DE4130559A1 - Schalldaempfungssystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schalldämpfungssystem und insbesondere ein Schalldämpfungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Zur Verringerung von Geräuschen, die sich in einem gegebenen Lei­ tungsrohr ausbreiten, sind aus dem Stand der Technik verschiedene passive Schalldämpfer vom Expansionstyp, vom Resonanztyp, vom Interferenztyp, vom Schallabsorptionstyp und dergleichen bekannt und in praktischem Gebrauch. In diesen passiven Schalldämpfern, die in ei­ nem Leitungsrohr vorgesehen werden, in dem sich die Geräusche aus­ breiten, ist eine Oberfläche mit einer unstetigen Schallimpedanz ausge­ bildet, die eine Schallreflexionsfläche bildet, durch die ein Teil der Schallenergie zur Schallquelle reflektiert wird. Ferner wird bei solchen Schalldämpfern die Geräuschunterdrückung durch die Ausnutzung der Interferenz der Schallwelle im Leitungsrohr erzielt.

Aus dem US-Patent Nr. 20 43 416 (1934, P. Lueg) ist eine sogenannte "aktive Geräuschsteuerung" bekannt, die eine aktive Schallkonduktanz verwendet. In dieser Steuerung wird ein zu dämpfendes Geräusch oder ein zu dämpfender Schall (Primärschall) mit einem weiteren Schall (Sekundärschall), dessen Phase gegenüber derjenigen des Primärschalls umgekehrt ist, überlappt. Mit dem in diesem Patent offenbarten Ver­ fahren kann theoretisch für ein breites Schallfrequenzband eine perfekte Geräuschreflexionsfläche und somit eine perfekte Geräuschunterdrüc­ kung erzielt werden.

Unter den verschiedenen aktiven Geräuschsteuerungen, die heute im großen Umfang für die Geräuschdämpfung in einem Leitungsrohr­ system verwendet werden, befinden sich Verfahren, die auf der in dem US-Patent offenbarten Maßnahme basieren. Das heißt, daß der Schall­ druck eines Primärschalls am Ort einer sekundären Schallquelle (etwa eines Lautsprechers) berechnet wird,indem ein von einem vor der se­ kundären Schallquelle befindlichen Schalldetektor (etwa einem Mikro­ phon) ausgegebenes Referenzsignal einer digitalen Signalverarbeitung unterworfen wird. Durch die Verwendung des auf diese Weise berech­ neten Schalldrucks wird ein Sekundärschall erzeugt, dessen Phase ge­ genüber derjenigen des Primärschalls umgekehrt ist, um so den Pri­ märschall zu kompensieren.

Theoretisch wird eine perfekte Kompensation des Primärschalls erhal­ ten, wenn die Amplitude des Sekundärschalls gleich derjenigen des Primärschalls ist und die Phase des Sekundärschalls gegenüber derjeni­ gen des Primärschalls genau umgekehrt ist, d. h., wenn am Ort der Se­ kundärschallquelle eine perfekte Schallreflexionsfläche erzeugt wird. Das bedeutet, daß für eine perfekte Kompensation des Primärschalls am Ort der Sekundärschallquelle eine Schallwellen-Sperrfläche ge­ schaffen werden muß. Wenn theoretisch diese perfekte Schallreflexi­ onsfläche erzeugt wird, kann sich die Schallwelle nicht in einen Bereich hinter der Schallreflexionsfläche ausbreiten. Daher stellt in diesem theoretischen Fall die sekundäre Schallquelle das einzige relevante Element dar.

Zusätzlich zu dem obenerwähnten aktiven Steuerverfahren ist von K. H. Eghtesadl u. a. im Jahre 1983 ein sogenanntes "Verfahren mit eng gekoppeltem Monopol" ("Tight-Coupled Monopol Method") vorge­ schlagen worden. In diesem Verfahren werden ein Mikrophon für die Erfassung eines Referenzsignals und ein als Sekundärschallquelle die­ nender Lautsprecher an der gleichen Position angeordnet. Dieses Ver­ fahren besitzt den Vorteil, daß es durch Störungen bei der Ausbreitung der Schallwelle im Leitungsrohrsystem kaum beeinflußt wird und daß mit ihm eine Schalldämpfungseinrichtung geschaffen werden kann, die einen einfachen Aufbau besitzt. Ein ähnliches Verfahren wurde 1953 von Olsen vorgeschlagen.

Die Verfahren der obenerwähnten aktiven Geräuschsteuerungen besit­ zen jedoch aufgrund ihrer Natur die folgenden Nachteile.

Erstens ist das Frequenzband, das die Bildung der perfekten Ge­ räuschreflexionsfläche ermöglicht, nicht ausreichend breit, ferner ist die Schallabsorption gering. Das bedeutet, daß unvermeidlich ein Fre­ quenzband erzeugt wird, in dem eine negative Geräuschreduktion (d. h. eine Geräuschzunahme) auftritt. Wenn eine ausreichende Schalldämp­ fungswirkung beabsichtigt ist, wird außerdem die Anordnung der ver­ schiedenen Elemente im Leitungsrohrsystem kompliziert, was einen Druckverlust im Leitungsrohrsystem zur Folge haben kann.

Zweitens ist die Ausbildung der perfekten Geräuschreflexionsfläche nur in der Theorie möglich, wie oben erwähnt worden ist. Von einem praktischen Standpunkt aus ist die Erzeugung eines wirklichen Gerätes gemäß dieser Theorie unmöglich. Das heißt, daß das Gerät aufgrund einer Interferenz einer reflektierten Schallwelle hinter der sekundären Schallquelle mit einer Schallwelle, die von einem Punkt im Leitungsrohrsystem vor der Sekundärschallquelle reflektiert worden ist, keine zufriedenstellende Schalldämpfung besitzt.

Drittens wird in den herkömmlichen aktiven Geräuschsteuerungsver­ fahren das für die Herleitung der Schalldrücke der Primärquelle am Ort der Sekundärschallquelle verwendete Referenzsignal normalerweise von einem Mikrophon erfaßt, das sich entfernt von der Sekundärschall­ quelle befindet. Wie bekannt, ändert sich jedoch die Ausbreitungscha­ rakteristik der Schallwelle in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases im Leitungsrohrsystem und von der Geschwindigkeit, mit dem das Gas durch dieses Leitungsrohrsystem strömt. Durch diese Ände­ rung der Charakteristik wird ein Fehler erzeugt, der sich dann bemerk­ bar macht, wenn für die Kompensation des Primärschalls der Sekun­ därschall abgeleitet wird. Bisher ist für die Beherrschung dieses un­ gewünschten Sachverhalts eine adaptive Signalverarbeitung verwendet worden. Mit dieser Verarbeitung kann jedoch eine schnelle Änderung der Gastemperatur und/oder -geschwindigkeit nicht beherrscht werden. Ferner wird das elektrische System für die Verarbeitung der Signale kompliziert.

Viertens besteht die aktive Geräuschsteuerung, die das "Verfahren mit eng gekoppeltem Monopol" verwendet, darin, eine perfekte Geräuschreflexionsfläche auszubilden, wie oben beschrieben worden ist. Daher ist es bei dieser Steuerung notwendig, die Phase des von ei­ nem Mikrophon erfaßten Schallsignals umzukehren und das Signal mittels eines Verstärkers mit unendlicher Verstärkung unendlich zu verstärken. In der praktischen Anwendung wird jedoch aufgrund der Natur der Phasencharakteristik unvermeidlich eine unerwünschte Os­ zillation erzeugt. Daher kann eine perfekte Geräuschreflexionsfläche nicht geschaffen werden.

Im folgenden werden die obenerwähnten Sachverhalte, durch die die herkömmlichen Schalldämpfungssysteme negativ beeinflußt werden, nochmals aufgeführt:

• 1. In den passiven Schalldämpfern ist die Anordnung der Elemente im Leitungsrohrsystem kompliziert, was einen Druckverlust im System zur Folge haben kann.
• 2. Die passiven Schalldämpfer, die für die Dämpfung einer Schall­ welle mit niedriger Frequenz verwendet werden, besitzen unvermeidlich einen Aufbau mit großen Abmessungen.
• 3. Wenn die passiven Schalldämpfer auf eine Schallwelle mit breitem Frequenzband angewendet werden, wird zwangsläufig ein Frequenzband erzeugt, in dem eine negative Geräuschreduktion (d. h. eine Geräuschzunahme) auftritt.
• 4. Die bisher vorgeschlagenen aktiven Schalldämpfer zielen auf die Ausbildung einer perfekten Geräuschreflexionsfläche. Die Ausbil­ dung einer solchen Fläche ist jedoch in der Praxis unmöglich. Das heißt, daß aufgrund einer Interferenz der verschiedenen Elemente im Leitungsrohrsystem einschließlich eines Abschlußendes des Sy­ stems solche Schalldämpfer keine zufriedenstellende Schalldämp­ fungsleistung besitzen.
• 5. Bei aktiven Schalldämpfern der Bauart, in der ein Mikrophon für die Erfassung eines Referenzsignals und ein Lautsprecher für die Erzeugung eines Sekundärschalls im Hauptleitungsrohr voneinan­ der entfernt angeordnet sind, verändert sich die Ausbreitungscha­ rakteristik der Schallwelle in Abhängigkeit von der Gastemperatur im Leitungsrohrsystem und von der Geschwindigkeit, mit der das Gas durch das Leitungsrohrsystem strömt. Um diese Änderung der Charakteristik zu beherrschen, ist eine adaptive Signalverar­ beitung verwendet worden. Für diese Verarbeitung ist jedoch ein sehr kompliziertes elektrisches System erforderlich, weshalb es sehr schwierig ist, dieses System für den praktischen Einsatz tauglich zu machen.
• 6. Mit dem "Verfahren mit eng gekoppeltem Monopol" kann der im Absatz (5) erwähnte Nachteil beseitigt werden. Bei diesem Ver­ fahren können jedoch aufgrund seiner Natur unerwünschte Oszillationen auftreten.
• 7. Für aktive Schalldämpfer der Bauart, bei der die aktiven Elemente in einem Hauptleitungsrohr des Leitungsrohrsystems angeordnet werden, ist es notwendig, ein Material zu verwenden, das gegen­ über dem im Hauptleitungsrohr des Systems strömenden Gas wi­ derständig ist. Das bedeutet, daß in einem Leitungsrohrsystem, durch das Gase mit hoher Temperatur und/oder korrosive Gase strömen, herkömmliche Mikrophone und Lautsprecher nicht ver­ wendet werden können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schalldämpfungssystem zu schaffen, das die obenerwähnten Nachteile der herkömmlichen Schalldämpfungssysteme nicht besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einem Schalldämpfungssystem der gattungs­ gemäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß wird ein Schalldämpfungssystem geschaffen, das in einem breiten Schallfrequenzband eine zufriedenstellende Schall­ dämpfungsleistung besitzt.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind im Ne­ benanspruch und in den Unteransprüchen, die sich auf besondere Aus­ führungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs­ formen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Schalldämpfungssystem gemäß einer ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schalldämpfungssystem gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3A einen Graphen zur Veranschaulichung einer geschätzten Schalldämpfungsleistung der zweiten Ausführungsform;

Fig. 3B einen Graphen zur Veranschaulichung einer gemessenen Schalldämpfungsleistung der zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Schalldämpfungssystem gemäß einer dritten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 einen Graphen zur Veranschaulichung der geschätzten und der gemessenen Schalldämpfungsleistungen der dritten Aus­ führungsform.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfungssystems gezeigt.

Das Schalldämpfungssystem gemäß dieser Ausführungsform umfaßt im allgemeinen ein Hauptleitungsrohrsystem 1, das ein vorderes und ein hinteres kleineres Leitungsrohr 1a bzw. 1b und einen zwischen diese vorderen und hinteren Leitungsrohre 1a bzw. 1b eingesetzten passiven Schalldämpfer (d. h. eine Expansionskammer) enthält. Wie aus der fol­ genden Beschreibung deutlich wird, breitet sich der zu dämpfende Schall im Hauptleitungsrohrsystem 1 in der Richtung vom vorderen kleineren Leitungsrohr 1a zum hinteren kleineren Leitungsrohr 1b aus. Der passive Schalldämpfer 2 ist mit einem Paar von abgezweigten Leitungsrohrsystemen 3a und 3b ausgerüstet, die jeweils ein aktives Element 4a bzw. 4b besitzen. Genauso ist das hintere kleinere Lei­ tungsrohr 1b mit einem Paar von abgezweigten Leitungsrohrsystemen 3c und 3d ausgerüstet, von denen jedes ein aktives Element 4c bzw. 4d besitzt.

Wie gezeigt, sind diese Systeme und Teile so kombiniert und angeord­ net, daß sie eine Mehrzahl von Schallreflexionsflächen A, B, C, D, E und F bilden.

Mit dem Bezugszeichen 8 ist eine Primärschallquelle bezeichnet, mit der ein Einlaßende des Hauptleitungsrohrsystems 1 verbunden ist.

Das aktive Element 4a, 4b, 4c oder 4d eines jeden abgezweigten Lei­ tungsrohrsystems 3a, 3b, 3c bzw. 3d umfaßt ein Mikrophon 5a, 5b, 5c bzw. 5d, einen Lautsprecher (d. h. eine sekundäre Schallquelle) 6a, 6b, 6c bzw. 6d und eine Signalverarbeitungs- und -verstärkungseinheit 7a, 7b, 7c bzw. 7d.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Schallreflexionsflächen F, A, C und E vom Passivtyp sind, während die übrigen Schallreflexionsflächen B und D vom Aktivtyp sind. Aufgrund ihrer Natur sind die aktiven Schallreflexionsflächen B und D keine perfekten Geräuschre­ flexionsflächen.

In jedem aktiven Element 4 wird ein vom Mikrophon 5 aufgenom­ menes Signal von der Signalverarbeitungs- und -verstärkungseinheit 7 geeignet verarbeitet und verstärkt und dann vom Lautsprecher 6 ausge­ geben.

In der vorliegenden Erfindung wird ein eng gekoppelter Monopol mit niedriger Verstärkung (der im folgenden mit LTCM bezeichnet wird) verwendet. Das heißt, daß das Mikrophon 5 im wesentlichen an dersel­ ben Stelle wie der Lautsprecher 6 angebracht ist. Der Verstärkungs­ faktor der Verstärkungseinheit 7 wird auf einen niedrigen Pegel, beispielsweise auf einen Pegel unter 20 dB eingesteuert, um die Erzeu­ gung von Oszillationen zu unterdrücken. Es wird darauf hingewiesen, daß das obenerwähnte herkömmliche Schalldämpfungssystem mit dem "eng gekoppelten Monopol", das auf die Ausbildung einer perfekten Geräuschreflexionsfläche zielt, den Nachteil einer Erzeugung von Os­ zillationen aufweist.

Falls gewünscht, kann anstelle des obenerwähnten LTCM ein anderes aktives Element verwendet werden, in dem das Bezugssignal an einer Position erfaßt wird, die sich näher am Hauptleitungsrohrsystem 1 als an der Position des Mikrophons 5 befindet.

Ferner kann jedes abgezweigte Leitungssystem 3 außerdem ein passi­ ves Element enthalten, falls dies wünschenswert erscheint. Das heißt, daß zwischen dem Mikrophon 5 und dem Lautsprecher 6 ein Leitungs­ rohr oder dergleichen angeordnet werden kann.

Wie oben beschrieben, sind die aktiven Schallreflexionsflächen B und D, die von den aktiven Elementen 4 gebildet werden, keine perfekten Geräuschreflexionsflächen, da eine solche Oberfläche nur schwer pro­ duziert werden kann. Das heißt, daß die Reflexionsflächen B und D eine Schallwelle teilweise reflektieren, teilweise absorbieren und teil­ weise hindurchdurchlassen.

Das bedeutet, daß erfindungsgemäß eine Interferenz zwischen den re­ flektierten Wellen von den aktiven Schallreflexionsflächen B und D und von den passiven Schallreflexionsflächen A, C, E und F positiv ausge­ nutzt wird.

Jedes abgezweigte Leitungsrohrsystem 3 besitzt ein Bauteil, das der Isolation des entsprechenden aktiven Elementes 4 gegenüber der Gas­ strömung im Hauptleitungsrohrsystem 1 dient.

Um das Mikrophon 5 und den Lautsprecher 6 vor der Hitze des im Hauptleitungsrohrsystem 1 strömenden Gases zu schützen, ist an einem Einlaßbereich eines jeden abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 ein Wärmeisolationsmaterial 9 angebracht. Falls gewünscht, kann in einem solchen Bereich eine Kühleinrichtung angeordnet werden, um einen Wärmeschutz dieses Bereichs sicherzustellen.

Wenn das im Hauptleitungsrohrsystem 1 strömende Gas ein Hochtem­ peraturgas und/oder ein korrosives Gas ist, wird für das Material 9 vorzugsweise Glaswolle oder dergleichen verwendet, welche ein Ein­ dringen des Gases in das abgezweigte Leitungssystem 3 verhindern kann.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Länge eines jeden abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 in Abhängigkeit von der benötigten Schalldämpfungsleistung und vom Einflußgrad des im Hauptleitungsrohrsystem 1 strömenden Gases bestimmt wird. Wenn daher der Einfluß des Gases vernachlässigbar klein ist, kann die Länge des abgezweigten Leitungs­ rohrsystems 3 den Wert 0 (null) besitzen, wodurch eine direkte An­ bringung des LTCM am Hauptleitungsrohrsystems 1 möglich ist. In diesem Fall wird eine optimale Schalldämpfungswirkung erzielt.

Es wird ferner darauf hingewiesen, daß nicht nur Oberflächen F, A und C, die durch die Expansions- und Kontraktionsteile in den Schall­ dämpfern vom Expansionstyp, vom Resonanztyp, vom Interferenztyp und vom Absorptionstyp erzeugte Unstetigkeiten der Schallimpedanz darstellen, sondern auch die offene Fläche E, die am Abschlußende des Hauptleitungsrohrsystems 1 definiert ist, eine passive Schallreflexions­ fläche bilden.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 der Betrieb des Schalldämpfungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die in der primären Schallquelle 8 erzeugte Schallwelle breitet sich im Hauptleitungsrohrsystem 1 aus und wird von den drei passiven Schall­ reflexionsflächen A, C und E, die am Einlaßbereich bzw. am Auslaß­ bereich der Expansionskammer 2 bzw. am Abschlußende des Haupt­ leitungsrohrsystems 1 gebildet werden, und an den zwei aktiven Schall­ reflexionsflächen B und D, die zwischen dem Paar von abgezweigten Leitungsrohrsystemen 3a und 3b bzw. zwischen dem anderen Paar von abgezweigten Leitungsrohrsystemen 3c und 3d gebildet werden, re­ flektiert.

Während dieser Schallausbreitung tritt zwischen den Vorwärts-Schall­ wellen und den Rückwärts-Schallwellen im Hauptleitungsrohrsystem 1 eine Interferenz auf. Wenn die Schallquelle 8 einer Wellenreflexion unterworfen wird, hat die Schallreflexionsfläche F an der Einlaßseite des Hauptleitungsrohrsystems 1 eine bestimmte Wirkung auf die Wel­ leninterferenz.

An den aktiven Schallreflexionsflächen B und D findet eine teilweise Schallabsorption statt.

Dadurch wird der von der primären Schallquelle 8 erzeugte Schall ge­ dämpft und vom Abschlußende des Hauptleitungsrohrsystems 1 emit­ tiert.

Im folgenden werden Abwandlungen der vorliegenden Erfindung be­ schrieben.

Obwohl in der obenerwähnten ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, daß das Mikrophon 5 im wesentlichen an der Position des Lautsprechers 6 angebracht ist, können diese zwei Einrichtungen 5 und 6 in einem gegenseitigen Abstand angeordnet werden. Falls gewünscht, kann für die Signalverarbeitung eine adaptive Signalverarbeitung ver­ wendet werden. Ferner kann jedes abgezweigte Leitungsrohrsystem 3 ein passives Element enthalten, falls dies wünschenswert erscheint.

Der Abstand zwischen dem Mikrophon 5 und dem Lautsprecher 6 und deren räumliche Beziehung werden in Abhängigkeit von der benötigten Schalldämpfungsleistung bestimmt. Daher kann selbst bei konstant ge­ haltener Länge des abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 die Resonanz­ frequenz des Systems 3 eingestellt werden indem der Abstand und die räumliche Beziehung zwischen dem Mikrophon 5 und dem Lautspre­ cher 6 geändert werden.

Für das aktive Element 4 kann beispielsweise eine Anordnung zur An­ wendung kommen, in der sich der LTCM am Abschlußende eines je­ den abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 befindet und in dem die Ver­ stärkung des LTCM auf den Faktor 0,5 eingestellt ist. In diesem Fall besitzt das Abschlußende des abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 keine Schallreflexionsfläche, ferner wird über ein breites Frequenzband des Geräusches eine gleichmäßige Schalldämpfungscharakteristik er­ zielt. In diesem Fall besteht hinsichtlich der Länge des abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 keine Beschränkung, so daß die Verringerung des Einflusses der Gasströmung im Hauptleitungsrohrsystem 1 auf den Lautsprecher 6 leicht erreicht werden kann.

Wenn die Charakteristik der Signalverarbeitungs- und -verstärkungs­ einheit 7 geändert wird, wird zwangsläufig auch die Charakteristik der Schallreflexionsfläche eines jeden abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 geändert. Wenn beispielsweise der LTCM am Abschlußende des abge­ zweigten Leitungsrohrsystems 3 angeordnet wird und die Verstärkung des LTCM auf einen geeigneten Pegel eingestellt wird, der vom oben­ erwähnten Pegel (d. h. vom Pegel 0,5) verschieden ist, hat der Schallübertragungsverlust des abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 eine Resonanzänderung zur Folge. Das heißt, daß bei einer Änderung der Verstärkung des LTCM auf einen geeigneten Pegel die Schärfe der Resonanz geändert wird und eine Umkehrung zwischen Resonanz und Antiresonanz erreicht wird. Ferner wird die Abstimmung der Reso­ nanzfrequenz durch eine Änderung der Phasencharakteristik der Si­ gnalverarbeitungs- und Verstärkungseinheit 7 erreicht.

Wenn gewünscht, können um den passiven Schalldämpfer 2 oder um das zweite kleinere Leitungsrohr 1b mehr als zwei abgezweigte Lei­ tungsrohrsysteme 3 angeordnet werden. Bei einer solchen Anordnung kann die Schalldämpfung weitaus wirksamer ausgeführt werden, ohne daß die Größe des gesamten Schalldämpfungssystems zunimmt.

Wenn die Charakteristik des Schalls von der primären Schallquelle 8 in hohem Maß geändert wird, sollten der Verstärkungsfaktor des Verstär­ kers eines jeden aktiven Elementes 4 und die Charakteristik der ent­ sprechenden Signalverarbeitungs- und -verstärkungseinheit 7 insgesamt gesteuert werden.

Falls gewünscht, kann die Expansionskammer 2 des Schalldämpfungssystems mit einem Schallabsorptions- und Wärmeisolationsmaterial wie etwa Glaswolle oder dergleichen gefüllt werden, um die Schalldämp­ fungswirkung des Systems zu erhöhen.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfungssystems gezeigt.

In dieser zweiten Ausführungsform ist keine Einrichtung vorgesehen, die der Expansionskammer 2 in der ersten Ausführungsform von Fig. 1 entspricht. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind in einem axialen Abstand des Hauptleitungsrohrsystems 1 zwei abgezweigte Leitungsrohrsysteme 3e und 3f angeordnet, die die aktiven Schallreflexionsflächen B und D bil­ den. Daher sind in dieser Ausführungsform zwei aktive Schallrefle­ xionsflächen B und D und eine passive Schallreflexionsfläche E vorgesehen.

In Fig. 3A ist ein Graph gezeigt, der die geschätzte Leistung des Schalldämpfungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform von Fig. 2 veranschaulicht. Die mittels einer unterbrochenen Linie gezeichnete Kurve stellt die geschätzte Dämpfung dar, die mit der zweiten Ausfüh­ rungsform erzielt wird, während die anderen Kurven, die mittels einer durchgezogenen Linie bzw. mittels einer punktierten Linie gezeichnet sind, die geschätzten Dämpfungen darstellen, die von anderen Schall­ dämpfungssystemen eines zur zweiten Ausführungsform ähnlichen Typs erzielt werden, wobei ein System (das System, welches die durch die durchgezogene Kurve veranschaulichte Leistung zeigt) ein System mit drei aktiven Schallreflexionsflächen ist und das andere System (d. h. das System, das die durch die punktierte Kurve veranschaulichte Lei­ stung zeigt) ein System ist, das nur eine aktive Schallreflexionsfläche besitzt.

Aus diesem Graphen wird deutlich, daß bei einem System mit nur einer aktiven Schallreflexionsfläche in periodischem Abstand sehr schmale Dämpfungszonen auftreten. Bei steigender Anzahl der aktiven Schallre­ flexionsflächen neigen jedoch diese unerwünschten Bereiche zum Ver­ schwinden. Das bedeutet, daß selbst dann, wenn keine der aktiven Schallreflexionsflächen eine perfekte Schallreflexionsfläche ist, eine zu­ friedenstellende Dämpfung erzielt wird, wenn eine Mehrzahl von akti­ ven Schallreflexionsflächen kombiniert wird.

In Fig. 3B ist ein Graph gezeigt, durch den die gemessene Leistung des Schalldämpfungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform von Fig. 2 veranschaulicht wird. Das heißt, daß die mittels einer unterbrochenen Linie gezeichnete Kurve die gemessene Dämpfung veranschaulicht, die durch das System der zweiten Ausführungsform erzielt wird, während die mittels einer durchgezogenen Linie gezeichnete Kurve die ge­ schätzte Dämpfung zeigt, die von der zweiten Ausführungsform erzielt wird. Die Länge eines jeden abgezweigten Leitungsrohrsystems 3 be­ trug 10 mm, so daß die Länge im Hinblick auf den Meßbereich ver­ nachlässigt werden konnte. Der Graph von Fig. 3B macht deutlich, daß zwischen der geschätzten Leistung und der gemessenen Leistung eine erhebliche Korrelation besteht.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfungssystems gezeigt.

Diese Ausführungsform ist im wesentlichen gleich der zweiten Ausfüh­ rungsform, mit der Ausnahme, daß eine Expansionskammer vorgese­ hen ist. Das heißt, daß in der dritten Ausführungsform ein Teil des Hauptrohrleitungssystems 1, an dem sich das in Vorwärtsrichtung ab­ gezweigte Leitungsrohrsystem 3e befindet, eine Expansionskammer 2 bildet. Daher sind in dieser Ausführungsform zwei aktive Schallrefle­ xionsflächen B und D und drei passive Schallreflexionsflächen A, C und E ausgebildet. Falls gewünscht, kann die Expansionskammer 2 mit einem Schallabsorptions- und Wärmeisolationsmaterial wie etwa Glas­ wolle oder dergleichen gefüllt werden, um die Schalldämpfungswir­ kung des Schalldämpfungssystems zu fördern.

In Fig. 5 ist ein Graph gezeigt, der die geschätzten und die gemessenen Leistungen des Schalldämpfungssystems gemäß der dritten Ausfüh­ rungsform von Fig. 4 veranschaulicht. Das heißt, daß die mittels einer durchgezogenen Linie gezeichnete Kurve die von der dritten Ausfüh­ rungsform erreichte geschätzte Dämpfung darstellt, während die mittels einer unterbrochenen Linie gezeichnete Kurve die von der dritten Aus­ führungsform erreichte gemessene Dämpfung darstellt. Zum Vergleich sind in dem Graphen zwei weitere Ergebnisse gezeigt. Die mittels einer punktierten Linie gezeichnete Kurve zeigt die geschätzte Dämpfung, die von einem System erreicht wird, das nur die passiven Schallrefle­ xionsflächen A, C und E umfaßt, während die mittels einer Strichpunktlinie gezeichnete Kurve die von diesem System erreichte gemessene Dämpfung zeigt. Aus dem Graphen von Fig. 5 wird deut­ lich, daß zwischen der geschätzten Leistung und der gemessenen Lei­ stung eine erhebliche Korrelation besteht.

Aus dem Graphen von Fig. 5 wird weiterhin deutlich, daß durch die Schaffung der aktiven Schallreflexionsflächen eine zufriedenstellende Dämpfung in einem breiten Frequenzband erzielt werden kann.

Claims (18)

1. Schalldämpfungssystem zur Dämpfung des von einer Schall­ quelle (8) ausgegebenen Schalls, mit
einem Hauptleitungsrohr (1), durch das sich der Schall von der Schallquelle (8) ausbreitet, und
einer ersten Einrichtung (2), mit der im Hauptleitungsrohr (1) wenigstens eine passive Schallreflexionsfläche (A, F, C, E) definiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Einrichtung (4a bis 4d; 4e, 4f) vorgesehen ist, um im Hauptleitungsrohr (1) eine Mehrzahl von aktiven Schallreflexions­ flächen (B, D) zu definieren, und
die aktiven Schallreflexionsflächen (B, D) derart beschaffen sind, daß sie den Schall teilweise hindurchlassen.

2. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die passive Schallreflexionsfläche der ersten Einrichtung einen Teil eines passiven Schalldämpfers (2) bildet.

3. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die passive Schallreflexionsfläche (E) an einem Ab­ schlußende des Leitungsrohrs (1) definiert ist.

4. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der passive Schalldämpfer (2) vom Expansionstyp ist.

5. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Expansions-Schalldämpfer (2) mit einem Schallab­ sorptionsmaterial gefüllt ist.

6. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der aktiven Schallreflexionsflächen (B, D) der zwei­ ten Einrichtung (4a bis 4d; 4e, 4f) mit einem abgezweigten Leitungs­ rohrsystem versehen ist, welches umfaßt:
ein mit dem Hauptleitungsrohr (1) verbundenes abgezweigtes Leitungsrohr (3a bis 3d; 3e, 3f),
einen Schallerfassungssensor (5a bis 5d; 5e, 5f), der im abge­ zweigten Leitungsrohr (3a bis 3d; 3e, 3f) angeordnet ist, um auf der Grundlage eines Signals von der Schallquelle (8) ein Referenzsignal zu erfassen,
eine sekundäre Schallquelle (6a bis 6d; 6e, 6f), die im abge­ zweigten Leitungsrohr (3a bis 3d; 3e, 3f) angeordnet ist, um dann, wenn sie betätigt wird, einen sekundären Schall auszugeben, und
eine Signalverarbeitungseinheit (7a bis 7d; 7e, 7f), die die se­ kundäre Schallquelle (6a bis 6d; 6e, 6f) auf der Grundlage der Verar­ beitung des Referenzsignals betätigt.

7. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die sekundäre Schallquelle (6a bis 6d; 6e, 6f) an einem Abschlußende des abgezweigten Leitungsrohrs (3a bis 3d; 3e, 3f) an­ geordnet ist.

8. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge eines jeden der abgezweigten Leitungsrohre (3a bis 3d; 3e, 3f) ungefähr 10 mm beträgt.

9. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens zwei (3a, 3b; 3c, 3d) der abgezweigten Lei­ tungsrohrsysteme (3a bis 3d) der zweiten Einrichtung (4a bis 4d) im wesentlichen im selben Abschnitt des Hauptleitungsrohrs (1) angeord­ net sind.

10. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schallerfassungssensor (5a bis 5d; 5e, 5f) und die se­ kundäre Schallquelle (6a bis 6d; 6e, 6f) im abgezweigten Leitungsrohr (3a bis 3d; 3e, 3f) im wesentlichen an derselben Position angeordnet sind und die Signalverarbeitungseinheit (7a bis 7d; 7e, 7f) auf eine ver­ hältnismäßig niedrige Verstärkung eingestellt wird.

11. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkung ungefähr 0,5 beträgt.

12. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (7a bis 7d; 7e, 7f) eine Phasenumkehrungscharakteristik und eine Resonanzfrequenz-Va­ riierungseigenschaft besitzt.

13. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schallerfassungssensor (5a bis 5d; 5e, 5f) und die se­ kundäre Schallquelle (6a bis 6d; 6e, 6f) im wesentlichen an der glei­ chen Position angeordnet sind und die Signalverarbeitungseinheit (7a bis 7d; 7e, 7f) auf eine verhältnismäßig niedrige Verstärkung eingestellt wird.

14. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Schallerfassungssensor (5a bis 5d; 5e, 5f) und der sekundären Schallquelle (6a bis 6d; 6e, 6f) ein passives Ele­ ment eingebaut ist.

15. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (7a bis 7d; 7e, 7f) so be­ schaffen ist, daß sie eine adaptive Signalverarbeitung ausführen kann, durch die die Ausgabe von der Einheit in Abhängigkeit von der Cha­ rakteristik des Referenzsignals vom Schallerfassungssensor (5a bis 5d; 5e, 5f) vollständig korrigiert wird.

16. Schalldämpfungssystem zur Dämpfung des von einer Schall­ quelle (8) ausgegebenen Schalls, mit
einem Hauptleitungsrohr (1), durch das sich der Schall von der Schallquelle (8) ausbreitet, und
einem passiven Schalldämpfer (2), der funktional im Haupt­ leitungsrohr (1) angeordnet ist und an vorderen und hinteren Abschnit­ ten des passiven Schalldämpfers (2) wenigstens zwei passive Schallre­ flexionsflächen (A, C) definiert,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Paar von abgezweigten Leitungsrohrsystemen (3a, 3b) vorgesehen ist, die am passiven Schalldämpfer (2) angeordnet sind, um im passiven Schalldämpfer (2) eine aktive Schallreflexionsfläche (B) zu definieren, wobei jedes abgezweigte Leitungsrohrsystem ein mit dem Hauptleitungsrohr (1) verbundenes abgezweigtes Leitungsrohr (3a, 3b), einen im abgezweigten Leitungsrohr (3a, 3b) angeordneten Schallerfas­ sungssensor (5a, 5b) zum Erfassen eines Referenzsignals auf der Grundlage eines von der Schallquelle (8) ausgegebenen Signals, eine im abgezweigten Leitungsrohr (3a, 3b) angeordnete sekundäre Schallquelle (6a, 6b) für die Ausgabe eines sekundären Schalls im Falle ihrer Betätigung, und eine Signalverarbeitungseinheit (7a, 7b) zum Betätigen der sekundären Schallquelle (6a, 6b) auf der Grundlage der Verarbeitung des Referenzsignals enthält und
die abgezweigten Leitungsrohrsysteme (3a, 3b) so aufgebaut sind, daß die geschaffene aktive Schallreflexionsfläche (B) im passiven Schalldämpfer (2) den Schall teilweise hindurchdurchläßt.

17. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein weiteres Paar von abgezweigten Leitungsrohrsystemen (3c, 3d), die am Hauptleitungsrohr (1) an einer Position hinter dem passiven Schalldämpfer (2) angeordnet sind, um im Hauptleitungsrohr (1) eine aktive Schallreflexionsfläche (D) zu definieren.

18. Schalldämpfungssystem gemäß Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die abgezweigten Leitungsrohrsysteme (3c, 3d) des weiteren abgezweigten Leitungsrohrsystems so aufgebaut sind, daß die im Hauptleitungsrohr (1) geschaffene aktive Schallreflexionsfläche (D) den Schall teilweise hindurchdurchläßt.