DE3738668C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches.

Eine solche Vorrichtung ist aus dem japanischen Gebrauchsmuster 24716/83 und aus der US-PS 41 56 476 bekannt. Dieser Stand der Technik soll anhand der Fig. 1 und 2 erläutert werden.

Gemäß Fig. 1 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 schallabsor­ bierendes Material 3 angeordnet wird.

Wird aber das Geräusch von einer realistischen Schallquelle erzeugt, wie einem Fahrzeugmotor, einem Kühler, einem Auspuff­ topf, einer Pumpe oder dergleichen, so breiten sich die Schall­ wellen 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. 2), 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 experi­ mentell 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 Patentan­ spruch gekennzeichnet.

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

Fig. 1 und 2 Ansichten zur Erläuterung der Funktion eines herkömmlichen linsenartigen Körpers;

Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch einen erfindungs­ gemäßen linsenartigen Körper;

Fig. 4 den Effekt des erfindungsgemäßen Körpers;

Fig. 5 einen Vergleich zwischen einem herkömmlichen linsenartigen Körper und einem erfindungs­ gemäßen Körper; und

Fig. 6 eine graphische Darstellung des mit der Anord­ nung gemäß Fig. 5 erzielten Vergleichsergebnisses.

Gemäß Fig. 3 weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen einen linsenartigen Körper 2 auf, in dem eine Vielzahl von geneigten, rohrförmigen Durch­ lässen 1 vorgesehen sind. Der linsenartige Körper 2 ist entsprechend der Gleichung (1) geformt,

so daß in der Figur von links einfallende Schallwellen nach Passieren des Körpers 2 in einem vorgegebenen Abstand L₃ vom Körper 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 linsenartigen Körpers 2 und der als punktförmig angenommenen Schallquelle Q ist;
l₂: der Abstand zwischen den oberen und unteren Enden des linsenartigen Körpers 2 und dem Fokus F ist;
L₁: der Abstand von der als punktförmig angenommenen Schallquelle Q zur jeweiligen Öffnung 1 a eines rohrförmigen Durchlasses 1 ist;
L₂: die Länge des 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 rohrförmigen Durchlasses 1, wobei auch der Querschnitt des Körpers 2 bestimmt ist.

Außerhalb des Dreiecksbereiches (X, Y, F), welcher durch die Verbindungslinien zwischen den oberen und unteren Enden 2 c, 2 d des linsenartigen Körpers 2 und dem Brennpunkt F gebildet ist, sind die gesteuerten Schallwellen, welche die rohrförmigen Durchlässe 1 passiert haben und die nicht gesteuerten Schallwellen (Brechungswellen), welche die rohrför­ migen Durchlässe 1 nicht passiert haben, außer Phase und überlagern sich einander, wodurch abschwächende Interferenzer­ scheinungen auftreten. Demgemäß ist das äußere des Dreiecksbe­ reichs X, Y, F eine Geräusch-Dämpfungszone, während innerhalb des dreieckigen Bereiches 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 linsenartigen Körper 2 ange­ ordnet, welcher eine Höhe "a" von 600 mm entsprechend Gleichung (1) hat (siehe Fig. 1).

Der linsenartige Körper 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 Haupt­ frequenz H _z der als punktförmig angenommenen Schallquelle Q abge­ ändert 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. 4 zeigt die Kurve A den Schalldruckpegel für den Fall, daß die Länge eines hohlen, rohrförmigen Durchlasses 1 im linsenartigen Körper 2, d. h. die Länge L₂ auf der Mittelachse, gemäß Gleichung (1) bestimmt ist. Die Kurve B zeigt den Schall­ druckpegel für den Fall, daß die Länge L₂ 15% größer ist als es Gleichung (1) entspräche. Die Kurve C zeigt den Schalldruck­ pegel für den Fall, daß die Länge L₂ um 15% kürzer ist als es Gleichung (1) entspräche, während die Kurve D den Schalldruck­ pegel für den Fall zeigt, daß kein linsenartiger Körper angeordnet ist.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, ist innerhalb eines Abweichungsbe­ reiches von ±15% bezüglich der Länge L₂, wie sie sich aus Gleichung (1) ergibt, eine gute Geräuschdämpfung ermöglicht. Dementsprechend kann 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. 5 kann der Effekt nachgewiesen werden. Mittels der Mikrophone M₁, M₂ wurde der Schalldruck gemessen, wobei ein herkömmlicher, konvexer, linsenartiger Körper 2 mit einer hpyerbolischen Abstrahlungsfläche 2 b sowie ein erfindungsge­ mäßer Körper 2 mit 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 linsenartigen Körpers 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. 6 wiedergegeben. In Fig. 6 zeigt Δ P die Schalldruckpegel- Differenz, die sich durch Subtraktion des Schalldruckpegels für den Fall, daß der linsenartige Körper angeordnet ist, von dem Schalldruckpegel, bei dem kein linsenartiger Körper vorgesehen ist, ergibt. Die Kurve M₁ zeigt die Schalldruck­ differenz am Mikrophon M₁ und die Kurve M₂ zeigt die Schall­ druckdifferenz am Mikrophon M₂.

Wie sich aus Fig. 6 ergibt, zeigt der herkömmliche, linsenartige Körper kaum einen Geräusch-Dämpfungseffekt am Ort des Mikrophons M₁, während der linsenartige Körper mit Durch­ lässen gemäß Gleichung 1 einen bemerkenswerten Geräusch- Dämpfungseffekt am Ort des Mikrophons M₂ aufweist.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Reduzieren von Geräuschen mit einem linsen­ arigen Körper, der eine Vielzahl von gegenüber seiner Einfalls­ fläche (2 a) geneigten, parallelen rohrförmigen Durchlässen (1) aufweist, wobei die Einfallsfläche (2 a) des Körpers (2) der Schallquelle (Q) zugekehrt und eben geformt ist, während die Abstrahlfläche (2 b) gekrümmt ist, oder wobei die Einfalls­ fläche gekrümmt und die Abstrahlfläche eben geformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L₂) eines rohrförmigen Durchlasses (1) im linsenartigen Körper (2) bis auf eine mögliche Abweichung von ±15% durch folgende Gleichung gegeben ist: mitL = (l² + a²/4)^0,5+(f ² + a ²/4)^0,5wobeiL₁ der Abstand von einer als punktförmig angenommenen Schallquelle (Q) zu der Öffnung des rohrförmigen Durch­ lasses ist;
   S der Abstand vom Mittelpunkt der Einfallsfläche des linsenartigen Körpers (2) zur Öffnung des jeweiligen rohr­ förmigen Durchlasses (1) ist;
   f der Abstand von der Einfallsfläche (2 a) zum Brennpunkt (F) hinter dem linsenartigen Körper ist;
   l der Abstand von der als punktförmig angenommenen Schallquelle (Q) zur Einfallsfläche (2 a) ist;
   a die Höhe des linsenartigen Körpers (2) ist; und
   R der Neigungswinkel des rohrförmigen Durchlasses (1) gegenüber der Einfallsfläche (2 a) ist.