DE19742741C2 - Vorrichtung zur aktiven tieffrequenten Störgeräuschunterdrückung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven tieffrequenten Störgeräuschunterdrückung in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Störgeräuschunterdrückung in In­ nenräumen von Kraftfahrzeugen bekannt.

Diese Vorrichtungen dienen hauptsächlich dazu, Hintergrundgeräusche (insbesondere Motorgeräusche zweiter Ordnung) durch ein entsprechendes Gegenschallfeld zu kompensieren. Dadurch wird der störende Geräuschpe­ gel im Fahrzeuginnenraum erheblich verringert.

Das von den Motorgeräuschen erzeugte Schallfeld im Fahrzeuginnenraum ist aufgrund der räumliche Verteilung sowie der zeitlichen Abhängigkeit und der Vielzahl von beteiligten Frequenzen sehr komplex. Deshalb muß die Aufnahme mit mehreren, an verschiedenen Stellen im Fahrzeuginnenraum angeordneten Mikrofonen erfolgen. Die Signale dieser Mikrofone werden in einer Schallfeldanalyseeinheit ausgewertet und gleichzeitig wird eine Ge­ genschallverteilung für den Fahrzeuginnenraum berechnet, die zu einer Verminderung des Geräuschpegels an bestimmten Plätzen (insbes. Kopf­ höhe Fahrer bzw. Beifahrer) führt. Hierzu werden im Fahrzeuginnenraum angeordnete Lautsprecher angesteuert.

Aufgrund der Komplexität des Schallfeldes ist die Aufnahme, Berechnung und Erzeugung eines entsprechenden Gegenschallfeldes äußerst aufwen­ dig. In sehr kurzer Zeit muß eine große Menge an Daten analysiert und verarbeitet werden. Hierfür sind leistungsfähige Mikroprozessoren mit ent­ sprechender Programmierung notwendig.

Die benötigten Komponenten z. B. mehrere Mikrofone, Schallfeldanalyseein­ heit und mehrere Verstärkereinheiten mit Lautsprechern sind einerseits sehr aufwendig und teuer. Zudem ist für deren Einbau eine Vielzahl von Arbeitsschritten bei der Fahrzeugmontage notwendig ist. Sie stellen außerdem ein zusätzliches Gewicht dar. Um das Schallfeld wirkungsvoll aufzuzeichnen, müssen die Mikrofone an ganz bestimmten Stellen im Fahrzeuginnenraum angeordnet werden. Hierbei können ästhetische Gesichtspunkte nur wenig berücksichtigt werden.

Eine solche Vorrichtung eignet sich nur zur Kompensation eines sehr kom­ plexen Schallfeldes mittleren Schallpegels. Zur Kompensation eines Stör­ schallfeldes mit Resonanzcharakter ist sie nicht geeignet und wäre zudem viel zu aufwendig. Ein einfaches Schallfeld stellt das "Wummern" dar. Unter diesen Begriff wird ein tieffrequentes Störgeräusch verstanden, das nur bei geöffnetem Schiebedach bzw. Fenster auftritt. Es handelt sich um ein Reso­ nanzphänomen, das nur bei ganz bestimmten Fahrgeschwindigkeiten, meist unterhalb 100 km/h, auftritt. Der Fahrzeuginnenraum bildet dabei ein Helm­ holz-Resonator, der durch die an der Öffnung vorbeistreifende Luft über pe­ riodische Wirbel, die an der Vorderkante der Öffnung entstehen, angeregt wird. Der Schallpegel ist im gesamten Fahrzeuginnenraum etwa gleich hoch. Die Resonanzfrequenz liegt im Frequenzbereich um 20 Herz.

Dieses Wummern ist für den Fahrzeuginsassen äußerst unangenehm, da es sich um ein Resonanzeffekt handelt, der einen erheblichen Schalldruck er­ zeugt. Das Wummern läßt sich nur durch plötzliches Abbremsen oder Be­ schleunigen bzw. rasches Schließen der Öffnung schnell beseitigen. Diese Reaktionen führen unter Umständen zu einer Verkehrsgefährdung. Insge­ samt stellt das Wummern eine erhebliche Störung für alle Fahrzeuginsassen und außerdem eine Ablenkung des Fahrers dar.

Aus der DE-PS 196 33 188 ist eine weitere Vorrichtung zur Unterdrückung von Wummer-Geräuschen bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird der Quer­ schnitt der Schiebedachöffnung bzw. Fensteröffnung automatisch verändert, um so das Wummer-Geräusch zu vermindern. Beim wiederholten Durchfah­ ren der Resonanzgeschwindigkeit kann dies zu einer lästigen Auf-Zu-Bewe­ gung des Schließteils oder auch zu einem fast vollständigen Schließen der entsprechenden Öffnung. Diese Maßnahmen sind ebenfalls störend und führen teilweise zur einer Verminderung des Fahrfreude, da der Fahrer­ wunsch unberücksichtigt bleibt.

Aus der DE OS 38 16 921 ist eine Anordnung zur Verminderung des Geräuschpegels im Innenraum eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einem Geräuschsensor, einem Lautsprecher und einer Regeleinrichtung, die als Istgröße das Ausgangssignal des Geräuschsensors erhält und ein den Lautsprecher beaufschlagendes Stellsignal abgibt bekannt, wobei als Geräuschsensor ein in einem Helmholz-Resonator untergebrachtes Mikrofon verwendet wird und der Lautsprecher an oder nahe dem Ort maximalen Schalldruckes von zu dämpfenden Hohlraumeigenfrequenzen des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur aktiven tieffrequenten Störgeräuschunterdrückung in Kraftfahrzeugen zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, bei der keine Analyse des Schallfeldes notwendig ist, die dadurch einfach aufgebaut ist und damit ko­ stengünstig herstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk­ male.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, mit nur einem einzigen Mikrofon das Störgeräusch (Wummern) aufzunehmen und das Gegenschall­ feld mit einem Verstärker direkt, ohne Zwischenschaltung einer aufwendigen Schallfeldanalyseeinheit, zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist das Mikrofon unmittelbar an den Verstärker angeschlossen. Da der Frequenzbereich rela­ tiv genau festliegt, können Mikrofon und Verstärker sowie der Lautsprecher einfach aufgebaut sein.

Gemäß Anspruch 2 wird das Gegenschallfeld dadurch erzeugt, daß der Lautsprecher gegenphasig d. h. mit vertauschter Polung an den Verstärker angeschlossen ist. Dadurch sind Eingangssignal und Verstärkersignal um 180° phasenverschoben. Dies führt zu der gewünschten destruktiven Interfe­ renz von Wummer-Geräusch und erzeugtem Gegenschall.

Da das Wummern nur bei geöffnetem Schließteil auftritt, ist ein Einschalten der Vorrichtung nur notwendig, wenn das Schließteil (Schiebedach, Fen­ ster) auch geöffnet ist. Gemäß Anspruch 3 ist deshalb ein Endlageschalter am Schließteil angebracht, der das Einschalten des Verstärkers bewirkt. Dadurch wird ein unnötiger Stromverbrauch des Verstärkers verhindert.

Weiterhin halt sich als vorteilhaft erwiesen, den Lautsprecher so anzuord­ nen, daß an seiner Rückseite ein möglichst großes Luftvolumen zur Verfü­ gung steht um den für das Gegenschallfeld notwendigen Schalldruck einfach aufzubauen. Dies kann gemäß Anspruch 4 dadurch erreicht werden, daß der Lautsprecher mit dem Kofferraum in Verbindung steht oder wie im Anspruch 5 angegeben, daß der Lautsprecher eine Verbindung zum Fahrzeugaußen­ raum aufweist.

Sinnvoll ist es, das Mikrofon relativ nahe der entsprechenden Öffnung anzu­ ordnen,

Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit einem Schiebedach als Schließteil näher erläutert. Die Erfindung läßt sich auch bei einem Fahrzeug ohne Schiebedach z. B. in Verbindung mit einem Seitenfenster einsetzen.

In der einzigen Figur ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Schiebedach 20 in geöffneter Stellung dargestellt. Die vom Schiebedachdeckel 21 freigege­ bene Öffnung 22 stellt eine großflächige Verbindung zwischen Fahrzeugin­ nenraum 10 und dem Fahrzeugaußenraum 12 dar. Die über die Öffnung 22 hinweggleitende Luftströmung erzeugt bei einer bestimmten Fahrgeschwin­ digkeiten das Wummern-Geräusch. Dieses Wummern kann im Extremfall zu einer flatterartigen Bewegung der Vorderkante des Schiebedachdeckels 21 führen. Ein an der nicht dargestellten Führung des Schiebedachs angeord­ neter Endlageschalter 70, ist mit einem Verstärker 60 verbunden. Weiterhin sind im Fahrzeuginnenraum 10 ein Lautsprecher 40 und ein Mikrofon 50 angeordnet, die beide mit dem Verstärker 60 verbunden sind. Der Übersicht halber ist der Verstärker 60 außerhalb des Fahrzeugs 1 dargestellt. Die Lage des Lautsprechers 40 und des Mikrofons 50 im Fahrzeuginnenraum 10 können im Prinzip frei gewählt werden. Im dargestellten Fall ist das Mikrofon 50 im Himmelbereich und der Lautsprecher 40 im Heckbereich des Fahr­ zeugs 1 angeordnet.

Nachfolgend ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Da das Wummern nur bei geöffnetem Schiebedach 20 auf­ tritt, ist ein Einschalten des Verstärkers 60 nur dann notwendig, wenn das Schiebedach 20 auch wirklich geöffnet ist. Deshalb ist ein Endlageschalter 70 vorgesehen, der beim Öffnen des Schiebedachs 20 betätigt wird und der das Einschalten des Verstärkers 60 bewirkt. Da das Wummern nur oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit auftritt, ist es auch denkbar, den Verstär­ ker 60 nur dann einzuschalten, wenn erstens der Endlageschalter 70 betä­ tigt und die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein Schwellwert, z. B. 50 km/h ist. Diese Bedingung läßt sich einfach mit einem Motorsteuergerät ab­ fragen. Durch eine Verbindung des Motorsteuergerätes mit dem Verstärker 60 und einer entsprechenden Logikschaltung könnte diese Bedingung zu­ sätzlich realisiert werden. Damit wird ein unbeabsichtigtes Einsetzen des Verstärkers 60 ohne entsprechendes Wummern z. B. bei Musikstücken ver­ hindert.

Nachfolgend ist die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert. Das Kraftfahrzeug 1 bewegt sich etwa mit der Resonanzgeschwindigkeit bei geöffnetem Schiebedach 20, der Verstärker 20 ist somit eingeschaltet. So­ bald wird das Wummern auftritt, wird es vom Mikrofon 50 aufgenommen und dem Verstärker 60 zugeleitet. Der Verstärker 60 erzeugt ein gegenphasiges, d. h. um 180° zum Eingangssignal (Wummersignal) verschobenes Laut­ sprechersignal gleicher Frequenz, das dem Lautsprecher 40 zugeführt wird. Dadurch findet eine aktive Geräuschbeeinflussung im Fahrzeuginnenraum 10 durch destruktive Interferenz des Wummerschallfelds und des Gegen­ schallfelds statt und der Pegel des Schallfelds wird drastisch im gesamten Fahrzeug 1 verringert. Das Wummern ist nunmehr für die Fahrzeuginsassen nur noch als kaum merkliches Störgeräusch wahrnehmbar.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich in einfacher Weise das als Wummern bezeichnete Störgeräusch, das z. B. bei geöffnetem Schiebedach auftritt, erheblich kompensieren.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur aktiven tieffrequenten Störgeräuschunterdrückung im Kraftfahrzeug, insbesondere für geöffnetes Schiebedach oder Fenster, mit nur einem Mikrofon zur Aufnahme des Störgeräusches und einen Verstärker mit angeschlossenem Lautsprecher zur Erzeugung eines Gegenschallfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (40) rückseitig eine Verbindung zum Außenraum des Kraftfahrzeuges (1) aufweist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lautsprecher (40) gegenphasig zum Eingangssignal des Verstärkers (60) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Verstärker (60) mit einem Endlageschalter (70) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Lautsprecher (40) rückseitig eine Verbindung zum Kofferraum des Kraftfahrzeuges aufweist.