DE3217783C2

DE3217783C2 - Sound-absorbing and sound-absorbing element with resonators

Info

Publication number: DE3217783C2
Application number: DE3217783A
Authority: DE
Inventors: Eckehard 8150 Holzkirchen Laudien
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-05-12
Filing date: 1982-05-12
Publication date: 1985-12-19
Also published as: GB2121475A; FR2526984B1; GB8312542D0; FR2526984A1; IT8321007A0; GB2121475B; IT8321007A1; IT1163330B; DE3217783A1

Abstract

Das schalldämmende und -dämpfende Element ist zum Einbau in gasdurchströmten Kanälen geeignet und weist Resonatoren aus dünnen Platten auf. Mindestens zwei ebene, gegenüberliegende Platten sowie mindestens ein mit den Platten kraftschlüssig verbundener, biegesteifer Rahmen schließen ein Gasvolumen ein, so daß die jeweils von außen mit Schallwellen beaufschlagten Platten gemeinsam auf das eingeschlossene Gasvolumen einwirken. Durch Verwendung von Rahmen mit mehreren Fensteröffnungen entsteht eine Vielzahl von unabhängig schwingungsfähigen Resonatorelementen.The sound-absorbing and sound-absorbing element is suitable for installation in ducts through which gas flows and has resonators made of thin plates. At least two flat, opposing plates as well as at least one rigid frame frictionally connected to the plates enclose a gas volume so that the plates to which sound waves are applied from the outside act together on the enclosed gas volume. The use of frames with several window openings creates a large number of independently oscillatable resonator elements.

Description

Die Erfindung betrifft ein schalldämmendes und -dämpfendes Element mit Resonatoren aus dünnen Platten zum Einbau in gasdurchströmten Kanälen.The invention relates to a sound-absorbing and sound-absorbing element with resonators made of thin Plates for installation in ducts through which gas flows.

Es ist bekannt, zur Senkung des Lärmpegels in Kanälen die Wandungen mit schallabsorbierenden Stoffen auszulegen. Bei diesen Stoffen handelt es sich überwiegend um offenporiges Material, welches jedoch leicht verschmutzt und vor allem ein großes Bauvolumen benötigt. It is known to lower the noise level in ducts with sound-absorbing materials on the walls to interpret. These substances are predominantly open-pored material, which is, however, light dirty and, above all, requires a large construction volume.

Weiterhin wird ein Schallabsorber mit Plattenresonatoren im allgemeinen sowie ein entsprechender Absorber mit aus Kunststoffolie im besonderen von F. Mechel und N. Kiesewetter in »ACUSTICA«, VoI. 47 (1981), S. 83—88 beschrieben. Bei derartigen Schallabsorbern regt das Schallfeld eine Platte zu Biegeschwingungen an, welche durch innere Reibung gedämpft werden und damit eine Schallabsorption bewirken. In den oben erwähnten, in ACUSTICA beschriebenen Versuchen wurde eine Kunststofffolie so verformt, daß rechteckige Flächenstücke von einigen cm Länge und Breite entstehen, die am Rand durch einen Knick begrenzt sind. Der Knick am Rand dieser Platten wirkt an ihrer freien Bewegung. Durch Schallwellen wird daher die Platte zu Eigenschwingungen angeregt Die Wellenlängen dieser Eigenschwingungsformen sind im Frequenzbereich bis zu 5000 Hz wesentlich kleiner als die Spurwellenlänge der auftreffenden Luftschallwelle. Die Schwingungsamplitude der Platte und damit deren schallabsorbierende Wirkung wird besonders groß bei den Eigenfreqjenzen. Damit eine derartige Platte durch Luftschall zu Eigenschwingungen angeregt wird, ist eine inkohärente Druckbeaufschlagung der Platte von beiden Seiten erforderlich. Dazu wird die Platte am Rand in einen Rahmen fest eingespannt Der Rahmen ist mit einer starren Abschlußwand versehen, so daß ein mit Luft gefüllter Hohlraum zwischen der Platte und dieser Abschlußwand entsteht Die eingeschlossene Luft wirkt dann wie eine einfache Feder auf die Rückseite der Platte.A sound absorber with plate resonators is also used in general as well as a corresponding absorber made of plastic film in particular by F. Mechel and N. Kiesewetter in "ACUSTICA", VoI. 47 (1981), pp. 83-88. With such sound absorbers If the sound field excites a plate to flexural vibrations, which are dampened by internal friction and thus cause sound absorption. In the above-mentioned experiments described in ACUSTICA a plastic film is deformed in such a way that rectangular areas of a few cm in length and width are created, which are limited at the edge by a kink. The kink at the edge of these plates acts on their free movement. The plate is therefore stimulated to natural oscillations by sound waves. The wavelengths of these Natural oscillation forms in the frequency range up to 5000 Hz are much smaller than the track wavelength the impacting airborne sound wave. The vibration amplitude of the plate and thus its sound-absorbing The effect is particularly great at the eigenfreqjenzen. In order for such a plate to be excited to natural oscillations by airborne sound, it is an incoherent one Requires pressurization of the plate from both sides. To do this, the plate is placed in a frame at the edge firmly clamped The frame is provided with a rigid end wall, so that an air-filled A cavity is created between the plate and this end wall. The enclosed air then acts like a simple feather on the back of the plate.

Ein gattungsgemäßes, schalldämmendes und -dämpfendes Element mit Resonatoren in Form von Silatoren ist aus der DE-AS 29 47 026 bekannt Die Süatoren weisen einen vakuumdichten und zumindest teilevakuierten Innenraum auf, was jedoch die Anpassung an den sich z. B. mit dem Wetter oder der Höhe über dem Meeresspiegel ändernden Umgebungsdruck erschwertA generic, sound-absorbing and sound-absorbing one Element with resonators in the form of silators is known from DE-AS 29 47 026 The Süatoren have a vacuum-tight and at least partially evacuated interior, but what the adaptation to the z. B. with the weather or the height above sea level changing ambient pressure difficult

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein schalldämmendes und -dämpfendes Element mit Resonatoren aus dünnen Platten zum Einbau in gasdurchströmten Kanälen zu schaffen, welches über einen breiten Frequenzbereich wirkt nur ein geringes Bauvolumen benötigt und gegen Änderungen des Umgebungsdruckes unempfindlich ist Diese Aufgabe wird durch ein nach dem Patentanspruch 1 ausgebildetes schalldämmendes und -dämpfendes Element gelöstIt is therefore the object of the invention to provide a sound-absorbing and sound-attenuating element with resonators to create thin plates for installation in ducts through which gas flows, which over a wide frequency range only requires a small construction volume and is insensitive to changes in the ambient pressure This object is achieved by a sound-absorbing and sound-absorbing device designed according to claim 1 Element solved

Die erfindungsgemäßen schalldämmenden und -dämpfenden Elemente werden in einem Schallfeld in ihrer jeweiligen Eigenfrequenz zu Schwingungen angeregt Die mitschwingenden Resonatoren werden zu sekundären Schallquellen, so daß es dvrh die Phasenumkehrung zu einer Schalldruckkompensation zwischen einfallender und zurückgestrahlter Schallwelle kommt. Die Dämpfung setzt sich demnach aus der erwähnten Schaildruckkompensation und dem Energieverlust in der Platte zusammen.The sound-absorbing and sound-damping elements according to the invention are in a sound field in their respective natural frequency excited to vibrations The resonating resonators become secondary Sound sources, so that it dvrh the phase inversion to a sound pressure compensation between incident and reflected sound wave comes. The damping is therefore made up of that mentioned Shield pressure compensation and the energy loss in the plate together.

Ein einfacher Plattenresonator bleibt, wie oben erwähnt, wirkungslos, wenn beidseitig der gleiche Schalldruck anliegt. Werden die Platten jedoch zu einem geschlossenen Gehäuse zusammengefügt, so liegt der Schalldruck stets einseitig auf den jeweiligen Außenseiten der Platten an, so daß diese zu Schwingungen angeregt werden. Die gesamte schallabsorbierende Fläche eines derartigen Elementes ist daher doppelt so groß wie bei den bekannten Plattenresonatoren. Durch eine entsprechende Wahl der Dicke des eingeschlossenen Gasvolumens läßt sich die Resonanzfrequenz des Systems aus Plattenmasse und Federwirkung des eingeschlossenen Gasvolumens beliebig einstellen. Die Anpassung dieses Masse-Feder-Systems an den jeweils herrschenden Umgebungsdruck geschieht durch eine kleine, das eingeschlossene Gasvolumen mit der Umgebung verbindende öffnung, durch welche sich Druckunterschiede, die sich zeitlich langsamer ändern als der Schalldruck, ausgleichen können. Dadurch wird eine Vorspannung in den Platten durch eine VerbiegungAs mentioned above, a simple plate resonator remains ineffective if the sound pressure is the same on both sides. However, the plates become one closed If the housing is assembled, the sound pressure is always on one side on the respective outer sides the plates so that they are excited to vibrate. The entire sound-absorbing surface such an element is therefore twice as large as in the known plate resonators. By a Appropriate choice of the thickness of the enclosed gas volume can determine the resonance frequency of the system Set as desired from the plate mass and the spring action of the enclosed gas volume. The adaptation this mass-spring system to the prevailing ambient pressure is done by a small opening connecting the enclosed gas volume with the environment, through which pressure differences, which change more slowly than the sound pressure can compensate. This creates a Prestressing in the plates by bending

nach innen oder außen und somit eine Veränderung im Schwingungsverhalten vermieden.inwards or outwards and thus a change in the vibration behavior is avoided.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger teilweise schematisch dargestellter AusführungsbeispieleIn the following, the invention will be explained with the aid of some exemplary embodiments, some of which are shown schematically

näher beschrieben. Es zeigen:described in more detail. Show it:

F i g-1 einen Querschnitt durch ein einfaches Plattenresonatorelement; Fig. 1 shows a cross section through a simple plate resonator element;

F i g. 2a und 2b einen Querschnitt bzw. eine Aufsicht durch eine Einheit aus mehreren Plattenresonatorelementen; F i g. 2a and 2b show a cross section and a plan view through a unit made up of several plate resonator elements;

F i g- 3 einen gasdurchströmten Kanal mit Plattenresonatorelementen; F i g- 3 a gas-flow channel with plate resonator elements;

F i g. 4 einen gasdurchströmten Kanal mit im By-pass wirkenden Plattenresonatorelementen, weiche auf ein gemeinsames Gasvolumen einwirken;F i g. 4 a channel through which gas flows with plate resonator elements acting in the bypass, soft on common gas volume act;

F i g. 5 eine Abgasleitung für Verbrennungsmotoren mit im By-pass angeordneten Plattenresonatorelementen. F i g. 5 shows an exhaust pipe for internal combustion engines with plate resonator elements arranged in the bypass.

Das in F i g. 1 dargestellte Grundelement Plattenresonator weist einen Rahmen 1 mit einer Rahmenhöhe h und einem Rahmendurchmesser D auf. Der Rahmen ist beidseitig mit dünnen Platten oder Folien 2.1 und 2.2 belegt, so daß zusammen mit dem Rahmen ein Gasvolumen 3 eingeschlossen wird. Damit die Platten 2.1 und 2.2 im Normalzustand stets unverformt sind, muß das eingeschlossene Gasvolumen 3 ohne Beaufschlagung durch Schalldruck stets den Umgebungsdruck aufweisen. Dazu ist im Rahmen 1 eine dünne Bohrung 4 vorgesehen, durch weiche sich Druckunterschiede langsam ausgleichen können. Die Nachgiebigkeit des eingeschlossenen Gasvolumens wird im wesentlichen durch die Höhe h des Rahmens bestimmtThe in Fig. 1, the basic element of the plate resonator has a frame 1 with a frame height h and a frame diameter D. The frame is covered on both sides with thin plates or foils 2.1 and 2.2, so that a gas volume 3 is enclosed together with the frame. So that the plates 2.1 and 2.2 are always undeformed in the normal state, the enclosed gas volume 3 must always have the ambient pressure without being subjected to sound pressure. For this purpose, a thin bore 4 is provided in the frame 1, through which pressure differences can slowly be equalized. The resilience of the enclosed gas volume is essentially determined by the height h of the frame

F i g. 2a zeigt einen Querschnitt durch eine Einheit mit mehreren Plattenresonatoren, welche wiederum einen als Distanzschicht wirkenden Rahmen 5 aufweist. Auf diesem Rahmen sind nun beidseitig zwei gitterförmige biegesteife Rahmenteile 6.1 und 6.2 befestigt, welche in einer Aufsicht in F i g. 2b dargestellt sind. Die gitterförmigen Rahmenteile 6.1 und 6.2 sind jeweils außen mit einer dünnen Platte oder Folie 7.1 bzw. 7.2 überspannt und entlang sämtlicher Rahmenstege befestigt Dadurch entstehen unabhängig voneinander schwingungsfähige Plattenresonatoren 7.11,7.12,... bzw. 7.21,7.22,... Die einzelnen Resonatoren wirken insgesamt auf ein eingeschlossenes Gasvolumen 8, welches über eine Druckausgleichsbohrung 9 ohne Druckbeaufschlagung den Umgebungsdruck annimmtF i g. 2a shows a cross section through a unit with several plate resonators, which in turn have a has acting as a spacer frame 5. On both sides of this frame there are now two lattice-shaped Rigid frame parts 6.1 and 6.2 attached, which in a plan view in F i g. 2b are shown. The latticed Frame parts 6.1 and 6.2 are each covered on the outside with a thin plate or film 7.1 or 7.2 and attached along all frame webs. This results in independent vibrations Plate resonators 7.11,7.12, ... or 7.21,7.22, ... The individual resonators act overall on an enclosed gas volume 8, which is via a pressure compensation hole 9 assumes the ambient pressure without pressurization

Die Resonanzfrequenzen der einzelnen Resonatorplatten werden u. a. durch die Größe der von den Git- terrahmen 7.1 und 7.2 festgelegten Fensteröffnungen bestimmt Die Fensteröffnungen können rund, rechtekkig oder quadratisch sein; bei eckigen Abmessungen wird die größte Flächenausnutzung erreicht. Der Distanzrahmen 5 kann durch Federn bzw. durch eine Gummischicht so ausgebildet sein, daß nachträglich eine Justierung der Dicke des eingeschlossenen Gasvolumens möglich ist. Dadurch werden die Federeigenschaften des eingeschlossenen Gasvolumens verändertThe resonance frequencies of the individual resonator plates are inter alia. by the size of the The window openings determined by the frame 7.1 and 7.2. The window openings can be round or rectangular or be square; The greatest area utilization is achieved with angular dimensions. The spacer frame 5 can be formed by springs or by a rubber layer that subsequently a Adjustment of the thickness of the enclosed gas volume is possible. This will increase the spring properties of the enclosed gas volume changed

F i g. 3 zeigt einen gasdurchströmten Kanal 10, in dessen Innenraum parallel in Abständen angeordnete Plattenresonatorelemente 11 angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung können beispielsweise Lüftungsschächte gegen eine Übertragung der Ventilatorgeräusche oder anderer Schallwellen isoliert werden, ohne daß der Strömungswiderstand wesentlich erhöht wird.F i g. 3 shows a channel 10 through which gas flows, in the interior of which plate resonator elements are arranged parallel at intervals 11 are arranged. Such an arrangement allows ventilation shafts, for example be isolated against the transmission of fan noise or other sound waves without that the flow resistance is significantly increased.

Bei dem in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines schallgedämpften Lüftungskanales 12 sind Plattenresonatorelemente 13 entsprechend der Fi g. 2 ähnlich wie in F i g. 3 angeordnet. Die Elemente 13 füllen jedoch nur etwa die iialbe Höhe des Lüftungskanales aus und wirken daher tci'weise im By-pass. Die einzelnen Plattenresonatorelemente 13 sind an ihrer Unterseite offen und so miteinander verbunden, daß sie zusammen mit der Unterseite der Kanalwandung ein gemeinsames Luftpolster 14 einschließen. Dadurch wird die Federwirkung des eingeschlossenen Luftpolsters deutlich herabgesetzt.In the embodiment shown in Figure 4 of a sound-damped ventilation duct 12 are plate resonator elements 13 according to Fi g. 2 similar to FIG. 3 arranged. Fill the elements 13 however only about the same height as the ventilation duct and therefore act tci'wise in the bypass. The single ones Plate resonator elements 13 are on their underside open and connected to one another in such a way that they share a common with the underside of the duct wall Include air cushions 14. This makes the spring effect of the enclosed air cushion clear degraded.

Fig.5 zeigt das Ende einer Abgasleitung 15 eines Verbrennungsmotors, welches durch beidseitige Auswölbungen 15.1 und 15.2 erweitert ist Innerhalb dieser Auswölbungen sind Plattenresonatorelemente 16, ähnlich wie in Fig.4, nach dem By-pass-System angeordnet Eine derartige Anordnung trägt ohne Beeinflussung der Strömungsverhältnisse zu einer wesentlichen Lärmverminderung der Abgasgeräusche bei.Fig.5 shows the end of an exhaust pipe 15 of a Internal combustion engine, which is expanded by bulges 15.1 and 15.2 on both sides within this Bulges are plate resonator elements 16, similar to FIG. 4, arranged according to the by-pass system Such an arrangement contributes to a substantial noise reduction without influencing the flow conditions the exhaust noise.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Sound-absorbing and sound-absorbing element with resonators with at least two flat, opposite, thin plates as well as at least one non-positively connected to the plates, Rigid frames which enclose a volume of gas and which are each externally with Sound waves acted upon plates together on the enclosed gas volume, thereby characterized in that the frame (1; 5) and / or the plates (7.1, 7.2) at least one have comparatively small openings (4; 9) through which only such pressure differences can be seen between the enclosed gas volume and the environment, which change more slowly than the sound pressure.

2. Device according to claim 1, characterized by two opposite, continuous thin plates' 7.1, 7.2), by at least one flexible strip Support frame (6.1, 6.2) with several window openings the same and / or different size, the plates (7.1,7.2) on the or the Support frames are non-positively fastened, in particular by gluing, in such a way that a large number of independent vibratory resonator elements (7.11,7.12, ...; 7.21,7.22, ...) arise

3. Device according spoke 1 or 2, characterized in that a plurality of plates with Resonators, two of which each enclose a gas volume, next to one another at predetermined intervals are arranged and with at least one of the non-oscillating Seitew on the inner wall of a gas-flowed channel are arranged (Fig. 3 and 4).

4. Device according to claim 3, characterized in that all resonators on a common the enclosed gas volume act (Fig. 4).

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the resonators as a by-pass system are arranged on a channel through which gas flows (FIGS. 4 and 5).