DE4342133A1

DE4342133A1 - Anordnung zur aktiven Schalldämpfung

Info

Publication number: DE4342133A1
Application number: DE4342133A
Authority: DE
Inventors: Stefan Geisenberges
Original assignee: Nokia Deutschland GmbH
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1995-06-14
Also published as: US5466899A; ATE143715T1; DK0657630T3; JPH07271381A; CA2136293A1; ES2095124T3; DE59400768D1; EP0657630A1; EP0657630B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung zur aktiven Schalldämpfung, insbesondere mit einer solchen zur aktiven Schalldämpfung in thermisch und chemisch belasteten Abgasströmen.

Stand der Technik

Gemäß dem Stand der Technik wird unter dem Begriff der aktiven Schalldämpfung eine Maßnahme verstanden, bei welcher das zu dämpfende Geräusch mit einem jedoch um 180° phasenverschobenen Geräusch überlagert wird. Diese - nach dem Prinzip der Auslöschung von Schallwellen arbeitenden - Anordnungen sind allgemein so ausgebildet, daß mittels einer Anordnung das zu dämpfende Geräusch elektroakustisch erfaßt und von einer Signalverarbeitungsanordnung in einen gegenüber dem detektierten Signalverlauf um 180° phasenverschobenen Signalverlauf transferiert wird, bevor das phasenverschobene Signal zur Steuerung eines elektroakustischen Wandlers verwendet wird.

Sollen unter Anwendung dieses Prinzips beispielsweise Abgasströme, wie sie etwa in Auspuffanlagen von Verbrennungsmaschinen auftreten, behandelt werden, muß neben der Schalldämpfung auch gewährleistet bleiben, daß der Abgasstrom in der Auspuffanlage selbst durch die Beschallung mit dem "Antischall" nicht behindert wird. Damit diese Forderung eingehalten wird, wird nach dem Stand der Technik zumindest ein akustischer Wandler in Form eines Lautsprechers so mit der Auspuffanlage verbunden, daß dessen eine Membranseite in direktem Kontakt mit den vorbeiströmenden Abgasen steht. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 näher gezeigt. Diese Prinzipdarstellung zeigt ein Abgasrohr 10, in welchem die von der Verbrennungsmaschine (nicht dargestellt) kommenden Abgase (angedeutet durch die Punktierung) in Pfeilrichtung strömen. Beiderseits des Abgasrohres 10 sind zwei einander gegenüberliegende Öffnungen 11 eingelassen. In jede dieser Öffnungen 11 ist ein Konuslautsprecher 12 so eingesetzt, daß die Lautsprechermembran 13 der beiden Lautsprecher 12 einander zugewandt sind und somit mit ihren einander zugewandten Membranseiten 14 in direktem Kontakt mit den Abgasen stehen. Letzteres ist dadurch veranschaulicht, daß das Abgas auch die von den Membrankronen 13 gebildeten Bereiche B der Lautsprecher 12 ausfüllen. Der rückwärtige Teil der Lautsprecher 12, also der Teil, welcher das Magnetsystem 15 umfaßt, ist von einem Gehäuse 16 umgeben, welches die Lautsprecher gegenüber der Umwelt kapselt.

Wenngleich mit einer solchen Anordnung, deren Lautsprecher 12 den Schall im Abgasrohr 10 mit einem um 180° phasenverschobenen Schallsignalen beaufschlagen, eine gute Schallauslöschung im Abgasrohr bewirkt wird, wird jedoch als nachteilig empfunden, daß die Lautsprechermembranen 13 derartiger Anordnung in direktem Kontakt mit den Abgasen und dem Abgasrohr stehen. Dies deshalb, weil die Abgase thermisch und chemisch belastet sind und diese Belastungen zum einen die akustischen Eigenschaften der Lautsprecher während des Betriebs verändern sowie zum weiteren die Lebensdauer der Membranen 13 sowie ihrer Aufhängungen (nicht dargestellt) erheblich verkürzen. Auch der Einsatz von verbesserten Materialien und hochwertigen Klebstoffen zur Bildung geeigneter Lautsprecher kann - wie Versuche der Anmelderin gezeigt haben - das Lebensdauerproblem nur unzureichend lösen, weil aus akustischen Gründen ein Rückgriff auf temperaturfeste und chemisch beständige Werkstoffe nur bedingt möglich ist.

Eine weitere Anordnung zur aktiven Schalldämpfung ist aus der bislang noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 43 17 403.5 bekannt. Gemäß dieser Anordnung wird der "Antischall" in einer nach dem Doppelkammerprinzip arbeitenden Lautsprecherbox erzeugt und über ein in die vordere Kammer der Box eingesetztes Baßreflexrohr außerhalb der Box mit-der Abgasleitung zusammengeführt. Wenngleich bei einer solchen Anordnung die thermische und chemische Belastung der Lautsprechermembran gering ist, erfordert eine derartige Anordnung außerordentlich hohe Schalldrücke, so daß Dauerleistungen der oder des verwendeten Lautsprechers von etwa 160 Watt keine Seltenheit sind. Ferner kann die mit dieser Anordnung bewirkte Schallauslöschung noch nicht als optimal angesehen werden, weil durch diese Anordnung ein Dipolstrahler entsteht, der im Raum, d. h. außerhalb der Abgasanlage Interferenzerscheinungen zeigt und somit nicht an jeder Stelle eine Schallauslöschung bewirkt. Ferner ist die schlechte Schallauslöschung der aus DE 43 17 403.5 bekannten Anordnung auch darauf zurückzuführen, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Abgasrohr erheblich größer ist als die durch die Membran bewegte Luft.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aktives Schalldämpfungssystem anzugeben, welches die Nachteile gemäß dem Stand der Technik vermeidet.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der jeweilige Lautsprecher in die Trennwand einer nach dem Doppelkammerprinzip arbeitenden Lautsprecherbox eingesetzt ist, daß in die Schallaustrittsöffnung der Lautsprecherbox ein Baßreflexrohr eingesetzt ist, daß das Abgasrohr in die Kammer der Doppelkammerbox mündet, in welche das Baßreflexrohr eingesetzt ist, und daß das aus der Doppelkammerbox heraustretende Ende des Baßreflexrohres das Ende der gesamten Abgasanlage bildet.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 4 entnehmbar.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß das Abgasrohr in die Kammer der Box mündet, in welche das Baßreflexrohr eingesetzt ist und daß das Baßreflexrohr das Ende der gesamten Abgasanlage bildet. Dies deshalb, weil durch die Schallauslöschung im Inneren der Kammer die Leistung des den "Anitschall" abgebenden Lautsprechers gegenüber einer Anordnung gemäß DE 43 17 403.5 erheblich reduziert werden kann, ohne daß das Ergebnis der Schallauslöschung erschlechtert wird. Letzteres beruht darauf, daß eine bei der bekannten Anordnung auftretende Abnahme des vom Lautsprecher abgegebenen Schalldruckpegels über die Baulänge des Baßreflexrohres ausgeschlossen wird, indem gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung der vom Lautsprecher erzeugte "Antischall" im Inneren der Box, d. h. ohne Dämpfung über die Länge des Baßreflexrohres mit dem Abgasstrom zusammengeführt wird. Daß das Baßreflexrohr das Ende der gesamten Abgasanlage bildet, ist für die Abstimmung der Doppelkammerbox wesentlich, denn jede weitere und über die bloße Abstimmung der Box hinausgehende Verlängerung des Baßreflexrohres hätte eine Fehlabstimmung und damit eine Verschlechterung der Schallauslöschung zur Folge.

Eine übermäßige thermische Belastung der in die Trennwand der Box eingesetzten Lautsprecher ist nicht zu erwarten, weil der Lautsprecher durch die strömungsgünstige Anordnung des Abgasrohres gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 in keinem direkten Kontakt mit den Abgasen steht. Da außerdem die erfindungsgemäße Anordnung das Ende der Abgasanlage bildet, sind die von der Verbrennungsmaschine kommenden Abgase bis dahin schon erheblich abgekühlt.

Durch die in Anspruch 2 genannte Beabstandung von Abgasrohr und Baßreflexrohr im Inneren der Box wird eine gute Schallauslöschung erreicht. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Strahlachse des Lautsprechers durch den Abstand zwischen beiden Rohren verläuft.

Kurze Darstellung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein aktives Schalldämpfungssystem,

Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1, jedoch nach dem Stand der Technik, und

Fig. 3 eine weitere Darstellung gemäß Fig. 1.

Wege zum Ausführen der Erfindung

Die Erfindung soll nun anhand der Fig. 1 und 3 näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Lautsprecherbox 17, die mittels einer Trennwand 18 in zwei unterschiedlich große Volumina unterteilt ist. In die Trennwand 18 ist eine Öffnung 19 eingelassen, in welche der Lautsprecher 12 eingesetzt ist. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Membran 13 des Lautsprechers 12 in Richtung des Volumens der Box 17, welches mit der Schallaustrittsöffnung 20 versehen ist. In die Schallaustrittsöffnung 20 ist das Baßreflexrohr 21 eingesetzt, wobei das dem Lautsprecher 12 nahe Ende des Baßreflexrohrs 21 bis ins Innere der Box 17 ragt. Das andere Ende des Baßreflexrohres 21 bildet das Ende der gesamten Abgasanlage, so daß die Abgase nach dem Verlassen des Baßreflexrohres an die Umwelt abgegeben werden.

Schon an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß in einem anderen - nicht dargestellten - Ausführungsbeispiel der Lautsprecher 12 so in die Trennwand 18 eingesetzt sein kann, daß sein Magnetsystem 15 in das Volumen der Box 17 ragt, in welches das Baßreflexrohr 21 mündet. Auch kann die Box 17 mit einer Lautsprecheranordnung betrieben werden, wie sie in Fig. 2 der Schrift DE 43 17 403.5 gezeigt ist.

Das Abgasrohr 10 ist ebenfalls in das Volumen der Box 17, in welches das Baßreflexrohr 21 mündet, geführt und endet dort. Die Strömungsrichtung der Abgase (dargestellt durch die Punktierung) ist durch den Pfeil angedeutet. Deutlich ist der Fig. 1 entnehmbar, daß das Abgasrohr 10 gegenüber dem Baßreflexrohr 21 einen kleineren Innendurchmesser aufweist und die Enden des Abgasrohres 10 und des Baßreflexrohres 21, welche in das Volumen der Box 17 hineinragen, zueinander den Abstand A einnehmen. Ferner ist Fig. 1 entnehmbar, daß die einander zugewandten Enden von Abgasrohr 10 und Baßreflexrohr 21 die gleiche Mittelachse haben, so daß, wenn man den gegenseitigen Abstand A zwischen beiden Rohren 10, 21 vernachläßigt, von einer Koaxialanordnung beider Rohre 10, 21 gesprochen werden kann.

Mittels der in Fig. 1 gezeigten Anordnung erfolgt die Schallauslöschung in der Kammer der Box 17, in welche beide Rohre 10, 21 münden. Hierdurch wird eine ausgezeichnete Schallauslöschung erreicht.

Mit Fig. 3 ist eine weitere Anordnung gemäß Fig. 1 gezeigt. Diese Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Abgasleitung 10 nahe der Box 17 schräg in die vordere Kammer der Box 17 einmündet. Der unmittelbare Mündungsbereich des Abgasrohr 10 ist abgewinkelt ausgebildet womit ein strömungsgünstiger Verlauf des Abgasrohres gegeben ist. Die Mittelachse des Baßreflexrohres 21 verläuft durch den Mittelpunkt des abgewinkelten Endes des Abgasrohres 10. Ferner ist die Trennwand 18 der Box 17 so ausgebildet, daß die Strahlachse S des in sie eingesetzten Lautsprechers 12 durch den Abstand A zwischen beiden Rohren 10, 21 verläuft. Diese Beziehung zwischen Strahlachse S und Abstand A bewirkt eine besonders gute Schallauslöschung.

Die thermischen Belastungen der Lautsprecher 12, welche in den Anordnungen gemäß Fig. 1 und Fig. 3 gezeigt sind, sind zwar gegenüber den Anordnungen gemäß DE 43 17 403.5 erhöht, jedoch gegenüber der Anordnung gemäß Fig. 2 deutlich abgesenkt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zum einen die Lautsprecherbox 17 das Ende der gesamten Abgasanlage bildet und somit die heißen Abgase auf dem Weg von der Verbrennungsmaschine zum Ende des Abgasrohres schon weitgehend abgekühlt sind und zum weiteren darauf, daß gemäß den Anordnungen der vorliegenden Anmeldung das Abgasrohr 10 von der Lautsprecheranordnung 12 in der vorderen Kammer der Box beabstandet ist und das Abgasrohr 10 zum Baßreflexrohr 21 strömungsgünstig liegt. Ferner wirkt auch der Umstand temperaturmindernd, daß der in die Box 17 eingesetzte Lautsprecher 12 zur Schallauslöschung mit geringer Dauerleistung betrieben wird.

Claims

1. Aktives Schalldämpfungssystem in Abgasanlagen mit zumindest einem Lautsprecher, dessen Membran die Schallwellen in die Abgasanlagen abstrahlt,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der jeweilige Lautsprecher (12) in die Trennwand
(18) einer nach dem Doppelkammerprinzip arbeitenden Lautsprecherbox (17) eingesetzt ist,
- daß in die Schallaustrittsöffnung (20) der Lautsprecherbox (17) ein Baßreflexrohr (21) eingesetzt ist,
- daß das Abgasrohr (10) in die Kammer der Doppelkammerbox (17) mündet, in welche das Baßreflexrohr (21) eingesetzt ist, und
- daß das aus der Doppelkammerbox (17) herausragende Ende des Baßreflexrohres (21) das Ende der gesamten Abgasanlage bildet.

2. Aktives Schalldämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Abgasrohres (10) und der Anfang des Baßreflexrohres (21) einen Abstand A zueinander aufweisen.

3. Aktives Schalldämpfungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Baßreflexrohres (21) größer ist als der Innendurchmesser des Abgasrohres (10).

4. Aktives Schalldämpfungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Endbereiche von Abgasrohr (10) und Baßreflexrohr (21), die in die Box (17) hineinragen, die gleiche Mittelachse aufweisen.