DE3738668C2 - - Google Patents
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- DE3738668C2 DE3738668C2 DE3738668A DE3738668A DE3738668C2 DE 3738668 C2 DE3738668 C2 DE 3738668C2 DE 3738668 A DE3738668 A DE 3738668A DE 3738668 A DE3738668 A DE 3738668A DE 3738668 C2 DE3738668 C2 DE 3738668C2
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- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/30—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
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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.
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.
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)
- 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.
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