DE4033402A1

DE4033402A1 - Device which reduces level of reflected sound - consists of cushion containing gas such as helium@

Info

Publication number: DE4033402A1
Application number: DE19904033402
Authority: DE
Inventors: Dietmar Ing Grad Henkel
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1990-10-20
Filing date: 1990-10-20
Publication date: 1992-04-23

Abstract

A device for reducing the level of sound reflected from the surface of a structure (2) consists of a cushion (1) made of plastics film which is impermeable to air. The cushion (1) is attached to the surface (3) of the structure (2) and is filled with a gas, such as helium, which is lighter than air. The surface (5) of the cushion on the side opposite to the structure is covered with a layer (6) of relatively dense material. To ensure the impermeability of the plastics film, it may be covered with a layer of metal foil. USE/ADVANTAGE - The reduction of reflected noise in a motor vehicle. The device is of very light weight.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Minderung der Abstrahlung von Luftschall nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for reduction the emission of airborne sound according to the generic term of Claim 1.

Durch DE-GM 79 29 637 ist es bekannt, auf eine Oberfläche einer körperschallemittierenden Struktur ein gasgefülltes Folienkissen aufzubringen. Als Gasfüllung werden Gase leich ter als Luft wie z. B. Helium vorgeschlagen. Im Folienkissen sind Profile angeordnet, die das eingeschlossene Gaspolster in getrennte Kammern unterteilt. Auf der Außenseite des Folienkissens ist eine Schwerstoffschicht aufgelegt. Durch das Zusammenwirken des in Richtung parallel zur Struktur unterteilten Gaspolsters mit seiner vergleichsweise nied rigen akustischen Impedanz mit der Schwerstoffschicht soll die Abstrahlung des Körperschalles vermindert werden. Die Dämmung ist aber nur mit einem hohen Gewicht der Schwerstoff schicht zu erreichen.From DE-GM 79 29 637 it is known on a surface a structure-borne noise-emitting structure is a gas-filled one Apply foil cushions. Gases become light as a gas filling ter than air such. B. Helium suggested. In the foil cushion profiles are arranged that enclose the gas cushion divided into separate chambers. On the outside of the A heavy material layer is placed on the foil cushion. By the interaction of the direction parallel to the structure divided gas cushion with its comparatively low acoustic impedance with the heavy material layer the emission of structure-borne noise can be reduced. The However, insulation is only the heavy material with a high weight to reach layer.

Ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gute Minderung der Abstrahlung von Luftschall ohne hohen Gewichtsaufwand zu erreichen.Starting from a device according to the preamble the invention has for its object a good reduction of Radiation of airborne sound without too much weight to reach.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich nenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. According to the invention, this object is characterized by nenden features of claim 1 solved.

Ein Gasraum des Folienkissens erlaubt akustischen Kurzschluß infolge Druckausgleichs zwischen zwei oder mehreren benach bart gelegenen gegenphasigen Druckquellen (erzeugt von eben falls gegenphasig schwingenden Maxima eines Biegewellensteh feldes). Auf diese Weise sind es zwei verschiedene physika lische Effekte die den Abstrahlgrad der strukturabgewandten Seite des Kissens mindern.A gas space of the foil cushion allows an acoustic short circuit due to pressure equalization between two or more neighboring beard opposed pressure sources (generated by just if the maxima of a bending wave oscillate in phase opposition field). In this way they are two different physics lical effects that affect the degree of radiation of the structure Reduce side of pillow.

Einmal ist es die Wirkung der kleineren Gasschallkennimpe danz von Helium, die bei gleicher eingeprägter Schwingge schwindigkeit der Strukturoberfläche (und gleicher Gas temperatur) einen um den Faktor 0,4 geringeren Schalldruck gegenüber Luft erzeugt (bei Wasserstoff: Faktor 0,26). Und zum anderen ist es der bereits beschriebene akustische Kurzschluß der, per strukturoberflächenparallelen Druckaus gleich innerhalb des Folienkissens eine nochmalige Vermin derung, diesmal der Fernwirkung des Druckes im senkrechten Abstand zur Strukturoberfläche - innerhalb des Kissens - gemessen, verursacht.For one thing, it is the effect of the smaller gas-noise characteristic danz of helium, with the same embossed Schwingge speed of the structural surface (and the same gas temperature) a sound pressure lower by a factor of 0.4 generated against air (for hydrogen: factor 0.26). And secondly, it is the acoustic already described Short circuit of the pressure, which is parallel to the structure surface a new mincing right inside the foil cushion change, this time the remote effect of the pressure in the vertical Distance to the structure surface - inside the pillow - measured, caused.

Eine Weiterbildung der Erfindung kann Patentanspruch 2 ent nommen werden.A further development of the invention can claim 2 ent be taken.

Kennzeichnend für die Wirksamkeit des akustischen Kurz schlusses ist dessen Reichweite, die bei Verwendung von Helium (bzw. Wasserstoff) um das Dreifache (Wasserstoff 4fache) größer ist als bei dem Medium Luft. Auf diese Weise wirkt der akustische Kurzschluß auch noch bei Schallquellen (Maxima und Minima des Biegewellenstehfeldes), die verhältnismäßig weit voneinander entfernt sind. Ein weiteres Leistungsmerkmal des akustischen Kurzschlusses ist - gleichen Abstand der gegenphasig schwingenden Steh wellenausschläge der Struktur vorausgesetzt - das Ver schieben der Wirksamkeit zu einer höheren Frequenzgrenze hin, je höher die Schallgeschwindigkeit des verwendeten Gases der Kissenfüllung ist.Characteristic of the effectiveness of the acoustic short conclusion is its range, when using Helium (or hydrogen) three times (hydrogen 4 times) is greater than with the medium air. To this The acoustic short circuit also works Sound sources (maxima and minima of the bending wave standing field), that are relatively far apart. A Another feature of the acoustic short circuit is - equal distance of the standing in phase oscillation wave deflections provided the structure - the ver push the effectiveness to a higher frequency limit the higher the speed of sound used Gas of the pillow filling is.

Eine weitere Fortbildung der Erfindung zeichnet sich durch die Merkmale des Patentanspruches 3 aus.Another development of the invention is characterized by the features of claim 3.

Infolge Einführung einer Schwerstoffschicht ist es möglich, die Tiefe des eingeschlossenen Gasraumes (Kissenhöhe) erheb lich zu Verringern; was eine willkommene Minderung des bean spruchten Bauraumes bedeutet. Unabhängig davon ist die Be ruhigung von schalldruckangetriebenen Schwingungen in dem strukturabgewandten Folienteil des Kissens infolge der Trägheitskräfte der dort aufgebrachten Schwerstoffschicht eine sekundäre Maßnahme zur weiteren Abstrahlgrad-Minderung für Luftschall und zwar infolge Dämmung.As a result of the introduction of a heavy material layer, it is possible increase the depth of the enclosed gas space (cushion height) diminish; what a welcome abatement of the bean said construction space means. Regardless of that, the Be calming of vibrations driven by sound pressure in the structure-facing film part of the pillow as a result of Inertia of the heavy material layer applied there a secondary measure to further reduce the radiation level for airborne noise as a result of insulation.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Folienkissens kann Anspruch 4 entnommen werden.An advantageous embodiment of the foil cushion can claim 4 can be removed.

Um Diffussionsverluste zu vermeiden ist es bei sehr leichten Gasen erforderlich metallisierte Folien zu verwenden.To avoid diffusion losses it is very light Gases required to use metallized foils.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Zeichnungen dar gestellt. Es zeigt:An embodiment of the invention is shown in drawings posed. It shows:

Fig. 1 ein Kennfeld zur Erläuterung des Effektes des akustischen Kurzschlusses Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Struktur mit Folienkissen und Schwerstoffschicht. Fig. 1 is a map to explain the effect of the acoustic short circuit . Fig. 2 shows an embodiment of a structure with a film cushion and heavy material layer.

Voraussetzung für das Inkrafttreten eines sogenannten akustischen Kurzschlusses ist, daß die Gasschallwellen länge größer sein muß als die Biegewellenlänge in der Strukturoberfläche (bzw. größer ist als der Abstand der gegenphasig gepolten Schwingungs-Bäuche).Prerequisite for the entry into force of a so-called acoustic short circuit is that the gas sound waves length must be greater than the bending wavelength in the Structure surface (or is larger than the distance of the antiphase polarized antinodes).

Fig. 1 illustriert für eine einfache Stahlplatte (unend lich angenommene Ausdehnung) das Bildungsgesetz für die Biegewellenlänge in Abhängigkeit von Plattendicke und Frequenz. Des weiteren ist die Frequenzabhängigkeit der Wellenlänge für Luft, Helium und Wasserstoffgas zusätz lich dargestellt. Den Schnittpunkt der jeweiligen Geraden der entsprechenden Gasschallwellenlänge mit der Biege wellenlänge einer bestimmte Stahlplattendicke kenn zeichnet eine Frequenz die als Biegewellengrenzfrequenz bekannt ist. Alle Eigenfrequenzen der Platte die - unter halb dieser Frequenz liegend - angeregt werden, erfahren durch akustischen Kurzschluß eine Abschwächung, so daß der Abstrahlgrad für diese Frequenzen - letztlich also ihr Aufkommen im Fernfeld - in gewünschter Weise erheb lich gemindert wird (Minderungsgrad am günstigsten wenn Plattengröße ein großes Vielfaches der Biegewellenlänge beträgt und eine große Anzahl gegenphasig schwingender Stehwellen existieren). Alle angeregten Eigenfrequenzen derselben Platte, die größer als die Biegewellengrenz frequenz sind, erfahren hinsichtlich des erzeugten Schall druckes keinen akustischen Kurzschluß, werden folglich hinsichtlich ihrer Auswirkung nur geringfügig abge schwächt im Fernfeld des Schalldruckes vertreten sein. Fig. 1 illustrates the formation law for the bending wavelength as a function of plate thickness and frequency for a simple steel plate (infinitely assumed expansion). Furthermore, the frequency dependence of the wavelength for air, helium and hydrogen gas is also shown. The intersection of the respective straight line of the corresponding gas sound wavelength with the bending wavelength of a certain steel plate thickness characterizes a frequency which is known as the bending wave limit frequency. All natural frequencies of the plate - which are below this frequency - are attenuated by an acoustic short circuit, so that the degree of radiation for these frequencies - ultimately their occurrence in the far field - is significantly reduced in the desired manner (degree of reduction is most favorable when the plate size is used is a large multiple of the bending wavelength and there are a large number of standing waves oscillating in opposite phases). All excited natural frequencies of the same plate, which are greater than the bending wave limit frequency, experience no acoustic short-circuit with regard to the sound pressure generated, and consequently will be represented only slightly weakened in the far field of sound pressure with regard to their effect.

Hieraus ist die Schlußfolgerung ableitbar, daß eine wirk same Unterdrückung niedriger, vor allem aber auch hoher technisch üblicher Frequenzen des, von biegeresonant schwingenden Strukturen ausgehenden Gasschalles nur dann gewährleistet ist, wenn die Biegewellengrenzfrequenz sehr hoch liegt. Der Nutzen dieser Forderung gewinnt an Bedeu tung, wenn man an kompliziertere Eigenformen als die an Plattengeometrien gebundene denkt. So weisen z. B. ver rippte Schalen mit komplexer Formgebung und inhomogener Massen - und Steifigkeitsverteilung im Oberflächenbereich u. U. größere Abstände zwischen gegenphasigen Schwingungs bäuchen auf als das Beispiel einfache Platte. Luft, mit ihrer verhältnismäßig geringen Schallgeschwindigkeit er füllt vorstehende Forderung in nur ungenügendem Maße, wie die Lage der einzelnen Biegewellengrenzfrequenzen (Schnitt punkt, Luftgerade mit Biegewellengeraden technisch häufig vorkommender Plattendicken) in Bild 1 deutlich zeigt.From this, the conclusion can be drawn that an effective suppression of low, but above all high, technical frequencies of the gas sound emanating from structures that resonate in a bending manner is only guaranteed if the bending wave limit frequency is very high. The benefit of this requirement becomes more important if one thinks of more complicated eigenmodes than those bound to plate geometries. So z. B. ver ribbed shells with complex shapes and inhomogeneous mass and stiffness distribution in the surface area u. U. larger distances between antiphase vibration bellies than the example of a simple plate. Air, with its relatively low speed of sound, only insufficiently fulfills the above requirement, as the position of the individual bending wave limit frequencies (intersection, air line with bending wave straight lines of plate thicknesses that are technically common) clearly shows in Figure 1.

Würde sich hingegen anstelle von Luft ein Gas mit höherer Schallgeschwindigkeit beispielsweise Wasserstoff oder Helium in Oberflächennähe der schwingenden Struktur be finden, erhöhte sich aufgrund der viel größeren Wellen länge eines solchen Gases die wirksame Reichweite des akustischen Kurzschlusses - bei gleicher Frequenz - in beträchtlicher Weise. Andererseits wird die Wirksamkeit des akustischen Kurzschlusses bei gleichem Abstand der gegenphasig schwingenden Stehwellenausschläge der Struktur in willkommener Weise zu einer höheren oberen Frequenz grenze hin verschoben. Besagte, oberflächennahe Placierung solcher flüchtigen Gase wie Helium oder Wasserstoff ist natürlich nur möglich durch vorherigen Einschluß des Gases in einer nachgiebigen, elastischen Hülle.Would instead be a gas with higher gas instead of air Velocity of sound for example hydrogen or Helium near the surface of the vibrating structure find increased due to the much larger waves length of such a gas the effective range of the acoustic short circuit - at the same frequency - in considerably. On the other hand, the effectiveness the acoustic short circuit at the same distance from the standing wave oscillations of the structure oscillating in opposite phases in a welcome way to a higher upper frequency limit shifted. Said placement close to the surface volatile gases such as helium or hydrogen of course, only possible by including the gas beforehand in a compliant, elastic cover.

Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung ist aus Fig. 2 zu ersehen. Das Gas ist in ein undurchlässiges Folienkissen 1 eingeschlossen, welches sich ihrerseits an die Oberfläche der luftschallemittierenden Struktur 2 anschmiegt, damit es deren Oberflächenkontur 3 annimmt und somit den Oberflächenschwingungen der Struktur 2 folgt, die damit in einen Gasraum 4 eingekoppelt werden, in dem schließlich der akustische Kurzschluß stattfindet. Wichtiges Merkmal des Folienkissens 1 ist ein zuver lässiger Randzonenkontakt des Folienkissens zur Ober flächenkontur 3 hin. Ferner ist eine Mindesttiefe des Gasraumes 4 einzuhalten, die letztlich von der Form der jeweils zwischen den einzelnen Druckquellen und -senken ausgebildeten Schnellefeldern abhängt.A possible embodiment of the invention can be seen from FIG. 2. The gas is enclosed in an impermeable foil cushion 1 , which in turn nestles against the surface of the airborne sound-emitting structure 2 so that it adopts its surface contour 3 and thus follows the surface vibrations of the structure 2 , which are thus coupled into a gas space 4 , in which the acoustic short circuit takes place. An important feature of the foil cushion 1 is a reliable edge zone contact of the foil cushion to the upper surface contour 3 . Furthermore, a minimum depth of the gas space 4 must be maintained, which ultimately depends on the shape of the rapid fields formed in each case between the individual pressure sources and sinks.

Wird eine Schwereschicht 6 auf eine Oberfläche 5 des Folienkissens 1 appliziert, die der Oberflächenkontur 3 der Struktur 2 abgewandt ist, werden damit zwei Vorteile erreicht. Zum einen kann die vorgenannte Mindesttiefe des Gasraumes 4 (Kissendicke) erheblich geringer ausge legt werden und zum anderen erfährt die dem Fernfeld zugewandte Oberfläche 5 eine Dämmung hinsichtlich der dort existierenden Folien-Schwingungen aufgrund der Massenträgheitskraft der dort applizierten Schwerstoff schicht 6 (nochmalige Minderung des Abstrahlgrades).If a heavy layer 6 is applied to a surface 5 of the film cushion 1 , which faces away from the surface contour 3 of the structure 2 , two advantages are thus achieved. On the one hand, the above-mentioned minimum depth of the gas space 4 (cushion thickness) can be made considerably smaller and, on the other hand, the surface 5 facing the far field is insulated with respect to the film vibrations there due to the inertia of the heavy material layer 6 applied there (further reduction in the radiation level ).

Die geringere Kissentiefe hat im Falle des Querausgleichs des Schalldruckes (der nicht mehr der ungestörten Feld ausbildung folgt) zwar eine geringfügig höhere Druckbeauf schlagung der strukturabgewandten Oberfläche 5 zur Folge, genügt aber völlig, die Randbedingungen für einen aku stischen Kurzschluß herzustellen.The lower cushion depth has in the case of the transverse compensation of the sound pressure (which no longer follows the undisturbed field formation) a slightly higher pressurization of the surface 5 facing away from the structure, but is entirely sufficient to establish the boundary conditions for an acoustic short circuit.

Zwecks Vermeidung von Gasverlusten infolge Diffussion durch die Kunststoffolie des Kissens dürfen nur metallisierte Folien als Kissenwerkstoff zur Verwendung gelangen.To avoid gas loss due to diffusion the plastic film of the pillow may only be metallized Use foils as pillow material.

Claims

1. Device for reducing the radiation of airborne sound, which emanates from a bending wave field of a surface contour excited to vibrate a structure, in which a gas cushion filled with gas is applied to the surface contour in order to acoustically defuse the structure, with an element lighter than gas Air is used, characterized in that the foil cushion ( 1 ) is designed in the direction parallel to the surface contour ( 3 ) of a structure ( 2 ) to allow pressure equalization, and in that the foil cushion ( 1 ) is under pressure against the surface contour ( 3 ) is pressed.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that helium or hydrogen is used as the gas for the filling of the foil cushion ( 1 ).

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that one of the surface contour ( 3 ) from the facing surface ( 5 ) of the foil cushion ( 1 ) is covered with a heavy material layer ( 6 ).

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the film cushion ( 1 ) consists of a metallized film.