzmaterials, beispielsweise Edelstahlwolle, wobei hier die verwendete Menge des Einsatzmaterials größer ist als bei dem Messbeispiel der 6. Im Bereich zwischen 120 Hz und 200 Hz ist weiterhin eine geringfügige Verbesserung des Frequenzverlaufes 24 erkennbar.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombination aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- vorderer Achsträger
- 2
- Schottbleche
- 3a
- vorderer Querträger
- 3b
- hinterer Querträger
- 4
- Reserveradmulde
- 5
- seitliche Schweller
- 6
- untere Längsträger
- 7
- Motorraumlängsträger
- 8
- Hohlraum
- 9, 10, 11, 12
- Kammern
- 13
- Lautsprecher
- 14
- Schallabsorber
- 15
- Absorbervolumen
- 16
- Verbindungskanal
- 17
- Einsatzmaterial
- 19
- Skalierung in Hz
- 21
- Frequenzgang Amplitude
- 22
- Frequenzgang Amplitude
- 23
- Frequenzgang Amplitude
- 24
- Frequenzgang Amplitude
