DE3738668A1

DE3738668A1 - Vorrichtung zur geraeuschreduzierung

Info

Publication number: DE3738668A1
Application number: DE19873738668
Authority: DE
Inventors: Masanori Murase; Naotaka Tomita; Keiichiro Mizuno; Kazuyoshi Iida
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1986-11-15
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1988-05-26
Also published as: JPS63125997A; US4858720A; DE3738668C2; JP2618869B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen, bei der insbesondere ein linsenartiger Hohlkörper verwendet wird, der von einer Schallquelle einfallende Schallwellen bündelt.

Eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist aus dem japanischen Gebrauchsmuster 24716/83 bekannt. Gemäß Fig. 5 weist eine solche Geräusch-Reduzierungsvorrichtung einen linsenartigen Hohlkörper 2 auf, der aus einer Vielzahl von geneigten, hohlen und rohrförmigen Durchlässen besteht, die unterschiedliche Längen aufweisen. Der linsenförmige Hohlkörper 2 hat einen konvexen Querschnitt, wobei die ebene Eingangsfläche 2 a der Schallquelle zugekehrt ist und die hyperbolisch gekrümmte Ausgangsfläche 2 b auf der gegenüberliegenden Seite liegt. Ein derartiger konvexer linsenförmiger Hohlkörper 2 wird im Schallfeld so angeordnet, daß parallele Wellen A aus der Schallquelle in die Öffnungen 1 a auf der Einfallseite der hohlen, rohrförmigen Durchlässe einfallen, so daß die Schallwellen die rohrförmigen Durchlässe passieren und dabei hinter dem Hohlkörper 2 fokussiert werden. Es ist deshalb möglich, das Geräusch dadurch zu reduzieren, daß im Fokus F ein schallabsorbierendes Material 3 angeordnet wird.

Wird aber das Geräusch von einer realistischen Schallquelle erzeugt, wie einem Fahrzeugmotor, einem Kühler, einem Auspufftopf, einer Pumpe oder dergleichen, so breiten sich die Schallwellen sphärisch von der Schallquelle aus. Wird der oben beschriebene herkömmliche, konvexe linsenförmige Hohlkörper 2 in einem Schallfeld angeordnet, in dem sich die Schallwellen sphärisch von der punktförmigen Schallquelle ausbreiten (siehe Fig. 6), so passieren die Schallwellen die hohlen, rohrförmigen Durchlässe in dem konvexen, linsenförmigen Hohlkörper 2 und werden auf der Emissionsseite 2 b gemäß dem Pfeil B abgestrahlt und können nicht fokussiert werden. Dieses Ergebnis ist experimentell bestätigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen zu schaffen, die auch bei sphärischer Ausbreitung der Schallwellen wirksam ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß weist also die Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen eine Vielzahl von geneigten, hohlen rohrförmigen Durchlässen auf, wobei die Einfallsfläche oder die Abstrahlungsfläche des linsenförmigen hohlen Körpers in Richtung auf eine Schallquelle geöffnet und eben geformt ist, während die andere Fläche gekrümmt ist, wobei die Länge L₂ jedes hohlen, rohrförmigen Durchlasses des linsenförmigen Hohlkörpers durch die folgende Gleichung (1) gegeben ist:

wobei

L₁:der Abstand zwischen einer als punktförmig angenommenen Schallquelle und der Öffnung eines hohlen, rohrförmigen Durchlasses ist; L =(l² + a²/4)^0,5 + (f² + a²/4)^0,5 S:der Abstand vom Mittelpunkt der Einfallsoberfläche des linsenförmigen Hohlkörpers zur Öffnung des betreffenden, hohlen, rohrförmigen Durchlasses ist; f:der Abstand von der Einfallsfläche zum Brennpunkt ist; l:der Abstand von der als punktförmig angenommenen Schallquelle zur Einfallsfläche ist; a:die Höhe des linsenförmigen Hohlkörpers ist; und R:der Neigungswinkel der hohlen, rohrförmigen Durchlässe ist.

Dabei ist die Toleranz der Länge L₂ in bezug auf die obige Formel ±15%.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen linsenförmigen Hohlkörper;

Fig. 2 den Effekt des erfindungsgemäßen Hohlkörpers;

Fig. 3 einen Vergleich zwischen einem herkömmlichen linsenförmigen Hohlkörper und einem erfindungsgemäßen Hohlkörper;

Fig. 4 eine graphische Darstellung des mit der Anordnung gemäß Fig. 3 erzielten Vergleichsergebnisses; und

Fig. 5 und 6 Ansichten zur Erläuterung der Funktion des herkömmlichen linsenförmigen Hohlkörpers.

Gemäß Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen einen linsenförmigen Hohlkörper 2 auf, in dem eine Vielzahl von geneigten, hohlen, rohrförmigen Durchlässen 1 vorgesehen sind. Der linsenförmige Hohlkörper 2 ist entsprechend der obigen Gleichung (1) geformt, so daß in der Figur von links einfallende Schallwellen nach Passieren des Hohlkörpers 2 in einem vorgegebenen Abstand L₃ vom Hohlkörper in einer vorgegebenen Richtung fokussiert werden. Die Position des Brennpunktes F ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung (2):

l₁ + l₂ = L₁ + L₂ + L₃ (2)

wobei,

l₁:der Abstand zwischen den oberen und unteren Enden des linsenförmigen Hohlkörpers 2 und der als punktförmig angenommenen Schallquelle Q ist; l₂:der Abstand zwischen den oberen und unteren Enden des linsenförmigen Hohlkörpers 2 und dem Fokus F ist; L₁:der Abstand von der als punktförmig angenommenen Schallquelle Q zur jeweiligen Öffnung 1 a eines hohlen, rohrförmigen Durchlasses 1 ist; L₂:die Länge eines hohlen, rohrförmigen Durchlasses 1, gemessen entlang der Längsachse ist; und L₃:der Abstand zwischen dem Ausgang 1 b eines rohrförmigen Durchlasses und dem Brennpunkt F ist.

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich die Länge L₂ des hohlen, rohrförmigen Durchlasses 1, wobei auch der Querschnitt des linsenförmigen Hohlkörpers 2 bestimmt ist.

Außerhalb des Dreiecksbereiches (X, Y, F), welcher durch die Verbindungslinien zwischen den oberen und unteren Enden 2 c, 2 d des linsenförmigen Hohlkörpers 2 und dem Brennpunkt F gebildet ist, sind die gesteuerten Schallwellen, welche die hohlen, rohrförmigen Durchlässe 1 passiert haben und die nicht gesteuerten Schallwellen (Brechungswellen), welche die hohlen, rohrförmigen Durchlässe 1 nicht passiert haben, außer Phase und überlagern sich einander, wodurch abschwächende Interferenzerscheinungen auftreten. Demgemäß ist das äußere des Dreiecksbereichs X, Y, F eine Geräusch-Dämpfungszone, während innerhalb des dreieckigen Bereichs die Schallwellen gebündelt und gesteuert werden. Liegt deshalb der Brennpunkt F außerhalb des Öffnungsbereiches eines Ohres, sind die vom Menschen empfundenen Geräusche stark reduziert. Wird ein Schall schluckendes Material, wie Glaswolle oder dergleichen, im Brennpunkt F angeordnet, so können die Geräusche absorbiert werden.

Beispiel

Eine Vielzahl von hohlen, rohrförmigen Durchlässen 1 von 42 mm× 60 mm Querschnitt werden einer über dem anderen mit einem Neigungswinkel von R = 65° im linsenförmigen Hohlkörper 2 angeordnet, welcher eine Höhe "a" von 600 mm entsprechend Gleichung (1) hat (siehe Fig. 1).

Der linsenförmige Hohlkörper 2 wird an einem Ort angeordnet, an dem der Abstand l zwischen der punktförmigen Schallquelle Q und der Einfallsfläche 2 a 150 mm ist. Es wird dann die Hauptfrequenz H _z der als punktförmig angenommenen Schallquelle Q abgeändert und der Schalldruck an einem Punkt gemessen, der 100 mm von der Einfallsfläche 2 a und 30 mm von der X-Achse entfernt ist. Das Ergebnis ist in Fig. 2 aufgetragen.

In Fig. 2 zeigt die Kurve A den Schalldruckpegel für den Fall, daß die Länge eines hohlen, rohrförmigen Durchlasses 1 im linsenförmigen Hohlkörper 2, d. h. die Länge L₂ auf der Mittelachse, gemäß Gleichtung (1) bestimmt ist. Die Kurve B zeigt den Schalldruckpegel für den Fall, daß die Länge L₂ 15% größer ist als es Gleichung (1) entspräche. Die Kurve C zeigt den Schalldruckpegel für den Fall, daß die Länge L₂ um 15% kürzer ist als es Gleichung (1) entspräche, während die Kurve D den Schalldruckpegel für den Fall zeigt, daß kein linsenförmiger Hohlkörper angeordnet ist.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist innerhalb eines Abweichungsbereiches von ±15% bezüglich der Länge L₂, wie sie sich aus Gleichung (1) ergibt, eine gute Geräuschdämpfung ermöglicht. Dementsprechend kann erfindungsgemäß die Länge L₂ gegenüber dem von Gleichung (1) vorgeschriebenen Wert um ±15% abweichen. Der sich aus Gleichung (1) ergebende Wert ist also mit einer derartigen Toleranz behaftet. Mit der Anordnung gemäß Fig. 3 kann der erfindungsgemäße Effekt nachgewiesen werden. Mittels der Mikrophone M₁, M₂ wurde der Schalldruck gemessen, wobei ein herkömmlicher, konvexer, linsenförmiger Hohlkörper 2 mit einer hyperbolischen Abstrahlungsfläche 2 b sowie ein erfindungsgemäßer Hohlkörper 2 mit hohlen, rohrförmigen Durchlässen mit einer Länge gemäß Gleichung (1) jeweils in einer Entfernung von 150 mm von der punktförmigen Schallquelle Q angeordnet wurden. Die Mikrophone M₁, M₂ wurden jeweils in einer Höhe angeordnet, die den oberen Endpunkten 2 c des linsenförmigen Hohlkörpers 2 entspricht, und gleichzeitig in einer vertikalen Ebene positioniert, die einen Abstand von 500 mm von der Einfallsfläche 2 a aufweist, und zwar auf der Brennpunktseite. Die Frequenz der Schallquelle Q wurde verändert. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 wiedergegeben. In Fig. 4 zeigt Δ P die Schalldruckpegel-Differenz, die sich durch Subtraktion des Schalldruckpegels für den Fall, daß der linsenförmige Hohlkörper angeordnet ist, von dem Schalldruckpegel, bei dem kein linsenförmiger Hohlkörper vorgesehen ist, ergibt. Die Kurve M₁ zeigt die Schalldruckdifferenz am Mikrophon M₁ und die Kurve M₂ zeigt die Schalldruckdifferenz am Mikrophon M₂.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, zeigt der herkömmliche, linsenförmige Hohlkörper kaum einen Geräusch-Dämpfungseffekt am Ort des Mikrophons M₁, während der linsenförmige Hohlkörper mit Durchlässen gemäß Gleichung 1 einen bemerkenswerten Geräusch-Dämpfungseffekt am Ort des Mikrophons M₂ aufweist.

Gemäß der Erfindung können also sphärisch in den gesamten Raum emittierte Schallwellen aus einer nahezu punktförmigen Schallquelle hinter den linsenförmigen Hohlkörper fokussiert werden und es wird eine Zone geminderten Geräusches außerhalb eines Dreieck-Bereiches erzeugt, welcher definiert ist durch die Verbindungslinien zwischen den oberen und unteren Enden des linsenförmigen Hohlkörpers und dem Brennpunkt. Es wird eine sehr effektive Geräuschreduzierung erreicht.

Claims

Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen mit einem linsenförmigen Hohlkörper, der eine Vielzahl von geneigten, hohlen, rohrförmigen Durchlässen (1) aufweist, wobei die Einfallsfläche (2 a) oder die Abstrahlfläche (2 b) des Hohlkörpers (2) der Schallquelle (Q) zugekehrt ist und eben geformt ist, während die andere der beiden Flächen gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L₂ eines hohlen, rohrförmigen Durchlasses im linsenförmigen Hohlkörper (2) bis auf eine mögliche Abweichung von ±15% durch folgende Gleichung gegeben ist wobeiL:der Abstand von einer als punktförmig angenommenen Schallquelle (Q) zu der Öffnung des hohlen, rohrförmigen Durchlasses ist;L =(l² + a²/4)^0,5 + (f² + a²/4)^0,5 ist; S:der Abstand vom Mittelpunkt der Einfallsfläche des linsenförmigen Hohlkörpers (2) zur Öffnung des betreffenden, hohlen, rohrförmigen Durchlasses (1) ist; f:der Abstand von der Einfallsfläche (2 a) zum Brennpunkt (F) ist; l:der Abstand von der als punktförmig angenommenen Schallquelle (Q) zur Einfallsfläche ist; a:die Höhe des linsenförmigen Hohlkörpers (2) ist; und R:der Neigungswinkel der hohlen, rohrförmigen Durchlässe ist.