EP0473095A2 - Hybrid sound attenuator - Google Patents

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EP0473095A2
EP0473095A2 EP91114279A EP91114279A EP0473095A2 EP 0473095 A2 EP0473095 A2 EP 0473095A2 EP 91114279 A EP91114279 A EP 91114279A EP 91114279 A EP91114279 A EP 91114279A EP 0473095 A2 EP0473095 A2 EP 0473095A2
Authority
EP
European Patent Office
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absorber
sound
hybrid
passive
active
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP91114279A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0473095A3 (en
Inventor
Fridolin Peter Prof. Dr. Mechel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MECHEL FRIDOLIN PETER
Original Assignee
MECHEL FRIDOLIN PETER
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MECHEL FRIDOLIN PETER filed Critical MECHEL FRIDOLIN PETER
Publication of EP0473095A2 publication Critical patent/EP0473095A2/en
Publication of EP0473095A3 publication Critical patent/EP0473095A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17861Methods, e.g. algorithms; Devices using additional means for damping sound, e.g. using sound absorbing panels
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    • G10K2210/50Miscellaneous
    • G10K2210/509Hybrid, i.e. combining different technologies, e.g. passive and active

Definitions

  • Mufflers are mostly lined with "passive" sound absorbers.
  • the interaction of the absorber lining with the sound field in the muffler duct is essentially due to the acoustic surface impedance of the absorber lining.
  • There is a so-called optimal surface impedance which is clearly described by the winding point of the so-called absorber function between the first and the second silencer mode. Realization efforts in the specialist literature have shown that it is fundamentally not possible to maintain this winding point impedance over a larger frequency range with purely passive absorber elements.
  • the noise to be reduced is superimposed by an electro-acoustic system on a sound wave generated by this system in such a way that there is a canceling interference in the direction of sound propagation (method of anti-noise).
  • Silencers are used to reduce the passage of sound through openings. In most applications, these openings are the clear cross sections of channels. Mufflers - and thus also the muffler according to the invention - are also used to reduce the passage of sound through joints (for example door joints) and through openings for material or for people to pass through (for example in soundproof capsules of machines and in soundproof booths). The openings are collectively called "channels" below.
  • the characteristics of the hybrid sound absorber according to the invention must be adapted to the shape of the clear cross section of the silencer duct.
  • the idea of the invention is developed here as an example for rectangular cross sections, as shown in Figure 1 , but is not limited to this shape.
  • the invention can also be used for other cross-sectional shapes, for example in the case of round or annular channels.
  • Silencers with a sound-absorbing lining basically have a sound-absorbing effect by fitting an absorber lining on the entire circumference or on part of the circumference of the clear duct cross-section, which (mostly only in parts, for example the air enclosed in porous materials) is excited to vibrate by the sound wave and thereby interacts with it, so that the sound wave is dampened as it propagates through the channel.
  • the clear cross section of the channel is often subdivided by sound-absorbing backdrops.
  • Such a backdrop silencer is shown in Figure 2 .
  • the idea of the invention is also applicable to such forms of absorber lining. Each gap in the backdrop is then treated like a silencer according to Figure 1 .
  • Sound absorbers are called "passive" if the resonance of the absorber lining is caused by the sound wave solely through mechanical (acoustic) interactions. The strength and phase of the resonance is then determined by the arrangement, the dimensions and the material properties of the absorber lining.
  • the selection of the components of the passive absorber in the silencer according to the invention is not restricted by the inventive concept. These can be, for example: porous sound absorbers made of fiber materials (mineral fibers, metal fibers, plastic fibers, organic fibers, open-cell foams, porous sintered ones Materials etc.), flexible plates, foils and membranes, perforated sheets, fabrics, fleeces etc.
  • These components of the passive absorber can either be in direct contact with one another or at a mutual distance from one another. For a more complete description of such absorber components and their acoustic properties, reference is made to reference [2].
  • the active subsystem consists of one or more sound recorders, one or more signal formers and one or more sound generators (usually: loudspeakers).
  • the sound pickups are mostly microphones, but can also be structure-borne sound pickups.
  • the signal formers for the output signal of the sound pickups are combinations of amplifiers, frequency filters and other electronic components known per se.
  • the sound generator is set into vibration by the electrical output variable of the signal shaper according to the inventive concept in such a way that its vibrating surface (for example a loudspeaker membrane) assumes an acoustic impedance according to the invention.
  • the electronic signal formers can in turn consist of passive and active electronic components (according to the language used in electronics); these can be known “analog” or “digital” functional units.
  • FIG. 3 A diagram of the active subsystem with the sound pickup (1), the signal former (2) and the sound generator (3) is shown in Figure 3 .
  • the loudspeaker of the active subsystem is arranged on the side of the passive absorber layer facing away from the channel and represents an acoustic terminating impedance Z b for this.
  • This arrangement hereinafter referred to as “series connection”, serves in the following as Example of the development of the inventive concept. It is shown schematically in Figure 4 . However, it is not the only possible arrangement according to the invention.
  • the channel-side surface of the sound-absorbing lining consists of an arrangement of "passive" and “active” partial areas.
  • the passive areas are formed by the surface of passive sound absorbers
  • the active areas are formed either by the surface of the loudspeakers or by mouths of loudspeaker chambers, which on their part can again be completely or partially filled with passive absorber components. This arrangement is also referred to as "parallel connection”.
  • Figure 5 contains a schematic representation .
  • Figure 8 shows the frequency curve of the damping D h of the lowest damped mode in a rectangular gap channel when the absorber function U of the absorber lining is at the winding point U wp at all frequencies.
  • the abscissa of this (and all of the following) representation of the damping D h is the product f ⁇ h in [Hz ⁇ m], because silencers can be summarized that meet certain "similarity laws". Note the logarithmic plot of the damping.
  • the publication DE 34 25 450 Al [20] also deals with the same aim, namely to reduce the depth of the link elements.
  • the cited document indicates that with a backdrop arrangement of backdrops of the same thickness with backdrop gaps of equal width in the intermediate region of such a jump, the channel width either loses sound absorption if the backdrop column increases proportionally with increasing channel width, or the pressure loss the muffler increased inadmissibly if you add another backdrop with increasing channel width and the backdrop column is reduced so that the added backdrop finds space.
  • the problem is to be solved by using scenes with different thicknesses.
  • suitable A combination of these makes it easier to realize a predetermined overall width of the link arrangement without having to change the ratio D / H, which is decisive for the damping and the pressure loss. Suitable combinations are given in detailed lists in this document.
  • FIG. 12 The principle of active sound attenuation, which is often referred to as “noise abatement through antisound", is shown in Figure 12 .
  • the sound wave from a noise source hits a microphone (1) in a channel. Its output signal is given to a loudspeaker (3) via a signal processor (2) (with amplification, filtering, delay time shift, etc.), which essentially Radiate sound that is intended to interfere with the sound of the noise source in a way that cancels it.
  • this interfering extinction is effectively only possible in one direction (forward direction); in the backward direction the sound tends to be amplified in most active systems.
  • a microphone (4) is also arranged behind the loudspeakers, the output signal of which is used to adaptively improve the parameters of the signal processor (2) via a controller (5) in the direction of minimizing the sound pressure at the location of the microphone ( 4).
  • Another loudspeaker technical problem is that the sound velocity of the Loudspeaker membranes must be about the same size as the sound velocity of the noise, but the sound pressure is almost zero due to the desired compensation.
  • the loudspeaker thus works on a sound field with a low field impedance.
  • the mechanical impedance of the loudspeakers must also be very low; the membranes must be light and soft and must make large strokes (at least at low frequencies).
  • Such loudspeakers are in turn not suitable for being exposed to turbulent flow.
  • a technical problem arises from the fact that the control microphone (1) on the side of the noise source not only picks up the sound field to be suppressed, but also the anti-sound emitted to the rear by the loudspeakers.
  • a method and a device for active sound attenuation are described in the published patent application DE 27 12 534 A1 [21]. It also defines the principle known as active damping, which consists in “that the energy content of (a) wave can be reduced by combining the primary wave with a specially generated secondary wave in such a way that the dilutions of the secondary wave with the Compression of the primary wave collapse and vice versa ".
  • active damping which consists in "that the energy content of (a) wave can be reduced by combining the primary wave with a specially generated secondary wave in such a way that the dilutions of the secondary wave with the Compression of the primary wave collapse and vice versa ".
  • the aforementioned publication emphasizes that the secondary wave must be generated exactly in relation to the primary wave to be canceled by it. It describes the difficulties in the precise generation of the secondary wave the principle of active damping and deals exclusively with methods and devices for obtaining the control signal for the sound source of the secondary wave.
  • the object of the invention is therefore to combine the absorber lining of a passive subsystem and an electroacoustic active subsystem in such a way that both work together to bring about a significant improvement in sound absorption compared to dampers of a known type.
  • a hybrid silencer consists of a passive absorber lining (passive subsystem) and an active electroacoustic system (active subsystem), which is characterized in that the electroacoustic active subsystem acts on the combined passive absorber in such a way that in the hybrid absorbers thus formed, the acoustic impedance of the channel-side surface of the absorber lining results in an absorber function U, which in a desired frequency range reaches or approximates the value of the absorber function U wp of the winding point between the first and the second silencer mode (main claim).
  • the absorber function U should therefore come sufficiently close to the value U wp of the absorber function in the upper winding point of the lowest damped mode, ie between the first and second damper modes, over a wide frequency range, especially at low frequencies. "Sufficient" should be measured by a significant improvement in sound absorption compared to dampers of known design.
  • the passive subsystem is a linear acoustic four-pole.
  • the terminating impedance Z b with which the absorber function U wp is achieved on the front of the hybrid absorber, results from the formula Z h is the front impedance of the passive subsystem alone if it is sound-proof on its rear side (idle case), and Z w is the front impedance of the passive subsystem alone if it is soundproofed on its rear side (short circuit -Case).
  • a passive subsystem consisting of a layer of thickness d of a porous absorber material, which is covered on its front by a thin cover layer.
  • the cover layer with the series impedance Z s consists of an acoustic parallel connection of a friction resistance R s with a mass reactance of a mass m s related to the area. Then the series impedance Z s of the cover layer follows: with the air density ⁇ o . If one chooses the resistance term R s large against the reactance term (2nd term in the denominator), then Z s describes the series impedance of a cover layer consisting of a (mass) foil. Conversely, if one chooses the reactance term large against R s , then one has a pure friction resistance, as is represented, for example, by woven and non-woven fabrics. If the cover layer is applied tightly to the porous absorber layer, the reactance of the elastic cushioning through the porous layer must still be connected in parallel. Since this is only a demonstration of the procedure, this further complication is dispensed with.
  • the terminating impedance Z b required according to the invention is thus known for the selected example of the passive subsystem.
  • Figure 14 shows an example of the so-called "locus" of the terminating impedance Z b in the complex plane with running frequency variables f ⁇ h in Hz ⁇ m.
  • the points drawn in the curve lie at thirds intervals of these variables.
  • the curve is composed of arcs, which are known to be simulated by resonance systems (see below under "Active subsystem”). At the circular arc to the right of the imaginary axis, sound energy goes into the active subsystem; here it basically represents an electronically controlled passive absorber.
  • FIG. 15 shows the associated locus of the terminating impedance Z b .
  • the locus here consists of an arc of a single-circuit resonance system at low frequencies and approximately the vertical straight line of a spring reactance at high frequencies.
  • the active subsystem must deliver energy at all frequencies.
  • a porous absorber layer in the passive absorber is not inevitable (although, as will be shown below, it is advantageous) for the realization of the inventive idea.
  • a porous absorber layer can be replaced by an air layer of the same thickness by using for it in the formulas ⁇ an ⁇ j and Z an ⁇ 1.
  • the structure of the passive subsystem according to the invention is not limited to the exemplary layer made of a porous absorber with a cover layer.
  • a method for determining the front-side impedance of an M-layered absorber is described in [16, Section 4.4]. whereby individual layers can also be air layers and the layers can also each have outer layers.
  • the determination of the termination impedance according to the invention is also not limited to the calculation methods exemplified here of an analytical-numerical description of the passive subsystem using dimensions and material data, although this route is preferable because it provides the best information for the dimensioning of the active subsystem (see below) .
  • the terminating impedance Z b formed with the measured values according to Eq. (7) can then be subjected to a numerical regression using known methods.
  • the structure of the active subsystem can expediently be taken into account (see below).
  • the determination of the terminating impedance Z b according to the invention is an intermediate step for the design of the active subsystem.
  • Z b is the acoustic input impedance of this active subsystem connected in series.
  • the essential part of the active subsystem is the acoustic impedance Z m of the loudspeaker diaphragm, since only it can be influenced by electronic control.
  • the terminating impedance Z b generally still contains acoustic components which cannot be influenced electronically. Such a portion is provided, for example, by the "loudspeaker box" with which the loudspeaker is bordered on the back.
  • Such a loudspeaker box is usually necessary, firstly, to avoid the sound of the loudspeaker vibration being released to the outside is radiated, but also to avoid that the pressure of the channel flow presses on the membrane.
  • Figure 18 shows schematically a hybrid absorber lining according to the invention including a loudspeaker box.
  • the loudspeaker box is partially filled with sound absorption material in order to avoid disturbing resonances of the membrane mass with the spring stiffness of the air cushion in the box (however, it can also be advantageous to use this resonance in a targeted manner to create one of the resonance loops of the local curve from Z b acoustically!).
  • the loudspeaker box is again to be described as a layered absorber with a reverberant termination.
  • speaker membranes are incompressible and thin compared to the sound wavelength (at least in the frequency range of interest here).
  • the terminating impedance Z b is still determined according to Eq. (7).
  • the input impedance Z e is obtained by using the calculation method for the input impedance of stratified absorbers described in [16, Section 4.4]. This subtask can thus be solved in the same generality as the determination of Z b .
  • Figure 19 shows the locus curve of the membrane impedance Z m to be set according to the invention of a structure according to Figure 18 , the air gap in front of the loudspeaker (for the meaning see below) here being 10% of the layer thickness in front of the loudspeaker and the loudspeaker box 80% with absorber material is filled.
  • the variable f ⁇ h points on the curve again at intervals of thirds) runs through the value range from approx. 4 [Hz ⁇ m] to 100 [Hz ⁇ m].
  • the passive absorber is layered in front of the loudspeaker with M absorber layers (including possible air layers) of thicknesses d i with length-related flow resistances ⁇ i and cover layers with series impedances Z s, i .
  • M absorber layers including possible air layers
  • cover layers with series impedances Z s, i .
  • M box absorber layers including any air layers with the thicknesses d i . Since the mass reactance of cover layers is mostly negligible at low frequencies, Z si ⁇ R s, i goes against the frictional resistance of the cover layers.
  • Z b becomes a linear polynomial in k o h and in Z m there is a reactance with the sign of a mass reactance and the frequency dependence of a spring reactance.
  • the electronic synthesis of this approximation in the active subsystem is very simple. This approximation is used below for examples of damping curves for silencers according to the invention.
  • the active subsystem supports the passive absorber by generating an appropriate terminating impedance Z b .
  • the admittance G p for any layered passive absorber can then be determined using the method described above. Furthermore, the terminating impedance Z b and / or the membrane impedance Z m of the active part, which in turn can contain a layered absorber between the channel-side surface and the loudspeaker membrane or can be terminated with a loudspeaker box, can be determined by the methods there.
  • the hybrid absorber lining can consist of mixed types of series connection and parallel connection of the passive subsystem with the active subsystem.
  • the two basic types are spatially arranged next to each other in a simple but complex apparatus as shown in Figure 20 .
  • Figure 21 Of particular interest is the embodiment of the invention as shown in Figure 21 , where an active subsystem works both in series and in parallel to a passive subsystem. This makes it possible to implement favorable frequency curves for the transfer function of the signal former.
  • FIG. 22 A preferred mixed form of the hybrid absorber according to the invention is shown schematically in Figure 22 .
  • the front of the loudspeaker works in series on a passive absorber, and the back creates a parallel admittance G a in parallel.
  • the parallel admittance G a must have the character of a passive admittance, but the terminating impedance Z b , as the examples above show, often has the character of a negative passive impedance.
  • This change of sign occurs automatically when you use the front and the back of the speaker diaphragm as an active signal generator.
  • This shape of the Invention also save the space required for a loudspeaker box, and the pressure equalization of the flow pressure via the loudspeaker is also given.
  • control signal for the active subsystem can, depending on the expediency, be recorded either in the part of the series connection or in the part of the parallel connection by the signal pickup (microphone).
  • the active subsystem with the schematic structure of a possible embodiment of the invention according to Figure 3 has the task of generating a prescribed acoustic impedance.
  • This impedance is the ratio of the sound pressure on the vibrating surface (membrane) of the signal generator to the speed of this surface averaged over the surface.
  • Another significant advantage of the invention compared to the task of active sound insulation is that the required control signal detected by the signal sensor (No. (1) in Figure 3 ) is not the sound pressure without the contribution of the active subsystem, but the actual sound pressure , which is a superposition of the sound pressure of the noise to be reduced, which penetrates from the front through the passive absorber, and the sound pressure of the loudspeaker of the active system.
  • the above-described difficulties of control in the case of active noise protection namely having to first eliminate the contribution of the active system from the control signal, are completely eliminated in the present invention from the approach of the inventive concept.
  • FIG 23 shows a basic diagram of the active subsystem in a basic form for realizing the invention.
  • a microphone (1) takes the Sound pressure p in front of the loudspeaker (5). Together with a microphone amplifier (2) that may be required, the pressure p is transmitted into an electrical voltage u 1.
  • a loudspeaker (5) produces a sound velocity v of its membrane by driving the loudspeaker via a power amplifier (4) with the electrical voltage u2.
  • the subdivision of the passive subsystem shown is a functional subdivision rather than an enumeration of necessary components.
  • the required amplifications can also be easily integrated into the signal former.
  • the function of the signal shaper according to the invention becomes particularly clear if one assumes that both on the microphone side the relationship between p and u 1 is linear and regardless of the frequency and on the speaker side there is such a relationship between v and u 2. Then the transmission factor u 1 / u 2 to be achieved by the signal shaper is, apart from a frequency-independent factor, equal to the terminating impedance Z b according to the invention or the membrane impedance Z m .
  • the remaining frequency dependency of the loudspeaker is included in the frequency dependence of its transfer function to be achieved by the signal former (as multiplication of transfer factors or by addition of transfer measures, which are known to each other); it is then referred to as the "combined" transmission factor of the signal converter.
  • loudspeaker frequency response in the combined transmission factor of the signal shaper according to the invention makes the application of the invention largely independent of the chosen type of loudspeaker (electrodynamic, electrostatic or magnetodynamic loudspeaker).
  • the selection can be made according to aspects of the transmission range of the Loudspeaker, by cost, by operational reliability and by simple implementation of this combined transmission factor.
  • the realization of this combined electrical transmission factor is then the last subtask to apply the invention.
  • the function of the signal shaper in the considered basic form of the implementation of the invention is essentially that of a frequency-dependent electrical filter.
  • the filter characteristic required according to the invention (frequency curve of the transmission factor according to amount and phase) is known for the subtasks by using the described solution methods.
  • an advantage of the hybrid absorber according to the invention is that, by suitable selection of the components of the passive absorber, the locus of the terminating impedance Z b can be given shapes which can be implemented by simple electronic circuits in the active subsystem.
  • Figures 4, 5, 18, 20, 21, 22 each show a hybrid absorber element according to the invention.
  • a silencer in the basic form of the invention, several of these elements are arranged one behind the other in the direction of the channel axis (direction of sound propagation) until a length of the silencer is produced which provides the required transmission loss.
  • Figure 24 shows schematically that in this embodiment of the invention, neither the control microphone nor the signal former need to be repeated for each element.
  • these level and phase changes in the excitation of successive loudspeakers are simulated in an electrical chain circuit.
  • loudspeakers are reciprocal converters; This means that they are not only useful for sound generation, but can also be operated as sound recorders.
  • the loudspeaker of the active subsystem is switched in "switching breaks" as a sound pickup, which measures the sound pressure which penetrates from the damper channel through the passive absorber. Periods of one to a few seconds are sufficient for these switching breaks.
  • the control microphone can thus be omitted; it is replaced by a timed switch.
  • the active subsystem according to the invention its implementation is essentially an electronic control task, which incidentally is seen as an advantage of the invention over the methods of active noise protection, since these basically represent a control task.
  • the function of the active subsystem according to the invention can also be conceived as a control task. The principle is explained using the schematic figure 25 .
  • the sound velocity v of the membrane is recorded by a structure-borne noise sensor (4) placed on the loudspeaker membrane.
  • the signal shaper is thus controlled using control technology methods known per se so that the quotient of the pressure p recorded by the microphone and the sound velocity v recorded by the structure-borne sound sensor forms the terminating impedance Z b required according to the invention.
  • This configuration As a control task, it can be useful "to compensate for changes in the properties of the passive subsystem that are difficult to predict, be it, for example, due to fluctuations in the production of the passive absorber, be it due to difficult to predict temperature profiles in the latter, or be it due to changes during the operation of the muffler, for example by Dirt deposits.
  • the primary target variable of the silencer namely the drop in sound level over a distance ⁇ x of the channel
  • the primary target variable of the silencer can also be used as a control variable for optimizing the terminating impedance according to the invention.
  • a first tacitly accepted standard situation is the existence of a predominantly symmetrical sound field, which, coming from the noise source, falls on the silencer (symmetrical means: in-phase vibration of the sound field on both sides of the symmetry plane of the damper channel). In fact, this is usually the case. However, probe cases of the sound source and / or the duct in front of the muffler are also conceivable, where the sound field vibration is predominantly antisymmetric (opposite in phase on both sides of the plane of symmetry). Then the determination equation (6) applies instead of the determination equation (5).
  • a second standard assumption is that the channel-side surface of the absorber lining is homogeneous, that is to say without defects and structures.
  • Silencers in technical systems are often used at elevated operating temperatures. These change the acoustic properties of the sound-conducting medium in the damper duct.
  • design steps presented above have been described in dimensionless form. They therefore apply to any gaseous medium, in particular also to a medium that has been changed from normal air by an increased temperature and / or composition (flue gases!). These operating conditions only manifest themselves when you use numerical values for the material constants that occur.
  • density ⁇ o in Z o ⁇ o c o
  • viscosity and the adiabatic exponent in ⁇ and thus in ⁇ an and Z an The influence of temperature and gas composition on these quantities is known from thermodynamics. It can therefore be included in the determination of the terminating impedance Z b if one wishes to design a silencer according to the invention for a specific operating temperature and / or gas composition. If operating temperatures change frequently and significantly during operation, it may be necessary to provide a self-adaptive active subsystem rather than operating with a specific operating temperature. As a rule, this will make digital or hybrid electronic control technology necessary for the signal former, in which the consideration of an operating temperature recorded by means of a thermometer does not pose any fundamental problems.
  • the consideration of a flow superimposition essentially means an exchange of the constant U wp .
  • an expedient embodiment of the invention consists in introducing this change in the constant U wp into a self-adapting active subsystem using known control engineering methods, using the display of a flow velocity Measuring device. With simple frequency responses of the combined transmission factor, this can be accomplished in electrical analog technology, with more complex frequency dependencies, regulation in hybrid or in digital technology can be indicated.
  • D d 14 dB.
  • a target price per square meter of backdrop area results in a silencer price of around DM 0.5 million.
  • the flow loss in the silencer which must be provided by the blowers to push the air through the silencer, is around 3,000 kW; with an efficiency of 80% of the blowers, an electrical output of around 3 800 kW is applied.
  • the silencer causes annual operating costs of 3.33 million DM / a due to its pressure loss, i.e. many times its purchase value.
  • a normal temperature T o was still calculated for a gas flow.
  • the power loss increases by a factor of (T / T o ) 2.5 for the same mass throughput, i.e. at an operating temperature of around 300 degrees Celsius by around a factor of 5.8, which results in annual operating costs of around 19.3 million DM / a leads.
  • the damping curve with the passive absorber alone is shown in dashed lines.
  • Figure 28 also shows the damping curves of a hybrid absorber (solid) with a structure and an exact locus for Z b as in Figure 15 , whereby an approximation to the exact curve was used here as well, and (dashed) the damping curve with the passive absorber alone.
  • the last figure 29 finally shows corresponding damping curves for a passive absorber lining already dimensioned broadly according to figure 10 , namely that described in figure 16 .
  • the Termination impedance is not obtained from analytically derived approximations, but through interpolation of measured values, as described above. Since the limitations of an analytical approximation are eliminated in such a procedure, the damping achieved comes closer to the optimum value.
  • the implementation of the active subsystem is an electronic control task instead of - as with the active silencer - a control task. This is seen as an advantage, since experience has shown that tax tasks are easier to solve than standard tasks. Nevertheless, the active subsystem according to the invention can be supplemented with control technology, which allows changes in the operating parameters to be “tracked”.
  • control variable is the total pressure at the measuring location and not - as in the case of the active silencer - the sound pressure of the incident wave, which has to be recovered from the measured sound pressure using complex algorithms.
  • the use of the silencer according to the invention is independent of the sound field distribution in the silencer duct. This is important because the sound pressure distribution in technical systems can neither be reliably predicted nor kept constant.
  • the silencer according to the invention can therefore be developed and dimensioned independently of the noise source in which it is to be used, while active silencers have to be adapted to the respective noise source.
  • the acoustic field impedance to which the loudspeaker of the active subsystem works can be set over a wide range by appropriate selection of the parameters of the passive subsystem. This has the advantage that relatively "hard” speakers can be used. These are usually cheaper and more robust in operation.
  • the hybrid absorber is connected in series, the sound pressure level at the loudspeaker - and thus the required elongation of the loudspeaker diaphragm - is reduced by the upstream passive absorber.
  • the upstream passive absorber can be used as a heat insulation layer in hot gas flows, since porous fiber absorbers generally also have good heat insulation.
  • the upstream passive absorber can also take on the function of a dirt filter in the invention.
  • Another advantage of the muffler according to the invention compared to the active muffler is seen in the fact that, in the event of a failure of the active subsystem (during maintenance or in the event of a fault), the passive absorber can ensure a certain remaining sound absorption.
  • Another advantage of the muffler according to the invention over the active muffler is that the transition to other channel cross sections can essentially be taken into account by changing the constant U wp and that - unlike with the active muffler - new algorithms for regulating and new arrangements of the loudspeakers do not develop Need to become.
  • a porous absorber layer in a silencer provides thermal protection for the active subsystem; it is a dirt and turbulence filter; it lowers the sound pressure level at the location of the active subsystem due to the internal one Propagation damping in the absorber material and thereby makes loudspeakers with a smaller stroke possible; it acts as a passive damper at high frequencies; it ensures residual damping in the event of a fault in the active subsystem; as a passive damper, it ensures the damping of higher channel modes; As a resistance rectifier, it accomplishes pressure equalization in the transverse direction in the case of non-uniformly vibrating loudspeaker membranes.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a hybrid sound attenuator, in which a passive absorber lining is combined with an active electro-acoustic system in such a way that the sound attenuation is increased due to the effect of the active subsystem on the passive absorber lining, in order to obtain an optimised channel-side acoustic impedance and thereby an improved sound attenuation within a broad frequency range, particularly at low frequencies. <IMAGE>

Description

1. Gebiet der Technik1. Field of technology

Schalldämpfer werden überwiegend mit "passiven" Schallabsorbern ausgekleidet. Die Wechselwirkung der Absorberauskleidung mit dem Schallfeld im Schalldämpferkanal erfolgt im wesentlichen durch die akustische Oberflächen-Impedanz der Absorberauskleidung. Es gibt eine sogenannte optimale Oberflächen-Impedanz, die durch den Windungspunkt der sogenannten Absorberfunktion zwischen der ersten und der zweiten Schalldämpfermode eindeutig beschrieben ist. Realisierungsbemühungen in der Fachliteratur haben gezeigt, daß es grundsätzlich nicht möglich ist, mit rein passiven Absorberelementen diese Windungspunkt-Impedanz über einen größeren Frequenzbereich einzuhalten.Mufflers are mostly lined with "passive" sound absorbers. The interaction of the absorber lining with the sound field in the muffler duct is essentially due to the acoustic surface impedance of the absorber lining. There is a so-called optimal surface impedance, which is clearly described by the winding point of the so-called absorber function between the first and the second silencer mode. Realization efforts in the specialist literature have shown that it is fundamentally not possible to maintain this winding point impedance over a larger frequency range with purely passive absorber elements.

Bei einer anderen Technik, dem sogenannten "aktiven" Schallschutz, wird dem zu reduzierenden Lärm durch ein elektroakustisches System eine durch dieses System erzeugte Schallwelle derart überlagert, daß es in Schallausbreitungsrichtung zu einer auslöschenden Interferenz kommt (Methode des Anti-Schalls).In another technique, the so-called "active" sound insulation, the noise to be reduced is superimposed by an electro-acoustic system on a sound wave generated by this system in such a way that there is a canceling interference in the direction of sound propagation (method of anti-noise).

2. Gliederung2. Outline

Nachfolgend werden zunächst die Fachbegriffe des Hauptanspruchs kurz erläutert, dann wird auf den Stand der Technik eingegangen, aus welchem die Aufgabenstellung der Erfindung hergeleitet wird. Des weiteren wird der Erfindungsgedanke formuliert und die Schritte zu seiner Realisierung werden beispielhaft behandelt. Dann wird der technische Fortschritt der Erfindung dargetan, und schließlich werden die Ansprüche der Erfindung aufgezählt.The technical terms of the main claim are first briefly explained below, then the state of the art is discussed, from which the object of the invention is derived. Furthermore, the idea of the invention is formulated and the steps for its implementation are treated as examples. Then the technical progress of the invention is demonstrated and finally the claims of the invention are enumerated.

Wo es zweckdienlich ist, werden mathematische Formeln benutzt als knappste und präziseste Darstellungsart physikalisch-technischer Zusammenhänge. Des weiteren dienen beispielhafte Schemazeichnungen der Erläuterung des Erfindungsgedankens und seiner Realisierung.Where appropriate, mathematical formulas are used as the most concise and precise representation of physical-technical relationships. Furthermore, exemplary schematic drawings serve to explain the inventive concept and its implementation.

3. Begriffserläuterungen3. Explanation of terms

Die Begriffserläuterungen sollen helfen, die Erfindung zu beschreiben und den technischen Fortschritt derselben zu begründen. Für eine vollständigere Darstellung der Akustik von Schalldämpfern wird auf die Literaturstelle [1] verwiesen.The explanations of terms are intended to help describe the invention and to justify its technical progress. For a more complete description of the acoustics of silencers, reference is made to reference [1].

Schalldämpfer:Silencer:

Schalldämpfer dienen dazu, den Schalldurchgang durch Öffnungen zu verringern. In den meisten Anwendungen sind diese Öffnungen die lichten Querschnitte von Kanälen. Schalldämpfer - und somit auch der erfindungsgemäße Schalldämpfer - werden aber auch angewendet zur Verringerung des Schalldurchgangs durch Fugen (beispielsweise Türfugen) und durch Öffnungen für einen Material- oder für Personen-Durchgang (beispielsweise in Schallschutzkapseln von Maschinen und in Schallschutzkabinen). Die Öffnungen werden im Folgenden zusammenfassend "Kanäle" genannt.Silencers are used to reduce the passage of sound through openings. In most applications, these openings are the clear cross sections of channels. Mufflers - and thus also the muffler according to the invention - are also used to reduce the passage of sound through joints (for example door joints) and through openings for material or for people to pass through (for example in soundproof capsules of machines and in soundproof booths). The openings are collectively called "channels" below.

Der erfindungsgemäße hybride Schallabsorber muß in seinen Kenndaten auf die Form des lichten Querschnitts des Schalldämpfer-Kanals angepaßt werden. Der Erfindungsgedanke wird hier beispielhaft für rechteckige Querschnitte entwickelt, wie in Abbildung 1 dargestellt, ist aber nicht auf diese Form beschränkt. Die Erfindung läßt sich auch für andere Querschnittsformen anwenden, beispielsweise bei runden oder ringförmigen Kanälen.The characteristics of the hybrid sound absorber according to the invention must be adapted to the shape of the clear cross section of the silencer duct. The idea of the invention is developed here as an example for rectangular cross sections, as shown in Figure 1 , but is not limited to this shape. The invention can also be used for other cross-sectional shapes, for example in the case of round or annular channels.

Absorberauskleidung:Absorber lining:

Schalldämpfer mit schallabsorbierender Auskleidung wirken prinzipiell dadurch schalldämpfend, daß auf dem ganzen Umfang oder auf einem Teil des Umfangs des lichten Kanalquerschnitts eine Absorberauskleidung angebracht ist, welche (meist nur in Teilen, beispielsweise die in porösen Materialien eingeschlossene Luft) durch die Schallwelle zu Schwingungen angeregt wird und dadurch mit ihr in Wechselwirkung tritt, so daß die Schallwelle bei ihrer Ausbreitung durch den Kanal gedämpft wird Um die Wechselwirkung zu verstärken, wird der lichte Querschnitt des Kanals häufig durch schallabsorbierende Kulissen unterteilt. Ein solcher Kulissen-Schalldämpfer ist in Abbildung 2 gezeigt. Der Erfindungsgedanke ist auch auf solche Formen der Absorberauskleidung anwendbar. Es wird dann jeder Kulissenspalt wie ein Schalldämpfer nach Abbildung 1 behandelt.Silencers with a sound-absorbing lining basically have a sound-absorbing effect by fitting an absorber lining on the entire circumference or on part of the circumference of the clear duct cross-section, which (mostly only in parts, for example the air enclosed in porous materials) is excited to vibrate by the sound wave and thereby interacts with it, so that the sound wave is dampened as it propagates through the channel. In order to intensify the interaction, the clear cross section of the channel is often subdivided by sound-absorbing backdrops. Such a backdrop silencer is shown in Figure 2 . The idea of the invention is also applicable to such forms of absorber lining. Each gap in the backdrop is then treated like a silencer according to Figure 1 .

Schallabsorber heißen "passiv", wenn das Mitschwingen der Absorberauskleidung durch die Schallwelle allein über mechanische (akustische) Wechselwirkungen hervorgerufen wird. Die Stärke und die Phase des Mitschwingens wird dann durch die Anordnung, die Abmessungen und die Materialeigenschaften der Absorberauskleidung festgelegt. Die Auswahl der Komponenten des passiven Absorbers im erfindungsgemäßen Schalldämpfer wird durch den Erfindungsgedanken nicht eingeengt. Diese können beispielsweise sein: poröse Schallabsorber aus Faserstoffen (Mineralfasern, Metallfasern, Kunststoffasern, organische Fasern, offenzellige Schäume, porös gesinterte Werkstoffe etc.), biegeelastische Platten, Folien und Membranen, Lochbleche, Gewebe, Vliese etc. Diese Komponenten des passiven Absorbers können sich entweder in unmittelbarer Berührung miteinander oder in einem gegenseitigen Abnstand voneinander befinden. Wegen einer vollständigeren Beschreibung solcher Absorberkomponenten und ihrer akustischen Eigenschaften wird auf die Literaturstelle [2] verwiesen.Sound absorbers are called "passive" if the resonance of the absorber lining is caused by the sound wave solely through mechanical (acoustic) interactions. The strength and phase of the resonance is then determined by the arrangement, the dimensions and the material properties of the absorber lining. The selection of the components of the passive absorber in the silencer according to the invention is not restricted by the inventive concept. These can be, for example: porous sound absorbers made of fiber materials (mineral fibers, metal fibers, plastic fibers, organic fibers, open-cell foams, porous sintered ones Materials etc.), flexible plates, foils and membranes, perforated sheets, fabrics, fleeces etc. These components of the passive absorber can either be in direct contact with one another or at a mutual distance from one another. For a more complete description of such absorber components and their acoustic properties, reference is made to reference [2].

Aktives Subsystem:Active subsystem:

Das erfindungsgemäße aktive Subsystem besteht aus einem oder mehreren Schallaufnehmern, einem oder mehreren Signalformern und einem oder mehreren Schallgebern (meist: Lautsprecher). Die Schallaufnehmer sind meist Mikrofone, können aber auch Körperschallaufnehmer sein. Die Signalformer für das Ausgangssignal der Schallaufnehmer sind je nach Aufgabenstellung Kombinationen von Verstärkern, Frequenzfiltern und sonstigen an sich bekannten elektronischen Komponenten. Der Schallgeber wird durch die elektrische Ausgangsgröße des Signalformers nach dem Erfindungsgedanken derart in Schwingung versetzt, daß seine schwingende Oberfläche (zum Beispiel eine Lautsprecher-Membrane) eine erfindungsgemäße akustische Impedanz annimmt.The active subsystem according to the invention consists of one or more sound recorders, one or more signal formers and one or more sound generators (usually: loudspeakers). The sound pickups are mostly microphones, but can also be structure-borne sound pickups. Depending on the task, the signal formers for the output signal of the sound pickups are combinations of amplifiers, frequency filters and other electronic components known per se. The sound generator is set into vibration by the electrical output variable of the signal shaper according to the inventive concept in such a way that its vibrating surface (for example a loudspeaker membrane) assumes an acoustic impedance according to the invention.

Die elektronischen Signalformer können wiederum aus passiven und aus aktiven elektronischen (nach dem in der Elektronik üblichen Sprachgebrauch) Komponenten bestehen; diese können an sich bekannte "analoge" oder "digitale" Funktionseinheiten sein.The electronic signal formers can in turn consist of passive and active electronic components (according to the language used in electronics); these can be known "analog" or "digital" functional units.

Eine Schemazeichnung des aktiven Subsystems mit dem Schallaufnehmer (1) , dem Signalformer (2) und dem Schallgeber (3) ist in Abbildung 3 gezeigt.A diagram of the active subsystem with the sound pickup (1), the signal former (2) and the sound generator (3) is shown in Figure 3 .

Einwirkung auf den passiven Absorber:Action on the passive absorber:

In einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist der Lautsprecher des aktiven Subsystems auf der dem Kanal abgewandten Seite der passiven Absorberschicht angeordnet und stellt für diese eine akustische Abschluß-Impedanz Zb dar. Diese Anordnung, im Folgenden mit "Serienschaltung" bezeichnet, dient im Nachfolgenden als Beispiel für die Entwicklung des Erfindungsgedankens. Sie ist in Abbildung 4 schematisch dargestellt. Sie stellt jedoch nicht die einzig mögliche Anordnung gemäß der Erfindung dar.In a preferred embodiment of the inventive concept, the loudspeaker of the active subsystem is arranged on the side of the passive absorber layer facing away from the channel and represents an acoustic terminating impedance Z b for this. This arrangement, hereinafter referred to as "series connection", serves in the following as Example of the development of the inventive concept. It is shown schematically in Figure 4 . However, it is not the only possible arrangement according to the invention.

In einer anderen beispielhaften Ausführungsform besteht die kanalseitige Oberfläche der schallabsorbierenden Auskleidung aus einer Anordnung von "passiven" und von "aktiven" Teilflächen. Die passiven Teilflächen werden durch die Oberfläche von passiven Schallabsorbern gebildet, die aktiven Teilflächen werden entweder durch die Oberfläche der Lautsprecher oder durch Mündungen von Lautsprecherkammern gebildet, welche ihrereseits wieder ganz oder teilweise mit passiven Absorberkomponenten gefüllt sein können. Diese Anordnung wird weiterhin mit "Parallelschaltung"' bezeichnet. Eine schematische Darstellung enthält die Abbildung 5. In another exemplary embodiment, the channel-side surface of the sound-absorbing lining consists of an arrangement of "passive" and "active" partial areas. The passive areas are formed by the surface of passive sound absorbers, the active areas are formed either by the surface of the loudspeakers or by mouths of loudspeaker chambers, which on their part can again be completely or partially filled with passive absorber components. This arrangement is also referred to as "parallel connection". Figure 5 contains a schematic representation .

Akustische Impedanz:Acoustic Impedance:

Die akustische Impedanz Zw einer Oberfläche ist das Verhältnis des Schalldrucks an dieser Oberfläche zu der Oberflächen-normalen Schallschnelle. Gelegentlich wird nachfolgend auch der Kehrwert der Impedanz, nämlich die (akustische) Admittanz Gw = 1/Zw, benutzt.The acoustic impedance Z w of a surface is the ratio of the sound pressure on this surface to the surface normal sound velocity. Occasionally, the reciprocal of the impedance, namely the (acoustic) admittance G w = 1 / Z w , is also used below.

Das Produkt U=koh·ZoGw aus der Wandadmittanz Gw der Absorberauskleidung mit der Frequenzvariablen koh aus ko=2πf/co mit der Frequenz f und der Schallgeschwindigkeit co sowie aus der halben Weite h des (hier der Einfachheit der Beschreibung halber spaltförmig angenommenen) lichten Kanalquerschnitts und schließlich des Wellenwiderstandes Zo der Luft (co und Zo sind Materialkonstanten der Luft oder des schallführenden Mediums im Kanal) ist die sogenannte "Absorberfunktion" U . Sie bestimmt im wesentlichen die Wirksamkeit einer bestimmten Absorberauskleidung in einem Schalldämpfer (Weiteres siehe unten und in [1]).The product U = k o hZ o G w from the wall admittance G w of the absorber lining with the frequency variable k o h from k o = 2πf / c o with the frequency f and the speed of sound c o and from half the width h des ( here, for the sake of simplicity of the description, assumed a gap-shaped duct cross-section and finally the wave resistance Z o of the air (c o and Z o are material constants of the air or the sound-carrying medium in the duct) is the so-called "absorber function" U. It essentially determines the effectiveness of a specific absorber lining in a silencer (for more see below and in [1]).

Zur Vereinfachung der Schreibweise wird im Folgenden angenommen, daß alle Impedanzen Z und alle Admittanzen G mit dem Wellenwiderstand Zo des schallführenden Mediums normiert sind. Das erfolgt durch die Ersetzungen Z → Z/Zo und G → Zo·G.To simplify the notation, it is assumed below that all impedances Z and all admittances G are normalized with the characteristic impedance Z o of the sound-conducting medium. This is done by replacing Z → Z / Z o and G → Z o · G.

Schalldämpfer-Moden:Silencer modes:

Moden sind Grund-Schwingungsformen eines Schallfeldes. Sie haben folgende Eigenschaften:

  • · sie "passen" in die Berandungen des Schallfeldes, das heißt, sie erfüllen jede für sich die Randbedingungen,
  • · man kann durch Überlagerung von Moden jedes beliebige (auch komplizierte) Schallfeld innerhalb dieser Berandung sythetisieren,
  • · die durch ein solches Schallfeld transportierte Wirkleistung ist einfach die Summe der Schalleistungen der Moden (was bei einer Zerlegung des Schallfeldes in andere Komponenten als Moden nicht so einfach wäre).
Modes are basic forms of vibration of a sound field. They have the following characteristics:
  • · They "fit" into the boundaries of the sound field, that is, they each fulfill the boundary conditions,
  • · One can synthesize any (even complicated) sound field within this boundary by superimposing modes,
  • · The active power transported through such a sound field is simply the sum of the sound powers of the modes (which would not be so easy if the sound field was broken down into components other than modes).

Sei x die achsiale Koordinate eines Kanals in Schallausbreitungs-Richtung und y eine Quer-Koordinate (im Spaltkanal senkrecht zur Absorberoberfläche), dann ist eine geeignete Darstellung des Schalldruck-Feldes:

p(x,y) = e -Γx · q(y)   (1)

Figure imgb0001


Darin ist Γ = Γ'+j·Γ'' die komplexe (Längs-) Ausbreitungskonstante und q(y) ist eine geeignete Querverteilungs-Funktion, welche die Randbedingungen an der Oberfläche der Absorberauskleidung erfüllen muß.Let x be the axial coordinate of a channel in the direction of sound propagation and y a transverse coordinate (in the gap channel perpendicular to the absorber surface), then a suitable representation of the sound pressure field is:

p (x, y) = e -Γx Q (y) (1)
Figure imgb0001


Therein Γ = Γ '+ j · Γ''is the complex (longitudinal) propagation constant and q (y) is a suitable transverse distribution function which has to fulfill the boundary conditions on the surface of the absorber lining.

Der Realteil Γ' von Γ ist die Dämpfung in Neper pro Längeneinheit. Gebräuchlich (und im Nachfolgenden benutzt) ist die Angabe der Dämpfung Dh durch den Schallpegel-Abfall in Dezi-Bel (dB) pro halber Spaltweite h . Diese ist:

D h = 8,68 · Γ'h [dB]   (2)

Figure imgb0002


Die Durchgangsdämpfung Dd eines Schalldämpfers der Länge L ist dann:

D d = 8,68 · (Γ'h) · L h = D h · L h [dB]   (3)
Figure imgb0003

The real part Γ 'of Γ is the damping in neper per unit length. It is customary (and used in the following) to specify the damping D h due to the drop in sound level in deci-bel (dB) per half the gap h. This is:

D H = 8.68 · Γ'h [dB] (2)
Figure imgb0002


The transmission loss D d of a silencer of length L is then:

D d = 8.68 · (Γ'h) · L H = D H · L H [dB] (3)
Figure imgb0003

Die Längs-Ausbreitungskonstante Γ erhält man aus der Frequenzvariablen koh und der Hilfsgröße z aus der Formel:

Figure imgb0004

wobei die Hilfsgröße z eine Lösung der Bestimmungsgleichung

z · tan z = jU   (5)
Figure imgb0005


ist mit der oben eingeführten (und aus den Absorberdaten bekannten) Absorberfunktion U.The longitudinal propagation constant Γ is obtained from the frequency variable k o h and the auxiliary variable z from the formula:
Figure imgb0004

where the auxiliary variable z is a solution of the determination equation

z · tan z = jU (5)
Figure imgb0005


is with the absorber function U introduced above (and known from the absorber data).

Der hier skizzierte Rechenweg gilt für das gewählte Beispiel eines spaltförmigen Rechteckkanals mit symmetrischen Moden (gleichphasige Schwingung des Schallfeldes beiderseits der Symmetriefläche des Spaltkanals). Der Fall antisymmetrischer Moden (gegenphasige Schwingung beiderseits der Symmetriefläche) führt zu der Bestimmungsgleichung für z (siehe [1]):

z/tan z = -jU   (6)

Figure imgb0006


Für andere Querschnittsformen wird auf [1] verwiesen. Bei einem runden Kanalquerschnitt mit axialsymmetrischem Feld ist beispielsweise die Bestimmungsgleichung:
Figure imgb0007

mit den Besselfunktionen J₀ und J₁ nullter beziehungsweise erster Ordnung. Die Werte im Windungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Mode sind hierbei: Uwp = 2,98+j·1,98 und zwp = 2,2285+j·2,358.The calculation method outlined here applies to the selected example of a slit-shaped rectangular channel with symmetrical modes (in-phase vibration of the sound field on both sides of the symmetry surface of the slit channel). The case of antisymmetric modes (antiphase oscillation on both sides of the symmetry surface) leads to the equation for z (see [1]):

z / tan z = -jU (6)
Figure imgb0006


For other cross-sectional shapes, reference is made to [1]. In the case of a round channel cross section with an axially symmetrical field, the determination equation is, for example:
Figure imgb0007

with the Bessel functions J₀ and J₁ zero or first order. The values at the winding point between the first and the second mode are: U wp = 2.98 + j · 1.98 and z wp = 2.2285 + j · 2.358.

Die Funktion tan z ist periodisch im Realteil z' des komplexen Arguments z=z'+j·Z''. Ihr Wertevorrat wiederholt sich entlang z' in Abständen von π. Das führt dazu, daß die Bestimmungsgleichungen (5) und (6) (unendlich) viele Lösungen z haben. Jede dieser Lösungen stellt dann eine Schalldämpfer-Mode dar. Man erkennt aus Gl.(4), daß die verschiedenen modalen Lösungen für z zu unterschiedlichen modalen Dämpfungen führen.Die Modendämpfung wächst im allgemeinen mit der Ordnungszahl m der Moden an, das heißt mit der Laufzahl des Periodenstreifens entlang z', aus welchem die Lösung stammt.The function tan z is periodic in the real part z 'of the complex argument z = z' + j · Z ''. Their stock of values is repeated along z 'at intervals of π. This leads to the fact that the equations (5) and (6) have (infinitely) many solutions z. Each of these solutions then represents a silencer mode. It can be seen from Eq. (4) that the different modal solutions for z lead to different modal dampings. The mode damping generally increases with the atomic number m of the modes, that is to say with the Run number of the period strip along z 'from which the solution comes.

Welche Schalldämpfer-Mode vorherrscht, welche Modendämpfung also zu benutzen ist, hängt nicht nur von der Bauform und der Dimensionierung des Schalldämpfers ab, sondern überwiegend von der Querverteilung des auf den Schalldämpfer auftreffenden Schallfeldes, demnach von der Schallquelle (Gebläse, Kompressor, Flamme etc.) und von den Störstellen (Ecken, Abzweigungen, Einbauten etc.) in dem Kanal vor dem Schalldämpfer. Eine durch den Gebrauch gerechtfertigte Regel ist deshalb, den Schalldämpfer für die niedrigst gedämpfte Mode auszulegen. Dies wurde schon in den frühen Arbeiten [3] und [4] empfohlen. Diese Regel bestätigt sich deshalb, weil die niedrigst gedämpfte Mode sich unter den beiden ersten Moden befindet und weil höhere Moden schwer anregbar sind, also nur selten das Schallfeld dominieren. Sollten sie dennoch vorhanden sein, dann würden sie eine höhere Dämpfung als die Auslegungs-Dämpfung besitzen.Which silencer mode prevails, which mode damping is to be used, depends not only on the design and dimensioning of the silencer, but mainly on the transverse distribution of the sound field impinging on the silencer, accordingly on the sound source (blower, compressor, flame, etc. ) and from the defects (corners, branches, internals, etc.) in the duct in front of the silencer. A rule justified by use is therefore to design the silencer for the lowest damped mode. This was recommended in the early works [3] and [4]. This rule is confirmed because the lowest damped mode is among the first two modes and because higher modes are difficult to excite, so they rarely dominate the sound field. Should they still be present, then they would have a higher damping than the design damping.

Windungspunkt zwischen Moden:Turn point between modes:

Trägt man für die Lösungen z=z'+j·z'' der Bestimmungsgleichung Kurven mit jeweils konstantem Realteil z' und mit konstantem Imaginärteil z'' über der komplexen Ebene der (als bekannt vorausgesetzten) Absorberfunktion U=U'+j·U'' auf, dann entstehen die Kurvennetze der Abbildung 6 und Abbildung 7 . Jede dieser Abbildungen deckt etwa einen der Periodenstreifen über z', das heißt eine Mode, ab. Und zwar die Abbildung 6 die erste Mode der Gl.(5) und Abbildung 7 die nächst höhere Mode. Andere Darstellungsformen sind in [1], [3], [4] zu finden.For the solutions z = z '+ j · z''of the determination equation, curves with constant real part z' and constant imaginary part z '' are plotted over the complex level of the absorber function U = U '+ j · U (which is assumed to be known) '', then the curve networks of Figure 6 and Figure 7 are created . Each of these figures covers approximately one of the period stripes over z ', that is, a fashion. Namely, Figure 6 the first mode of Eq. (5) and Figure 7 the next higher mode. Other forms of representation can be found in [1], [3], [4].

Am unteren Ende des Bereiches in diesen Abbildungen, in welchem die Kurvennetze (nahezu) rechteckig sind, erkennt man Punkte, um welche sich die Kurven "herumwinden". Dies sind die "Windungspunkte".At the lower end of the area in these figures, in which the curve networks are (almost) rectangular, you can see points around which the curves "wind". These are the "winding points".

Wichtig im Zusammenhang mit der Erfindung ist der in [4] nachgewiesene Umstand, daß eine Mode in ihrem oberen Windungspunkt ihre höchste Dämpfung hat.What is important in connection with the invention is the fact, demonstrated in [4], that a mode has its highest attenuation at its upper winding point.

Weiterhin wichtig im Zusammenhang mit der Erfindung ist die Tatsache, daß benachbarte Moden diese Windungspunkte gemeinsam haben. Dort fallen die beiden Lösungen z benachbarter Moden zusammen. Wenn also die Absorberauskleidung eines Schalldämpfers eine Absorberfunktion mit dem Wert U=Uwp im Windungspunkt der beiden ersten Moden hat, dann gibt es keine Schwingungsform in diesem Schalldämpfer mit einer geringeren Dämpfung, da ja die geringst gedämpfte Mode sich unter den beiden ersten Moden befindet.Also important in connection with the invention is the fact that neighboring modes have these winding points in common. There the two solutions z of neighboring modes coincide. So if the absorber lining of a silencer has an absorber function with the value U = U wp in the winding point of the first two modes, then there is no mode of oscillation in this silencer with a lower damping, since the least damped mode is among the first two modes.

Annäherung an den Windungspunkt:Approaching the turn point:

In [4] ist beschrieben, wie man die Werte der Absorberfunktion Uwp am Windungspunkt und die zugehörigen Lösungen zwp ermittelt und es sind dort Zahlenwerte angegeben. Für den Windungspunkt zwischen den beiden niedrigsten Moden gilt für ein symmetrisches Schallfeld im rechteckigen Spaltkanal: Uwp = 2,05998+j·1,65061 und zwp = 2,1062+j·1,12536.[4] describes how the values of the absorber function U wp at the winding point and the associated solutions z wp are determined and numerical values are given there. For the winding point between the two lowest modes, the following applies for a symmetrical sound field in the rectangular gap channel: U wp = 2.05998 + j · 1.65061 and z wp = 2.1062 + j · 1.12536.

Die Abbildung 8 zeigt die Frequenzkurve der Dämpfung Dh der niedrigst gedämpften Mode in einem rechteckigen Spaltkanal, wenn sich die Absorberfunktion U der Absorberauskleidung bei allen Frequenzen im Windungspunkt Uwp befindet. Man erhält diese Kurve aus den Gln.(4) und (2), wenn man in der Gl.(4) z=zwp einsetzt. Die Abszisse dieser (und aller nachfolgender) Darstellung der Dämpfung Dh ist das Produkt f·h in [Hz·m], weil sich so Schalldämpfer zusammenfassen lassen, welche gewisse "Ähnlichkeitsgesetze" erfüllen. Man beachte die logarithmische Auftragung der Dämpfung. Figure 8 shows the frequency curve of the damping D h of the lowest damped mode in a rectangular gap channel when the absorber function U of the absorber lining is at the winding point U wp at all frequencies. This curve can be obtained from equations (4) and (2) if one uses z = z wp in equation (4). The abscissa of this (and all of the following) representation of the damping D h is the product f · h in [Hz · m], because silencers can be summarized that meet certain "similarity laws". Note the logarithmic plot of the damping.

Um sich die Aussage der Abbildung 8 zu verdeutlichen, denke man an einen Schalldämpfer mit einer Spaltweite H=2h=0,2 m , also h=0,1 m .Dies ist eine häufig benutzte Spaltweite bei Schalldämpfern für technische Anlagen. Dann würde ein Schalldämpfer nach Abbildung 8 mit einer Länge L=1 m bei tiefen Frequenzen eine Dämpfung von Dd=190 dB besitzen, ein fürwahr außerordentlich hoher Wert!To make the statement in Figure 8 clear, consider a silencer with a gap width H = 2h = 0.2 m, i.e. h = 0.1 m. This is a frequently used gap width for silencers for technical systems. Then a silencer according to Figure 8 with a length L = 1 m at low frequencies would have an attenuation of D d = 190 dB, a truly extraordinary value!

Diese extrem hohe Dämpfung ist technisch kaum voll ausnutzbar, weil dann andere Schall-Übertragungsmechanismen, wie Körperschall-Ausbreitung im Schalldämpfer-Gehäuse, die effektive Schallpegel-Minderung durch den Schalldämpfer begrenzen würden. Deshalb braucht man bei einem Schalldämpfer nach dieser Erfindung den Wert Uwp der Absorberfunktion nicht exakt einzustellen; es genügt eine Annäherung an diesen Wert, um deutliche Verbesserungen der Schalldämpfung gegenüber konventionellen Schalldämpfern zu erzielen.This extremely high damping is technically hardly fully usable, because then other sound transmission mechanisms, such as structure-borne sound propagation in the silencer housing, would limit the effective noise level reduction by the silencer. Therefore, one does not need to set the value U wp of the absorber function exactly in a silencer according to this invention; it is sufficient to approximate this value in order to achieve significant improvements in sound attenuation compared to conventional silencers.

Gewünschter Frequenzbereich:Desired frequency range:

Es ist nicht besonders schwierig, mit rein passiven Absorberauskleidungen den Wert Uwp der Absorberfunktion in einzelnen Frequenzen anzunähern. In [1, Bild 19.13] sind die Daten für eine einfache Absorberschicht aus Mineralfasern angegeben (d/h=1 ; Ξd/Zo=0,4) , deren Absorberfunktion den Windungspunkt sogar an zwei Frequenzen durchläuft. Die zugehörige Dämpfungskurve (allerdings mit heutigen Absorberkennwerte der Mineralfasern statt den in [1] verwendeten Kennwerten; deshalb lediglich eine Annäherung an die optimale Dämpfungskurve) zeigt die Abbildung 9 . Typisch für solche rein passiven Realisierungen der optimalen Wandimpedanz der Absorberauskleidung ist, daß der hohe Dämpfungswert nur in schmalen Resonanzspitzen erreicht wird und bei anderen Frequenzen mit tiefen Dämpfungs-Einbrüchen erkauft wird.With purely passive absorber linings, it is not particularly difficult to approximate the value U wp of the absorber function in individual frequencies. The data for a simple absorber layer made of mineral fibers are given in [1, Figure 19.13] (d / h = 1; Ξd / Z o = 0.4), the absorber function of which even passes through the winding point at two frequencies. The associated damping curve (however with today's absorber parameters of the mineral fibers instead of the parameters used in [1]; therefore only an approximation to the optimal damping curve) is shown in Figure 9 . It is typical of such purely passive realizations of the optimal wall impedance of the absorber lining that the high damping value is only achieved in narrow resonance peaks and is purchased at other frequencies with deep attenuation dips.

Dies gilt auch für die Bemühungen der Realisierung mit passiven Absorbern in der Literaturstelle [6], welche allein dieser Aufagbe gewidmet war. Auch die Erfolge der Realisierungsbemühungen in [7] sind nicht wesentlich verschieden davon.This also applies to the efforts to implement passive absorbers in the literature [6], which was devoted solely to this task. The successes of the implementation efforts in [7] are not significantly different.

Wie bereits in [4] dargelegt wurde, liegt der Grund für die Mißerfolge einer Realisierung von Uwp über einen breiten Frequenzbereich darin, daß kein passives Bauteil bekannt ist, welches die Reaktanz einer Feder mit dem Frequenzgang einer trägen Masse verbindet. Die Probleme bei der rein passiven breitbandigen Realisierung der optimalen Impedanz der Absorberauskleidung sind also grundsätzlicher Art.As already explained in [4], the reason for the failure of realizing U wp over a wide frequency range is that no passive component is known which connects the reactance of a spring with the frequency response of an inertial mass. The problems with the purely passive, broadband implementation of the optimal impedance of the absorber lining are therefore of a fundamental nature.

Es ist der entscheidende Vorteil der Erfindung gegenüber Schalldämpfern mit rein passiven Absorberauskleidungen, daß die optimale Impedanz über einen breiten Frequenzbereich gehalten werden kann.It is the decisive advantage of the invention over mufflers with purely passive absorber linings that the optimal impedance can be maintained over a wide frequency range.

Sicherlich wäre es im Prinzip wünschenswert, die Optimal-Impedanz über den gesamten Frequenzbereich einzustellen, also die Dämpfungskurve von Abbildung 8 zu realisieren. Dies würde jedoch den Realisierungsaufwand beträchtlich erhöhen. Es ist ein weitere Vorteil der Erfindung, daß der Frequenzbereich und die Höhe der verbesserten Schalldämpfung eingestellt werden können, wodurch sich Kompromisse zwischen Aufwand, technischen Nebenbedingungen (wie Platzbedarf, Druckverlust etc.) mit der anzustrebenden Schalldämpfung einstellen lassen.In principle, it would certainly be desirable to set the optimal impedance over the entire frequency range, i.e. the damping curve of Realize Figure 8 . However, this would increase the implementation effort considerably. It is a further advantage of the invention that the frequency range and the level of the improved sound attenuation can be set, as a result of which compromises can be made between effort, technical constraints (such as space requirements, pressure loss, etc.) with the sound attenuation to be aimed for.

Den meisten technischen Anwendungen von Schalldämpfern ist aber gemeinsam, daß eine hohe Dämpfung bei tiefen Frequenzen (ca. 30 Hz bis ca. 250 Hz) verlangt wird. Das liegt an dem grundsätzlichen Verlauf der Frequenzspektren des Lärms von Strömungserzeugern mit einem Anstieg zu tiefen Frequenzen hin. Fast ebenso grundsätzlich sind die Probleme bei der Erzielung hoher, breitbandiger Schalldämpfungswerte bei tiefen Frequenzen mit rein passiven Absorberauskleidungen. Das liegt an dem Grundsatz bei passiven akustischen Bauteilen, daß alle Abmessungen in Einheiten der Schallwellenlänge gemessen werden, welche zu tiefen Frequenzen hin anwächst. Demzufolge haben konventionelle Schalldämpfer für tiefe Frequenzen ein großes Bauvolumen, die Absorberdicken d müssen groß werden, was dann zu einem Anstieg der Strömungs-Druckverluste führt. Weiter unten wird an einem Beispiel gezeigt, daß die dadurch verursachten Betriebskosten eines Schalldämpfers seinen Anschaffungswert bei weitem übersteigen können.Most technical applications of silencers have in common that high damping at low frequencies (approx. 30 Hz to approx. 250 Hz) is required. This is due to the fundamental course of the frequency spectra of the noise of flow generators with an increase to low frequencies. The problems in achieving high, broadband sound attenuation values at low frequencies with purely passive absorber linings are almost as fundamental. This is due to the principle with passive acoustic components that all dimensions are measured in units of the sound wavelength, which increases towards low frequencies. As a result, conventional silencers for low frequencies have a large construction volume, the absorber thicknesses d have to be large, which then leads to an increase in the flow pressure losses. It is shown below using an example that the operating costs of a silencer caused by this can far exceed its purchase value.

Aus diesem Grund wird ein besonderes Augenmerk auf die Dämpfung bei tiefen Frequenzen gelegt.For this reason, special attention is paid to the attenuation at low frequencies.

4. Stand der Technik4. State of the art

Eine Darstellung des Standes der Technik muß auf zwei Techniken eingehen: die Technik des "passiven" Schallschutzes mit rein passiven Bauteilen und die Technik des "aktiven" Schallschutzes mit allein elektroakustischen, "aktiven" Bauteilen.A description of the prior art must deal with two techniques: the technique of "passive" sound insulation with purely passive components and the technology of "active" sound insulation with only electroacoustic, "active" components.

Die Probleme bei der Realisierung hoher Schalldämpfungen mit rein passiven Absorberauskleidungen- insbesondere bei tiefen Frequenzen - wurden teilweise oben bei den Begriffserläuterungen erwähnt. Den Stand der konventionellen Technik bei einer guten Auslegung eines passiven Breitbandschalldämpfers beschreibt [1, Bild 19,21], welches hier als Abbildung 10 mit den hier benutzten Bezeichnungen wiederholt wird. Eine ähnliche Kennzeichnung enthält auch [8, Bild12/10] und [9, Bild 6.138], wobei an letzterer Literaturstelle die Obergrenze für technische Realisierungen nicht auf Dh=3 dB gelegt wird, sondern auf Dh=1.5 dB abgesenkt ist. Auch die Neubearbeitung der VDI-Richtlinie über Schalldämpfer [10] wiederholt diese Angaben als den Stand der Technik für gute Breitband-Schalldämpfer.The problems with the implementation of high sound attenuation with purely passive absorber linings - especially at low frequencies - were mentioned above in part in the explanations of the term. The state of the art in a good design of a passive broadband muffler is described [1, Fig. 19,21], which is repeated here as Figure 10 with the designations used here. A similar designation also contains [8, Fig. 12/10] and [9, Fig. 6.138], whereby in the latter reference the upper limit for technical realizations is not set to D h = 3 dB, but to D h = 1.5 dB is. The revision of the VDI directive on silencers [10] also repeats this information as the state of the art for good broadband silencers.

Die hier vorgestellte Erfindung braucht sich mit passiven Schalldämpfern eigentlich nicht auseinanderzusetzen, da sie weder nach der Lösungskonzeption noch nach der erzielten Dämpfung vergleichbar sind. Lediglich um den derzeitigen Stand auf diesem Gebiet zu illustrieren, sei eine moderne Entwicklung kurz vorgestellt. In [11] wird ein Absorberelement aus sogenannten "Membranabsorbern" für Schalldämpfer beschrieben, welches durch die Kombination mehrfacher Resonanzsysteme in mühsamer Probierarbeit so abgestimmt wurde, daß es über eine gewisse Frequenzbandbreite (meist ca. 1,5 Oktaven) eine möglichst hohe Dämpfung bei möglichst geringer Bautiefe erzielen soll. Die Abbildung 11 zeigt Dämpfungskurven verschiedener Typen dieses Absorberelementes, welche auf verschiedene Frequenzbereiche abgestimmt sind. Die oben angegebenen technisch realisierbaren Dämpfungen von Dh=3 dB werden kaum überschritten. Es bleibt im wesentlichen der Vorteil der kleineren Bautiefe. Dafür liegt aber der Preis solcher Elemente bei dem drei- bis fünffachen des Preises von konventionellen Dämpferkulissen mit ansonsten vergleichbaren Leistungen.The invention presented here does not actually have to deal with passive silencers, since they are comparable neither in terms of the solution concept nor the damping achieved. A modern development is briefly presented to illustrate the current status in this area. In [11] an absorber element made of so-called "membrane absorbers" for silencers is described, which has been painstakingly tuned by the combination of multiple resonance systems in such a way that over a certain frequency bandwidth (usually approx. 1.5 octaves) the highest possible damping with as much as possible shallow depth. Figure 11 shows damping curves of different types of this absorber element, which are tuned to different frequency ranges. The above-mentioned technically feasible attenuations of D h = 3 dB are hardly exceeded. The advantage of the smaller overall depth remains. But the price of such elements is three to five times the price of conventional shock absorbers with otherwise comparable performance.

Mit dem gleichen Ziel, nämlich einer Verringerung der Bautiefe der Kulissenelemente befaßt sich auch die Offenlegungsschrift DE 34 25 450 Al [20] . Diese löst ein besonderes Problem bei Kulissen-Schalldämpfern, das dadurch entsteht, daß zwar die gesamte Breite des Kanals, in dem die Kulissen eingebaut werden (siehe Abb. 2 der vorliegenden Beschreibung), sich stetig ändert, weil man diese Kanalbreite in den vorhandenen Platz einpassen muß, daß aber andererseits die Baubreite einer gewissen Kulissen-Anordnung sich nur sprunghaft um die Breite D + H bei Hinzunahme oder Weglassung einer weiteren Kulisse ändern kann. Die genannte Schrift weist darauf hin, daß man mit einer Kulissen-Anordnung aus gleich-dicken Kulissen mit gleich-breiten Kulissenspalten in dem Zwischenbereich eines solchen Sprungs der Kanal breite entweder Schalldämpfung verliert, wenn man die Kulissenspalte mit wachsender Kanalbreite proportional vergrößert, oder den Druckverlust des Schalldämpfers unzulässig erhöht, wenn man mit wachsender Kanalbreite eine weitere Kulisse hinzunimmt und die Kulissenspalte derart verkleinert, daß die hinzugenommene Kulisse Platz findet. Nach dieser Druckschrift soll das Problem dadurch gelöst werden, daß man Kulissen mit unterschiedlicher Dicke verwendet. Durch geeignete Kombination derselben kann man leichter eine vorgegebene Gesamtbreite der Kulissen-Anordnung realisieren, ohne daß das für die Dämpfung und den Druckverlust maßgebliche Verhältnis D/H geändert werden müßte. Geeignete Kombinationsmöglichkeiten werden in dieser Schrift in ausführlichen Listen angegeben.The publication DE 34 25 450 Al [20] also deals with the same aim, namely to reduce the depth of the link elements. This solves a particular problem with link silencers, which arises from the fact that the entire width of the channel in which the links are installed (see Fig. 2 of the present description) is constantly changing because this channel width is in the available space must adapt, but that on the other hand the width of a certain backdrop arrangement can only change by leaps and bounds by the width D + H when adding or omitting another backdrop. The cited document indicates that with a backdrop arrangement of backdrops of the same thickness with backdrop gaps of equal width in the intermediate region of such a jump, the channel width either loses sound absorption if the backdrop column increases proportionally with increasing channel width, or the pressure loss the muffler increased inadmissibly if you add another backdrop with increasing channel width and the backdrop column is reduced so that the added backdrop finds space. According to this document, the problem is to be solved by using scenes with different thicknesses. By suitable A combination of these makes it easier to realize a predetermined overall width of the link arrangement without having to change the ratio D / H, which is decisive for the damping and the pressure loss. Suitable combinations are given in detailed lists in this document.

Die genannte Offenlegungsschrift hat mit der vorliegenden Erfindung nur das allgemeine Ziel gemeinsam, bei Kulissen-Schalldämpfern die Dämpfung zu erhöhen und den Druckverlust zu erniedrigen. Die Art des Absorber-Aufbaus der verwendeten Kulissen wird - entsprechend der dortigen Aufgabenstellung - völlig offengelassen; demzufolge fehlt jeglicher Hinweis auf die zu realisierende Optimal-Impedanz der Kulissenoberflächen, die die Grundlage eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers bildet. Die genannte Schrift enthält auch keine Erwähnung eines elektroakustischen Systems zur Erzielung einer solchen Optimal-Impedanz. Somit fehlt dort jeglicher Hinweis auf die Grundkonzeption für den erfindungsgemäßen Schalldämpfer und auch auf eine entscheidende,Grundkomponente desselben, nämlich auf das aktive Subsystem.The above-mentioned laid-open specification only has the general aim in common with the present invention of increasing the damping and reducing the pressure loss in the context of silencers. The type of absorber structure of the backdrops used is left entirely open - depending on the task at hand; consequently there is no reference to the optimum impedance of the link surfaces to be realized, which forms the basis of a silencer according to the invention. The cited document also contains no mention of an electroacoustic system for achieving such an optimal impedance. There is therefore no reference to the basic concept for the muffler according to the invention and also to a crucial basic component of the same, namely the active subsystem.

Wichtiger ist der Vergleich mit den sogenannten "aktiven" Schalldämpfern. Diese Entwicklung begann mit den Patentschriften [12]. Nach längere Zwischenzeit setzte mit Beginn der 70er Jahre eine lebhafte Forschungstätigkeit über die Methoden der "aktiven" Lärmbekämpfung ein. In [13] ist eine kurz gefaßte Übersicht gegeben. Eine Literaturzusammenstellung von 1988, [14], enthält 1708 einschlägige Zitate von Publikationen auf diesem Gebiet. Diese lebhafte Forschungstätigkeit wurde ausgelöst durch die natürlichen Beschränkungen passiver akustische Bauteile, welche mit dem Schallfeld nur nach den vorgegebenen akustischen Gesetzen für ihre Impedanzen und Übertragungsfunktionen in Wechselwirkung treten können. Ein weiterer Anstoß für die lebhaften Bemühungen um die "aktive" Lärmbekämpfung war die technische Entwicklung der elektronischen Komponenten, welche es erlaubt, praktisch jede mathematisch formulierbare Impedanz oder Übertragungsfunktion mit vertretbarem Kostenaufwand elektronisch zu realisieren.The comparison with the so-called "active" silencers is more important. This development started with the patent specifications [12]. After a long period of time, lively research on the methods of "active" noise abatement began in the early 1970s. A brief overview is given in [13]. A compilation of literature from 1988, [14], contains 1708 relevant citations from publications in this field. This lively research activity was triggered by the natural restrictions of passive acoustic components, which can only interact with the sound field according to the given acoustic laws for their impedances and transfer functions. Another impetus for the lively efforts to "active" noise abatement was the technical development of the electronic components, which allows practically any mathematically formulated impedance or transfer function to be implemented electronically at a reasonable cost.

Das oft auch mit "Lärmbekämpfung durch Antischall" bezeichnete Prinzip der aktiven Schalldämpfung ist in der Abbildung 12 dargestellt. Von links fällt die Schallwelle einer Lärmquelle in einem Kanal auf ein Mikrofon (1) ein. Dessen Ausgangssignal wird über einen Signalverarbeiter (2) (mit Verstärkung, Filterung, Laufzeitverschiebung etc.) auf Lautsprecher (3) gegeben, welche im wesentlichen Schall abstrahlen, der mit dem Schall der Lärmquelle möglichst auslöschend interferieren soll. Tatsächlich ist diese interferierende Auslöschung wirksam nur in einer Richtung (Vorwärtsrichtung) möglich; in Rückwärtsrichtung wird bei den meisten aktiven Systemen der Schall eher verstärkt. In einer Weiterentwicklung wird nach Abbildung 13 ein Mikrofon (4) auch hinter den Lautsprechern angeordnet, dessen Ausgangssignal dazu dient über einen Regler (5) die Parameter des Signalverarbeiters (2) adaptiv zu verbessern in Richtung auf eine Minimierung des Schalldrucks am Ort des Mikrofons (4).The principle of active sound attenuation, which is often referred to as "noise abatement through antisound", is shown in Figure 12 . From the left, the sound wave from a noise source hits a microphone (1) in a channel. Its output signal is given to a loudspeaker (3) via a signal processor (2) (with amplification, filtering, delay time shift, etc.), which essentially Radiate sound that is intended to interfere with the sound of the noise source in a way that cancels it. In fact, this interfering extinction is effectively only possible in one direction (forward direction); in the backward direction the sound tends to be amplified in most active systems. In a further development, according to Figure 13, a microphone (4) is also arranged behind the loudspeakers, the output signal of which is used to adaptively improve the parameters of the signal processor (2) via a controller (5) in the direction of minimizing the sound pressure at the location of the microphone ( 4).

Die meisten Untersuchungen der erwähnten Forschung beschäftigen sich mit der Entwicklung von Steuer- und Regel-Algorithmen für die Signalverarbeitung und für die adaptive Nachbesserung. Ein weiterer Teil befaßt sich mit der Entwicklung geeigneter Lautsprecher und ihrer Anordnung.Most of the research in the research mentioned deals with the development of control algorithms for signal processing and adaptive reworking. Another part deals with the development of suitable loudspeakers and their arrangement.

So bestechend einfach das Prinzip der aktiven Lärmbekämpfung zunächst erscheint, so deutlich zeichnen sich einige prinzipielle und technische Schwierigkeiten ab. Zunächst kann man sich leicht klar machen, mit welcher Genauigkeit die Schallfeldkompensation über den ganzen Kanalquerschnitt funktionieren muß. Um eine Durchgangsdämpfung Dd von 40 dB zu erzielen (eine Forderung üblicher Größenordnung im mittleren Frequenzbereich), darf der Restfehler der Schallfeldkompensation nur 10% auf einer Restfläche von 1% des Kanalquerschnitts betragen oder ein Restfehler von ca. 3% der Kompensation auf einer Teilfläche von 10%. Dies erklärt, warum Schalldämpfungen von 40 dB mit aktiven Systemen breitbandig nur unter Laborbedingungen (exakte Kanalquerschnitte, exakt ebene Schallwellen, keine Strömung) realisiert wurden, da die Lautsprecher für den Antischall an ihren Rändern nur schwer beherrschbare Schallfelder erzeugen. Ein weiteres prizipielles Problem rührt daher, daß in den Schalldämpferkanälen Luftströmungen vorherrschen. Das aktive System kann aber zunächst nicht zwischen turbulenten Druckschwankungen der Strömung, welche keinen Schall abstrahlen und deshalb harmlos sind, und den zu verringernden Schalldruckschwankungen unterscheiden. Dies ist der Grund, warum die ursprünglich gehegten, Hoffnungen, mit den aktiven Systemen einen Schalldämpfer für tiefe Frequenzen (unter ca. 100 Hz) zu erhalten, nicht erfüllt werden konnten, da die turbulenten Druckschwankungen mit fallender Frequenz stärker werden. Ein technologisches Problem liegt darin, daß die meisten Strömungen in technischen Schalldämpfern heiße Gase und/oder chemisch aggresive Dämpfe und/oder Schmutz transportieren, da sowohl die Steuermikrofone als auch die Lautsprecher dem Schallfeld und damit der Strömung direkt ausgesetzt sind. Ein weiteres Lautsprecher-technisches Problem liegt darin, daß die Schallschnelle der Lautsprechermebranen etwa die gleiche Größe wie die Schallschnelle des Störschalls haben muß, daß aber der Schalldruck durch die angestrebte Kompensation nahezu Null wird. Der Lautsprecher arbeitet also auf ein Schallfeld mit niedriger Feldimpedanz. Demzufolge muß auch die mechanische Impedanz der Lautsprecher sehr niedrig sein; die Membranen müssen leicht und weich gelagert sein und müssen große Hübe machen (zumindest bei tiefen Frequenzen). Solche Lautsprecher sind nun wiederum nicht geeignet, einer turbulenten Strömung exponiert zu werden. Ein regeltechnisches Problem rührt daher, daß das Steuermikrofon (1) auf der Seite der Lärmquelle nicht nur das zu unterdrückende Schallfeld aufnimmt, sondern auch den von den Lautsprechern nach hinten abgestrahlten Antischall. Tatsächlich wurde ein großer Anteil der Forschung darauf verwendet, mit Hilfe geeigneter Steueralgorithmen aus dem überlagerten Signal wieder das Störsignal herauszupräparieren. Ein weiteres grundsätzliches Problem bei der technischen Anwendung der aktiven Schalldämpfer liegt darin, daß sowohl durch Steuermikrofone (1) und Regelmikrofone (4) das Schallfeld nur in einigen wenigen Punkten abgetastet werden kann und auch das Anti-Schallfeld durch die Lautsprecheranordnung nur in einigen Punkten genau vorgegeben werden kann. Dies kann funktionieren, solange das Störschallfeld eine konstante Querverteilung hat. Gerade diese Querverteilung verändert sich aber bei technischen Schallquellen und bei den großen Querabmessungen der Kanäle laufend. Dies alles mag der Grund sein, warum aktive Schalldämpfersysteme über das Laborstadium kaum hinausgekommen sind; zumindest haben sie trotz der intensiven Forschungstätigkeit noch keine technische Bedeutung erlangt. Bei einer technischen Anwendung käme außerdem noch erschwerend hinzu, daß bei einem Ausfall des aktiven Systems praktisch überhaupt keine Schalldämpfung mehr vorhanden wäre.As impressive as the principle of active noise abatement initially appears, some fundamental and technical difficulties are clearly evident. First of all, it is easy to see with what accuracy the sound field compensation must work across the entire channel cross-section. In order to achieve a transmission loss D d of 40 dB (a requirement of the usual order of magnitude in the medium frequency range), the residual error of the sound field compensation may only be 10% on a residual area of 1% of the channel cross section or a residual error of approx. 3% of the compensation on a partial area of 10%. This explains why broadband sound attenuation of 40 dB with active systems was only realized under laboratory conditions (exact channel cross-sections, exactly flat sound waves, no flow), since the loudspeakers for the sound at the edges produce sound fields that are difficult to control. Another basic problem arises from the fact that air flows prevail in the silencer ducts. However, the active system cannot initially distinguish between turbulent pressure fluctuations in the flow, which do not emit sound and are therefore harmless, and the sound pressure fluctuations to be reduced. This is the reason why the originally held hopes of obtaining a silencer for low frequencies (below approx. 100 Hz) with the active systems could not be fulfilled, as the turbulent pressure fluctuations become stronger with falling frequency. A technological problem is that most flows in technical silencers transport hot gases and / or chemically aggressive vapors and / or dirt, since both the control microphones and the loudspeakers are directly exposed to the sound field and thus to the flow. Another loudspeaker technical problem is that the sound velocity of the Loudspeaker membranes must be about the same size as the sound velocity of the noise, but the sound pressure is almost zero due to the desired compensation. The loudspeaker thus works on a sound field with a low field impedance. As a result, the mechanical impedance of the loudspeakers must also be very low; the membranes must be light and soft and must make large strokes (at least at low frequencies). Such loudspeakers are in turn not suitable for being exposed to turbulent flow. A technical problem arises from the fact that the control microphone (1) on the side of the noise source not only picks up the sound field to be suppressed, but also the anti-sound emitted to the rear by the loudspeakers. In fact, a large proportion of research has been used to prepare the interference signal from the superimposed signal using suitable control algorithms. Another fundamental problem in the technical application of active silencers is that both the control microphones (1) and control microphones (4) can only scan the sound field in a few points, and the anti-sound field can only be accurately measured in a few points by the loudspeaker arrangement can be specified. This can work as long as the noise field has a constant transverse distribution. However, this transverse distribution changes continuously with technical sound sources and with the large transverse dimensions of the channels. All of this may be the reason why active silencer systems have barely got beyond the laboratory stage; at least they have not yet gained any technical significance despite the intensive research activity. In the case of a technical application, it would also make it more difficult that if the active system failed, there would be virtually no sound attenuation at all.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Schalldämpfung sind in der Offenlegungsschrift DE 27 12 534 A1 [21] beschrieben. Dort wird auch das als aktive Dämpfung bekannte Prinzip definiert, das darin besteht, "daß der Energiegehalt (einer) Welle dadurch reduziert werden kann, daß man die Primärwelle mit einer speziell erzeugten Sekundärwelle in einer derartigen Weise kombiniert, daß die Verdünnungen der Sekundärwelle mit den Verdichtungen der Primärwelle zusammenfallen und umgekehrt". Die genannte Offenlegungsschrift betont, daß die Sekundärwelle gegenüber der von ihr aufzuhebenden Primärwelle genau erzeugt werden muß. Sie beschreibt die Schwierigkeiten bei der genauen Erzeugung der Sekundärwelle nach dem Prinzip der aktiven Dämpfung und befaßt sich ausschließlich mit Verfahren und Vorrichtungen zur Gewinnung des Steuersignals für die Schallquelle der Sekundärwelle. Der in der genannten Offenlegungsschrift verwendete Prinzipaufbau ist in den Abbildungen 12 und 13 der vorliegenden Beschreibung gezeigt. Als eine der Schwierigkeiten wird in der genannten Schrift die Rückwirkung des Schalls von der Sekundärquelle ((3) in den Abbildungen) auf das Mikrofon für die Primärwelle ((1) in den genannten Abbildungen) genannt, und die bekannte Lehre befaßt sich demgemäß überwiegend mit dem Problem, diese Rückwirkung zu vermeiden, indem von dem Ausgangssignal dieses Mikrofons eine geeignet gebildete Wechselspannung abgezogen wird.A method and a device for active sound attenuation are described in the published patent application DE 27 12 534 A1 [21]. It also defines the principle known as active damping, which consists in "that the energy content of (a) wave can be reduced by combining the primary wave with a specially generated secondary wave in such a way that the dilutions of the secondary wave with the Compression of the primary wave collapse and vice versa ". The aforementioned publication emphasizes that the secondary wave must be generated exactly in relation to the primary wave to be canceled by it. It describes the difficulties in the precise generation of the secondary wave the principle of active damping and deals exclusively with methods and devices for obtaining the control signal for the sound source of the secondary wave. The basic structure used in the aforementioned publication is shown in Figures 12 and 13 of the present description. One of the difficulties mentioned in the cited document is the reaction of the sound from the secondary source ((3) in the figures) to the microphone for the primary wave ((1) in the figures), and the known teaching is accordingly primarily concerned with the problem of avoiding this reaction by subtracting an appropriately formed alternating voltage from the output signal of this microphone.

Es ist einer der Haupt-Vorzüge der vorliegenden Erfindung, daß dieses Problem bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer nicht auftritt, da an dem Steuermikrofon des erfindungsgemäßen aktiven Subsystems die Schallwelle des Lautsprechers nicht subtrahiert werden muß, so daß auch die in der genannten Schrift beschriebenen komplizierten Vorverfahren und Vorrichtungen zur Vermeidung der Rückwirkung der Sekundärquelle auf das Steuermikrofon nicht benötigt werden und die bekannte Lehre die Erfindung nicht nahelegen kann. In der genannten Schrift wird auch ein Zweites Mikrofon ((4) in Abbildung 13 der vorliegenden Beschreibung) benutzt, um die Signalaufbereitung von dem ersten Steuermikrofon ((1) in Abbildung 13) zu verbessern. Diese sogenannte Rückwärts-Regelung ist an sich allgemeiner Stand der Regeltechnik und ist an sich nicht Gegenstand des erfindungsgemäßen Schalldämpfers. Wichtig ist bei allen regeltechnischen Aufgaben vielmehr, wie das Signal der Rückwärts-Regelung aufbereitet und in den Regelkreis eingeführt wird. Die Realisierung der Rückwärts-Regelung ist bei der genannten Offenlegungsschrift einerseits und bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer andererseits entsprechend den grundsätzlich verschiedenen Aufgabestellungen vollständig verschieden voneinander. Die Verwendung einer Rückwärts-Regelung auch in der genannten Offenlegungsschrift nimmt daher den Erfindungsgedanken nicht vorweg.It is one of the main advantages of the present invention that this problem does not occur with the muffler according to the invention, since the sound wave of the loudspeaker does not have to be subtracted from the control microphone of the active subsystem according to the invention, so that the complicated preliminary methods and described in the cited document Devices for avoiding the reaction of the secondary source on the control microphone are not required and the known teaching cannot suggest the invention. In the cited document, a second microphone ((4) in Figure 13 of the present description) is also used to improve the signal processing from the first control microphone ((1) in Figure 13). This so-called backward regulation is generally the state of the art in control technology and is not in itself the subject of the silencer according to the invention. What is important for all control engineering tasks is how the signal from the reverse control is processed and introduced into the control loop. The implementation of the reverse control is completely different from one another in the above-mentioned laid-open publication and on the other hand in the muffler according to the invention in accordance with the fundamentally different task positions. The use of a backward regulation also in the aforementioned publication does not therefore anticipate the inventive concept.

Wie diese Offenlegungsschrift bestätigt, beruht das Prinzip der aktiven Schalldämpfung und beruhen aber auch die Probleme dieser aktiven Schalldämpfung darauf, daß die auslöschende Sekundärwelle "genau erzeugt werden" muß. Eben diese Notwendigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer vermieden durch die Verwendung eines passiven Subsystems, welches bereits für sich eine gewisse Schalldämpfung erzeugt und welches durch ein erfindungsgemäßes aktives Subsystem so beeinflußt wird, daß diese Schalldämpfung verbessert wird. Diese Offenlegungsschrift enthält keinerlei Hinweis auf einen passiven Schallabsorber. Bereits daraus wird deutlich, daß sie den vorliegenden Erfindungsgedanken nicht nahelegen kann.As this published specification confirms, the principle of active sound damping is based, but the problems of this active sound damping are based on the fact that the canceling secondary wave must "be generated exactly". Exactly this need is avoided in the silencer according to the invention by using a passive subsystem which already produces a certain amount of sound attenuation and which is influenced by an active subsystem according to the invention in such a way that this noise attenuation is improved. This publication does not contain any reference to a passive sound absorber. From this it is already clear that it cannot suggest the present inventive concept.

Wie unten dargelegt wird, werden die meisten dieser Probleme bei der vorgelegten Erfindung vom Ansatz her vermieden.As set out below, most of these problems are approachally avoided in the present invention.

Schließlich soll zum Stand der Technik noch auf die Literaturstelle [15] eingegangen werden, in welcher ein Schalldämpfer beschrieben wird, der dort "hybrid" genannt wird. Tatsächlich handelt es sich dabei um eine Hintereinander-Anordnung in Schallausbreitungsrichtung eines rein passiven Schalldämpfers und eines aktiven Schalldämpfers. Beide Schalldämpfer werden in ihren Frequenzkurven lediglich so abgestimmt, daß sich für den Schalldurchgang durch beide Schalldämpfer zusammen eine günstige Frequenzkurve ergeben soll. Eine Wechselwirkung eines passiven Subsystems einer Absorberauskleidung mit einem aktiven Subsystem dieser Auskleidung im selben Schalldämpfer wie bei der vorgelegten Erfindung findet nicht statt. Während die Wirkung der beiden Schalldämpferabschnitte bei der genannten Literaturstelle additiv ist, erfolgt die Wirkung der beiden Subsysteme bei dem erfindungsgemäßen Schalldämpfer multiplikativ. Die Literaturstelle hat mit der vorgelegten Erfindung nur das Bemühen um eine Verbesserung der Schalldämpfung und das Wort "hybrid" gemein.Finally, the state of the art will be discussed in reference [15], in which a silencer is described, which is called "hybrid" there. In fact, this is a series arrangement in the direction of sound propagation of a purely passive silencer and an active silencer. The frequency curves of both mufflers are only tuned in such a way that a favorable frequency curve should result for the passage of sound through both mufflers. An interaction of a passive subsystem of an absorber liner with an active subsystem of this liner in the same silencer as in the submitted invention does not take place. While the effect of the two If silencer sections are additive in the cited literature reference, the effect of the two subsystems in the silencer according to the invention is multiplicative. The literature reference has only the endeavor to improve sound attenuation and the word "hybrid" in common with the presented invention.

5. Aufgabenstellung und Erfindungsgedanke5. Task and inventive concept

Aufgabe der Erfindung ist somit,
   die Absorberauskleidung eines passiven Subsystems und ein elektroakustisches aktives Subsystem so zu kombinieren, daß beide im Zusammenwirken eine deutliche Verbesserung der Schalldämpfung gegenüber Dämpfern bekannter Bauart erbringen.
The object of the invention is therefore
to combine the absorber lining of a passive subsystem and an electroacoustic active subsystem in such a way that both work together to bring about a significant improvement in sound absorption compared to dampers of a known type.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein hybrider Schalldämpfer bestehend aus einer passiven Absorberauskleidung (passives Subsystem) und einem aktiven elektroakustischen System (aktives Subsystem), der dadurch gekennzeichnet ist, daß das elektroakustische aktive Subsystem derart auf den mit ihm kombinierten passiven Absorber einwirkt, daß in dem so gebildeten hybriden Absorber die akustische Impedanz der Kanal-seitigen Oberfläche der Absorberauskleidung eine Absorberfunktion U ergibt, welche in einem gewünschten Frequenzbereich den Wert der Absorberfunktion Uwp des Windungspunktes zwischen der ersten und der zweiten Schalldämpfer-Mode erreicht oder annähert (Hauptanspruch).To solve this problem, a hybrid silencer consists of a passive absorber lining (passive subsystem) and an active electroacoustic system (active subsystem), which is characterized in that the electroacoustic active subsystem acts on the combined passive absorber in such a way that in the hybrid absorbers thus formed, the acoustic impedance of the channel-side surface of the absorber lining results in an absorber function U, which in a desired frequency range reaches or approximates the value of the absorber function U wp of the winding point between the first and the second silencer mode (main claim).

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß soll also die Absorberfunktion U über einen breiten Frequenzbereich, vornehmlich bei tiefen Frequenzen, dem Wert Uwp der Absorberfunktion im oberen Windungspunkt der niedrigst gedämpften Mode, d.h. zwischen der ersten und zweiten Dämpfermode, hinreichend nahekommen. "Hinreichend" soll dabei gemessen werden an einer deutlichen Verbesserung der Schalldämpfung gegenüber Dämpfern bekannter Bauart.According to the invention, the absorber function U should therefore come sufficiently close to the value U wp of the absorber function in the upper winding point of the lowest damped mode, ie between the first and second damper modes, over a wide frequency range, especially at low frequencies. "Sufficient" should be measured by a significant improvement in sound absorption compared to dampers of known design.

Die nachfolgenden Darlegungen sollen die Realisierungsschritte dieses Erfindungsgedankens beispielhaft erläutern. Es wird dabei deutlich werden, daß es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten gibt. Darin und in der damit begründeten Möglichkeit zu kostengünstigen Lösungen wird ein Vorteil der Erfindung gesehen. Da der Erfindungsgedanke wegen der Flexibilität seiner Realisierung auch durch eine größere Zahl von Beispielen nicht vollständig ausgeschöpft werden kann, soll bei den Ausführungen mehr Wert darauf gelegt werden, die zielstrebige Realisierung in einzelnen Schritten darzulegen. Die dabei angeführten Beispiele sollen den Erfindungsumfang nicht begrenzen.The following explanations are intended to explain the implementation steps of this inventive concept by way of example. It will become clear that there are different ways of realizing it. An advantage of the invention is seen in this and in the justified possibility for cost-effective solutions. Since the idea of the invention cannot be fully exploited due to the flexibility of its implementation, even with a larger number of examples, more emphasis should be placed on the explanations of the goal-oriented implementation in individual steps. The examples given here are not intended to limit the scope of the invention.

6. Realisierung des Erfindungsgedankens6. Realization of the idea of the invention 6.1 Passives Subsystem6.1 Passive subsystem

Die Realisierung des Erfindungsgedankens wird beispielhaft an einem rechteckigen Spaltkanal (siehe Abbildungen 1 und 2 ) vorgeführt. Es fällt dem Fachmann eine Übertragung auf andere Kanalformen nicht schwer.The realization of the inventive concept is demonstrated by way of example on a rectangular gap channel (see Figures 1 and 2 ). It is not difficult for the person skilled in the art to transfer to other channel forms.

6.1.1 Serienschaltung des passiven und aktiven Subsystems6.1.1 Series connection of the passive and active subsystem

Weiterhin wird zunächst die Realisierung der erfindungsgemäßen hybriden Absorberauskleidung in der Serienschaltung nach Abbildung 4 diskutiert.Furthermore, the implementation of the hybrid absorber lining according to the invention in the series connection according to Figure 4 is discussed first.

Für die Dimensionierung eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist es zunächst hilfreich und wichtig, daß die akustische Wirksamkeit des aktiven Subsystems einfach durch eine akustische Impedanz Zb an der Oberfläche des Schallgebers beschrieben werden kann, mit welcher das passive Subsystem (1) in Abbildung 4 an dessen Rückseite abgeschlossen ist.For the dimensioning of a muffler according to the invention, it is initially helpful and important that the acoustic effectiveness of the active subsystem can be described simply by an acoustic impedance Z b on the surface of the sound generator, with which the passive subsystem (1) in Figure 4 on the rear side is completed.

Das passive Subsystem ist ein linearer akustischer Vierpol. Nach den Regeln der Vierpolrechnung (siehe auch [1,Gl.(4.7)]) ergibt sich die Abschluß-Impedanz Zb , mit welcher auf der Vorderseite des hybriden Absorbers die Absorberfunktion Uwp erreicht wird, aus der Formel

Figure imgb0008

Dabei ist Zh die Vorderseiten-Impedanz des passiven Subsystems allein, wenn es auf seiner Rückseite schallhart abgeschlossen ist (Leerlauf-Fall), und Zw ist die Vorderseiten-Impedanz des passiven Subsystems allein, wenn es auf seiner Rückseite schallweich abgeschlossen ist (Kurzschluß-Fall).The passive subsystem is a linear acoustic four-pole. According to the rules of the four-pole calculation (see also [1, Eq. (4.7)]), the terminating impedance Z b , with which the absorber function U wp is achieved on the front of the hybrid absorber, results from the formula
Figure imgb0008

Z h is the front impedance of the passive subsystem alone if it is sound-proof on its rear side (idle case), and Z w is the front impedance of the passive subsystem alone if it is soundproofed on its rear side (short circuit -Case).

Beispielhaft betrachten wir ein passives Subsystem bestehend aus einer Schicht der Dicke d eines porösen Absorbermaterials, welche auf ihrer Vorderseite durch eine dünne Deckschicht abgedeckt sei. Das poröse Absorbermaterial wird beschrieben durch den (mit Zo normierten) Strömungswiderstand R = Ξ·d/Zo mit dem längenbezogenen Strömungswiderstand Ξ des porösen Absorbermaterials. Es ist bekannt, wie man daraus die (mit ko normierte) charakteristische Ausbreitungskonstante Γan und den charakteristischen (mit Zo normierten) Wellenwiderstand Zan des porösen Absorbermaterials errechnet (siehe beispielsweise [2] oder [17]).As an example, we consider a passive subsystem consisting of a layer of thickness d of a porous absorber material, which is covered on its front by a thin cover layer. The porous absorber material is described by the flow resistance R = Ξ · d / Z o (standardized with Z o ) with the length-related flow resistance Ξ of the porous absorber material. It is known how to calculate the characteristic propagation constant Γ an (standardized with k o ) and the characteristic wave resistance Z (standardized with Z o ) of the porous absorber material (see for example [2] or [17]).

Die Deckschicht mit der Serien-Impedanz Zs bestehe aus einer akustischen Parallelschaltung eines Reibungswiderstandes Rs mit einer Massenreaktanz einer flächenbezogenen Masse ms . Dann folgt die Serienimpedanz Zs der Deckschicht aus:

Figure imgb0009

mit der Luft-Dichte ρo . Wählt man darin den Widerstandsterm Rs groß gegen den Reaktanzterm (2.Term im Nenner), dann beschreibt Zs die Serienimpedanz einer Deckschicht bestehend aus einer (Massen-)Folie. Wählt man umgekehrt den Reaktanzterm groß gegen Rs, dann hat man einen reinen Reibungswiderstand, wie er beispielsweise durch Gewebe und Vliese dargestellt wird. Ist die Deckschicht dicht auf der porösen Absorberschicht aufgebracht, dann ist dieReaktanz der elastischen Abfederung durch die poröse Schicht noch parallel zu schalten. Da es hier nur um die Demonstration des Verfahrens geht, wird auf diese weitere Komplizierung verzichtet.The cover layer with the series impedance Z s consists of an acoustic parallel connection of a friction resistance R s with a mass reactance of a mass m s related to the area. Then the series impedance Z s of the cover layer follows:
Figure imgb0009

with the air density ρ o . If one chooses the resistance term R s large against the reactance term (2nd term in the denominator), then Z s describes the series impedance of a cover layer consisting of a (mass) foil. Conversely, if one chooses the reactance term large against R s , then one has a pure friction resistance, as is represented, for example, by woven and non-woven fabrics. If the cover layer is applied tightly to the porous absorber layer, the reactance of the elastic cushioning through the porous layer must still be connected in parallel. Since this is only a demonstration of the procedure, this further complication is dispensed with.

Die in der Gl.(7) benötigten Impedanzen Zh und Zw ergeben sich dann aus:

Z h = Z s + Z an /tanh(Γ an · k₀h · d h ) ; Z w = Z s + Z an · tanh (Γ an · k₀h · d h )   (9)

Figure imgb0010

The impedances Z h and Z w required in Eq. (7) then result from:

Z H = Z s + Z at / tanh (Γ at · K₀h · d H ); Z w = Z s + Z at Tanh (Γ at · K₀h · d H ) (9)
Figure imgb0010

Damit ist für das gewählte Beispiel des passiven Subsystems die erfindungsgemäß erforderliche Abschlußimpedanz Zb bekannt.The terminating impedance Z b required according to the invention is thus known for the selected example of the passive subsystem.

Die Abbildung 14 zeigt beispielhaft die sogenannte "Ortskurve" der Abschlußimpedanz Zb in der komplexen Ebene mit laufender Frequenzvariablen f·h in Hz·m . Die in die Kurve eingezeichneten Punkte liegen in Terz-Abständen dieser Variablen. Diese Abbildung gilt für eine einfache poröse Absorberschicht (ohne Deckschicht) mit den Parametern d/h=0,5 und R=0,5 . Die Kurve ist aus Kreisbögen zusammengesetzt, welche bekanntlich durch Resonanz-Systeme nachgebildet werden können (siehe unten bei "Aktives Subsystem"). Bei dem Kreisbogen rechts von der imaginären Achse geht Schallenergie in das aktive Subsystem hinein; hier stellt es im Prinzip einen elektronisch gesteuerten passiven Absorber dar. Da dieser Kreisbogen jedoch mit wachsender Frequenz entgegen dem Uhrzeigersinn durchlaufen wird, kann er nicht durch passive Bauelemente realisiert werden, weil nach einem fundamentalen Satz der Schaltungstheorie die Ortskurven passiver Schaltkreise immer rechtsdrehend durchlaufen werden. Darauf soll hingewiesen werden, da das Wort "aktiv" bei dem aktiven Subsystem nicht notwendigerweise (wenn auch in der Regel) gleichzusetzen ist mit akustischer Energieabgabe. Auf den Kurventeilen links von der imaginären Achse muß das aktive Subsystem tatsächlich Schallenergie in die Rückseite des passiven Subsystems hineinspeisen. Figure 14 shows an example of the so-called "locus" of the terminating impedance Z b in the complex plane with running frequency variables f · h in Hz · m. The points drawn in the curve lie at thirds intervals of these variables. This illustration applies to a simple porous absorber layer (without top layer) with the parameters d / h = 0.5 and R = 0.5. The curve is composed of arcs, which are known to be simulated by resonance systems (see below under "Active subsystem"). At the circular arc to the right of the imaginary axis, sound energy goes into the active subsystem; here it basically represents an electronically controlled passive absorber. However, since this circular arc is run counterclockwise with increasing frequency, it cannot be realized by passive components, because according to a fundamental theorem of circuit theory, the loci curves of passive circuits are always run clockwise. This should be pointed out, since the word "active" in the active subsystem is not necessarily (albeit usually) to be equated with acoustic energy delivery. That must be on the curve parts to the left of the imaginary axis active subsystem actually feed sound energy into the back of the passive subsystem.

Fur einen anderen Aufbau des passiven Subsystems aus einer porösen Absorberschicht mit d/h=0,5 und R=1,0 , welche abgedeckt ist mit einer dichten Folie mit dem Massen-Parameter mp=ms / (ρod) = 1,0 , zeigt die Abbildung 15 die zugehörige Ortskurve der Abschlußimpedanz Zb .Die Ortskurve besteht hier bei tiefen Frequenzen aus einem Kreisbogen eines Einkreis-Resonanzsystems und bei hohen Frequenzen angenähert aus der senkrechten Geraden einer Feder-Reaktanz. Das aktive Subsystem muß bei allen Frequenzen Energie abgeben.For a different structure of the passive subsystem from a porous absorber layer with d / h = 0.5 and R = 1.0, which is covered with a dense film with the mass parameter m p = m s / (ρ o d) = 1.0, Figure 15 shows the associated locus of the terminating impedance Z b . The locus here consists of an arc of a single-circuit resonance system at low frequencies and approximately the vertical straight line of a spring reactance at high frequencies. The active subsystem must deliver energy at all frequencies.

In dem weiteren Beispiel von Abbildung 16 ist die Ortskurve der Abschlußimpedanz für ein passives Subsystem aufgetragen aus einer porösen Absorberschicht mit den Parametern d/h=0,5 und R=3,5 , welches in Abbildung 10 als eine passive Absorberauskleidung mit Breitband-Charakter ausgewiesen ist. Die Form entspricht einem bedämpften Resonanzkreis, dessen Impedanz sich bei hohen Frequenzen zu einem Konvergenzpunkt in der Nähe von Zb = -1 zusammenzieht.In the further example of Figure 16 , the locus of the terminating impedance for a passive subsystem is plotted from a porous absorber layer with the parameters d / h = 0.5 and R = 3.5, which in Figure 10 is a passive absorber lining with a broadband character is shown. The shape corresponds to an attenuated resonance circuit, whose impedance contracts at high frequencies to a convergence point near Z b = -1.

Überhaupt haben die gezeigten Beispiele bei allen Unterschieden der Form gemeinsam, daß sie bei tiefen Frequenzen beim Wert Zb = -(R+Rs) starten und in der Nähe von Zb = -1 bei hohen Frequenzen enden.In general, the examples shown have in common with all differences in shape that they start at low frequencies at the value Z b = - (R + R s ) and end near Z b = -1 at high frequencies.

Die Verwendung einer porösen Absorberschicht in dem passiven Absorber ist nicht unumgänglich (wenn auch, wie unten noch gezeigt wird, vorteilhaft) für die Realisierung des Erfindungsgedankens. Man kann bei der Rechnung eine poröse Absorberschicht durch eine gleich dicke Luftschicht ersetzen, indem man für sie in den Formeln Γan→j und Zan→1 einsetzt. Die Abbildung 17 mit der Ortskurve der erfindungsgemäßen Abschlußimpedanz Zb ist hierzu ein Beispiel für eine Luftschicht mit d/h=0,5 , welche auf ihrer Vorderseite durch ein dichtes Vlies mit dem Serienwiderstand Rs=2 und dem Massenparameter mp=1 abgedeckt ist. Wie man sieht, hat diese Ortskurve eine recht komplizierte Form. Damit soll aber nicht zum Ausdruck gebracht werden, daß es aus anwendungstechnischen Gründen nicht auch zweckmäßig sein kann, das passive Subsystem der erfindungsgemäßen Absorberauskleidung ohne poröse Absorberschicht, nur aus Folien, Membranen und Reibungswiderständen aufzubauen.The use of a porous absorber layer in the passive absorber is not inevitable (although, as will be shown below, it is advantageous) for the realization of the inventive idea. In the calculation, a porous absorber layer can be replaced by an air layer of the same thickness by using for it in the formulas Γ an → j and Z an → 1. Figure 17 with the locus of the terminating impedance Z b according to the invention is an example of an air layer with d / h = 0.5, which is covered on its front by a dense fleece with the series resistance R s = 2 and the mass parameter m p = 1 is. As you can see, this locus has a rather complicated shape. However, this is not intended to express the fact that, for technical reasons, it may not also be expedient to construct the passive subsystem of the absorber lining according to the invention without a porous absorber layer, only from foils, membranes and frictional resistances.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen passiven Subsystems ist nicht auf die beispielhaft vorgetragene Schicht aus einem porösen Absorber mit einer Deckschicht beschränkt. In [16, Abs.4.4] ist ein Verfahren beschrieben für die Ermittlung der Vorderseiten-Impedanz eines M-fach geschichteten Absorbers. wobei einzelne Schichten auch Luftschichten sein können und die Schichten auch jeweils Deckschichten haben dürfen. Dieses sehr allgemeine Verfahren kann angewendet werden für die Ermittlung von Zh und Zw in Gl.(7), indem bei dem Verfahren der Reflexionsfaktor rM der Schichtung an ihrer Rückseite zu rM=1 (schallhart) beziehungsweise rM = -1 (schallweich) gesetzt wird. Damit ist gezeigt, wie die Aufgabe der Bestimmung der Abschlußimpedanz Zb als Teilaufgabe bei der Realisierung der Erfindung für praktisch jeden Aufbau des passiven Subsystems gelöst wird.The structure of the passive subsystem according to the invention is not limited to the exemplary layer made of a porous absorber with a cover layer. A method for determining the front-side impedance of an M-layered absorber is described in [16, Section 4.4]. whereby individual layers can also be air layers and the layers can also each have outer layers. This very general method can be used for the determination of Z h and Z w in Eq. (7), in that the reflection factor r M of the stratification on the rear side is r M = 1 (reverberant) and r M = -1 (reverberant) is set. This shows how the task of determining the termination impedance Z b is solved as a subtask in the implementation of the invention for practically every structure of the passive subsystem.

Die Ermittlung der erfindungsgemäßen Abschlußimpedanz ist auch nicht beschränkt auf die hier beispielhaft vorgeführten Rechenverfahren einer analytischnumerischen Beschreibung des passiven Subsystems unter Verwendung von Abmessungen und Materialdaten, obwohl dieser Weg vorzuziehen ist, da er für die Dimensionierung des aktiven Subsystems (siehe unten) die besten Hinweise liefert. Man kann auch einen für die Anwendung der Erfindung vorgesehenen passiven Absorber direkt aufbauen und seine Eingangsimpedanz (einmal mit schallhartem Abschluß für Zh und dann mit schallweichem Abschluß für Zw ) in Abhängigkeit von der Frequenz messen mit akustischen Impedanz-Messverfahren, welche in der Literatur mehrfach beschrieben und auch genormt sind. Zur Erstellung einer formelmäßigen Frequenzabhängigkeit kann man dann die mit den Meßwerten nach Gl.(7) gebildete Abschlußimpedanz Zb einer numerischen Regression mit bekannten Verfahren unterwerfen. Bei der Auswahl der Funktionen, nach welchen man die Regression ausführt, kann dabei zweckmäßigerweise gleich die Struktur des aktiven Subsystems berücksichtigt werden (siehe unten).The determination of the termination impedance according to the invention is also not limited to the calculation methods exemplified here of an analytical-numerical description of the passive subsystem using dimensions and material data, although this route is preferable because it provides the best information for the dimensioning of the active subsystem (see below) . One can also build a passive absorber intended for the application of the invention directly and measure its input impedance (once with a sound-proof termination for Z h and then with a sound-proof termination for Z w ) as a function of frequency using acoustic impedance measurement methods which are known in the literature have been described several times and are also standardized. To create a formula-dependent frequency dependency, the terminating impedance Z b formed with the measured values according to Eq. (7) can then be subjected to a numerical regression using known methods. When selecting the functions according to which the regression is carried out, the structure of the active subsystem can expediently be taken into account (see below).

Damit ist gezeigt, daß man bei der Bestimmung der erfindungsgemäßen Abschlußimpedanz Zb alle passiven Subsysteme einbeziehen kann, deren Eingangsimpedanz berechenbar und/oder meßbar ist.This shows that all passive subsystems whose input impedance can be calculated and / or measured can be included in the determination of the terminating impedance Z b according to the invention.

Bei dem Aufbau einer erfindungsgemäßen Absorberauskleidung ist die Ermittlung der erfindungsgemäßen Abschlußimpedanz Zb ein Zwischenschritt für den Entwurf des aktiven Subsystems. Zb ist die akustische Eingangsimpedanz dieses in Serie geschalteten aktiven Subsystems. Der wesentliche Teil des aktiven Subsystems ist die akustische Impedanz Zm der Lautsprechermembrane, da nur sie durch elektronische Steuerung beeinflußbar ist. Nun enthält bei technischen Anwendungen der Erfindung die Abschlußimpedanz Zb in der Regel noch akustische Anteile, welche elektronisch nicht beeinflußbar sind. Einen solchen Anteil liefert beispielsweise die "Lautsprecherbox", mit welcher der Lautsprecher rückseitig eingefaßt wird. Eine solche Lautsprecherbox ist meist erforderlich, einmal um zu vermeiden, daß der Schall der Lautsprecherschwingung nach außen abgestrahlt wird, ferner aber auch um zu vermeiden, daß der Druck der Kanalströmung auf die Membrane drückt.In the construction of an absorber lining according to the invention, the determination of the terminating impedance Z b according to the invention is an intermediate step for the design of the active subsystem. Z b is the acoustic input impedance of this active subsystem connected in series. The essential part of the active subsystem is the acoustic impedance Z m of the loudspeaker diaphragm, since only it can be influenced by electronic control. In technical applications of the invention, the terminating impedance Z b generally still contains acoustic components which cannot be influenced electronically. Such a portion is provided, for example, by the "loudspeaker box" with which the loudspeaker is bordered on the back. Such a loudspeaker box is usually necessary, firstly, to avoid the sound of the loudspeaker vibration being released to the outside is radiated, but also to avoid that the pressure of the channel flow presses on the membrane.

Die Abbildung 18 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße hybride Absorberauskleidung unter Einschluß einer Lautsprecherbox. Vielfach wird die Lautsprecherbox teilweise mit Schallabsorptionsmaterial gefüllt, um so störende Resonanzen der Membran-Masse mit der Federsteife des Luftpolsters in der Box zu vermeiden (es kann jedoch auch vorteilhaft sein, diese Resonanz gezielt auszunutzen, um eine der Resonanz-Schleifen der Ortskurve von Zb akustisch zu realisieren !). In diesen Fällen ist die Lautsprecherbox wiederum als geschichteter Absorber mit einem schallharten Abschluß zu beschreiben. Nun sind fast ausnahmslos Lautsprechermembranen inkompressibel und dünn im Vergleich zur Schallwellenlänge (zumindest in dem hier interessierenden Frequentbereich). Die Abschlußimpedanz Zb entsteht deshalb aus einer Serienschaltung der gesuchten Membranimpedanz Zm mit der Eingangsimpedanz Ze der Box, welche hinter der Membrane gemessen wird: Zm=Zb - Ze. Die Abschlußimpedanz Zb wird weiterhin nach Gl.(7) ermittelt. Die Eingangsimpedanz Ze erhält man durch Anwendung des in [16, Abs.4.4] beschriebenen Rechenverfahrens für die Eingangsimpedanz geschichteter Absorber. Somit ist diese Teilaufgabe in gleicher Allgemeinheit lösbar wie die Bestimmung von Zb. Figure 18 shows schematically a hybrid absorber lining according to the invention including a loudspeaker box. In many cases, the loudspeaker box is partially filled with sound absorption material in order to avoid disturbing resonances of the membrane mass with the spring stiffness of the air cushion in the box (however, it can also be advantageous to use this resonance in a targeted manner to create one of the resonance loops of the local curve from Z b acoustically!). In these cases, the loudspeaker box is again to be described as a layered absorber with a reverberant termination. Now, almost without exception, speaker membranes are incompressible and thin compared to the sound wavelength (at least in the frequency range of interest here). The terminating impedance Z b therefore arises from a series connection of the sought membrane impedance Z m with the input impedance Z e of the box, which is measured behind the membrane: Z m = Z b - Z e . The terminating impedance Z b is still determined according to Eq. (7). The input impedance Z e is obtained by using the calculation method for the input impedance of stratified absorbers described in [16, Section 4.4]. This subtask can thus be solved in the same generality as the determination of Z b .

Die Abbildung 19 zeigt die erfindungsgemäß einzustellende Ortskurve der Membran-Impedanz Zm eines Aufbaus nach Abbildung 18 , wobei der Luftspalt vor dem Lautsprecher (über dessen Bedeutung siehe unten) hier 10% der Schichtdicke vor dem Lautsprecher beträgt und die Lautsprecherbox zu 80% mit Absorbermaterial gefüllt ist. Die gesamte Absorberauskleidung ist auf ihrer Vorderseite mit einer Folie mit Massenparameter mp=2 abgedeckt. Die Variable f·h (Punkte auf der Kurve wieder in Terz-Abständen) durchläuft in dieser Abbildung den Wertebereich von ca. 4[Hz·m] bis 100[Hz·m]. Figure 19 shows the locus curve of the membrane impedance Z m to be set according to the invention of a structure according to Figure 18 , the air gap in front of the loudspeaker (for the meaning see below) here being 10% of the layer thickness in front of the loudspeaker and the loudspeaker box 80% with absorber material is filled. The entire absorber lining is covered on its front side with a film with mass parameters m p = 2. In this figure, the variable f · h (points on the curve again at intervals of thirds) runs through the value range from approx. 4 [Hz · m] to 100 [Hz · m].

Sowohl für die Beantwortung der Frage, mit welchen Näherungen man arbeiten darf, um erfindungsgemäß "den Windungspunkt anzunähern", als auch für die Auslegung des aktiven Subsystems ist es außerordentlich hilfreich, daß man für die vorzüglich interessierenden tiefen Frequenzen unter Verwendung der in [16, Gl.(4.16a), (4.16b) und Gl.(6.78)] angegebenen Näherungen für die Absorber-Kennwerte Γan , Zan sowie für ihr Produkt Γan·Zan und ihren Quotienten Γan/ Zan analytische Näherungen für die erfindungsgemäße Membran-Impedanz Zm herleiten kann:

Figure imgb0011

Läßt man den letzten Bruch weg, entsteht die Abschlußimpedanz Zb . Dabei ist angenommen, daß der passive Absorber vor dem Lautsprecher geschichtet ist mit M Absorberschichten (einschließlich eventueller Luftschichten) der Dicken di mit den längenbezogenen Strömungswiderständen Ξi und Deckschichten mit Serienimpedanzen Zs,i . Ebenso sei in der Lautsprecherbox mit der Gesamttiefe dbox eine Anzahl Mbox Absorberschichten (einschließlich eventueller Luftschichten) mit den Dicken di . Da bei tiefen Frequenzen die Massenreaktanz von Deckschichten meist vernachlässigbar ist, geht dort Zs.i→Rs,i gegen die Reibungswiderstände der Deckschichten. Dann wird Zb ein lineares Polynom in koh und in Zm kommt eine Reaktanz hinzu mit dem Vorzeichen einer Massenreaktanz und der Frequenzabhängigkeit einer Federreaktanz. Die elektronische Synthese dieser Näherung im aktiven Subsystem ist sehr einfach. Diese Näherung wird unten verwendet für Beispiele zu Dämpfungskurven erfindungsgemäßer Schalldämpfer.Both for answering the question with which approximations one can work with in order to "approximate the turn point" according to the invention, and for the design of the active subsystem, it is extremely helpful to use the low frequencies of interest in the [16, Eqs. (4.16a), (4.16b) and Eq. (6.78)] give approximations for the absorber parameters Γ an , Z an as well as for their product Γ an · Z an and their quotient Γ an / Z an analytical approximations for the membrane impedance Z m according to the invention can be derived:
Figure imgb0011

If the last break is omitted, the terminating impedance Z b arises. It is assumed that the passive absorber is layered in front of the loudspeaker with M absorber layers (including possible air layers) of thicknesses d i with length-related flow resistances Ξ i and cover layers with series impedances Z s, i . Likewise, in the loudspeaker box with the total depth d box there is a number of M box absorber layers (including any air layers) with the thicknesses d i . Since the mass reactance of cover layers is mostly negligible at low frequencies, Z si → R s, i goes against the frictional resistance of the cover layers. Then Z b becomes a linear polynomial in k o h and in Z m there is a reactance with the sign of a mass reactance and the frequency dependence of a spring reactance. The electronic synthesis of this approximation in the active subsystem is very simple. This approximation is used below for examples of damping curves for silencers according to the invention.

6.1.2 Parallelschaltung des passiven und aktiven Subsystems6.1.2 Parallel connection of the passive and active subsystem

Bei der hybriden Absorberauskleidung in Serienschaltung nach Abbildung 4 unterstützt das aktive Subsystem den passiven Absorber, indem es diesem eine zweckdienliche Abschlußimpedanz Zb erzeugt.In the case of the hybrid absorber lining in series connection according to Figure 4 , the active subsystem supports the passive absorber by generating an appropriate terminating impedance Z b .

Die primäre Erfindungsaufgabe besteht aber darin, an der Vorderseite der Absorberauskleidung eine Absorberfunktion U=koh·G = Uwp zu erzeugen. Diese ist proportional der wirksamen Wandadmittanz G . Es gehört nun zu den Grunderfahrungen der Akustik, daß bei flächig strukturierten Absorberoberflächen die akustisch wirksame Admittanz der Flächen-Mittelwert der Admittanzen der einzelnen Teilflächen ist, solange die Abmessungen der Teilflächen klein bleiben zur Schallwellenlänge (typischerweise kleiner als etwa eine viertel Schallwellenlänge). Diese Bedingung schafft bei den hier vorzugsweise interessierenden tiefen Frequenzen keine Probleme.The primary task of the invention, however, is to generate an absorber function U = k o hG = U wp on the front of the absorber lining . This is proportional to the effective wall admittance G. It is now part of the basic experience of acoustics that, in the case of flat structured absorber surfaces, the acoustically effective admittance is the mean area value of the admittances of the individual partial surfaces, as long as the dimensions of the partial surfaces remain small relative to the sound wavelength (typically less than about a quarter of the sound wavelength). This condition creates no problems at the low frequencies that are of interest here.

Sei also Fp die Fläche des passiven Teils der Absorberauskleidung mit einer Wandadmittanz Gp an der Oberfläche und Fa die Fläche des aktiven Teils mit einer Admittanz Ga an der Oberfläche, dann muß nach der Erfindung sein:

Figure imgb0012

Die Admittanz Ga des aktiven Teils wird somit erfindungsgemäß duch
Figure imgb0013

bestimmt.So if F p is the area of the passive part of the absorber lining with a wall admittance G p on the surface and F a is the area of the active part with an admittance G a on the surface, then the invention must be:
Figure imgb0012

The admittance G a of the active part is thus according to the invention
Figure imgb0013

certainly.

Nach den oben beschriebenen Verfahren kann dann sowohl die Admittanz Gp für beliebig geschichtete passive Absorber ermittelt werden. Ferner kann auch die Abschlußimpedanz Zb und/oder die Membran-Impedanz Zm des aktiven Teils, welcher seinerseits zwischen der kanalseitigen Oberfläche und der Lautsprechermembrane einen geschichteten Absorber enthalten kann oder mit einer Lautsprecherbox abgeschlossen sein kann, nach den dortigen Verfahren ermittelt werden.The admittance G p for any layered passive absorber can then be determined using the method described above. Furthermore, the terminating impedance Z b and / or the membrane impedance Z m of the active part, which in turn can contain a layered absorber between the channel-side surface and the loudspeaker membrane or can be terminated with a loudspeaker box, can be determined by the methods there.

6.1.3 Mischtypen aus Serienschaltung und Parallelschaltung des passiven und des aktiven Subsystems6.1.3 Mixed types of series connection and parallel connection of the passive and the active subsystem

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die hybride Absorberauskleidung aus Mischtypen der Serienschaltung und der Parallelschaltung des passiven Subsystems mit dem aktiven Subsystem bestehen.In a further embodiment of the invention, the hybrid absorber lining can consist of mixed types of series connection and parallel connection of the passive subsystem with the active subsystem.

In einer in der Auslegung einfachen aber apparativ aufwendigen Mischform nach Abbildung 20 werden die beiden Grundtypen räumlich nebeneinander angeordnet. Von größerem Interesse ist die Ausgestaltung der Erfindung nach Abbildung 21 , wo ein aktives Subsystem sowohl in Serienschaltung als auch in Parallelschaltung zu einem passiven Subsystem arbeitet. Damit lassen sich günstige Frequenzkurven für die Übertragungsfunktion des Signalformers realisieren.The two basic types are spatially arranged next to each other in a simple but complex apparatus as shown in Figure 20 . Of particular interest is the embodiment of the invention as shown in Figure 21 , where an active subsystem works both in series and in parallel to a passive subsystem. This makes it possible to implement favorable frequency curves for the transfer function of the signal former.

Eine bevorzugte Mischform des erfindungsgemäßen hybriden Absorbers ist schematisch in Abbildung 22 dargestellt. Bei ihr arbeitet die Vorderseite des Lautsprechers in Serienschaltung auf einen passiven Absorber, und die Rückseite erzeugt eine Paralleladmittanz Ga in Parallelschaltung. Dies ist möglich, da die Paralleladmittanz Ga den Charakter einer passiven Admittanz haben muß, die Abschlußimpedanz Zb aber, wie die Beispiele oben zeigen, vielfach den Charakter einer negativen passiven Impedanz hat. Dieser Vorzeichenwechsel stellt sich automatisch ein, wenn man die Vorder- und die Rückseite der Lautsprechermembrane als aktiven Signalgeber benutzt. Man kann sich mit dieser Ausformung der Erfindung auch den Platzbedarf einer Lautsprecherbox ersparen, und der Druckausgleich des Strömungsdrucks über den Lautsprecher ist ebenfalls gegeben.A preferred mixed form of the hybrid absorber according to the invention is shown schematically in Figure 22 . With her, the front of the loudspeaker works in series on a passive absorber, and the back creates a parallel admittance G a in parallel. This is possible because the parallel admittance G a must have the character of a passive admittance, but the terminating impedance Z b , as the examples above show, often has the character of a negative passive impedance. This change of sign occurs automatically when you use the front and the back of the speaker diaphragm as an active signal generator. One can deal with this shape of the Invention also save the space required for a loudspeaker box, and the pressure equalization of the flow pressure via the loudspeaker is also given.

Bei den Mischformen kann das Steuersignal für das aktive Subsystem je nach Zweckmäßigkeit entweder im Teil der Serienschaltung oder im Teil der Parallelschaltung durch den Signalaufnehmer (Mikrofon) aufgenommen werden.In the case of the mixed forms, the control signal for the active subsystem can, depending on the expediency, be recorded either in the part of the series connection or in the part of the parallel connection by the signal pickup (microphone).

7. Aktives Subsystem7. Active subsystem

Das aktive Subsystem mit dem schematischen Aufbau einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung nach Abbildung 3 hat die Aufgabe, eine vorgeschriebene akustische Impedanz zu erzeugen. Diese Impedanz ist das Verhältnis des Schalldrucks an der schwingenden Oberfläche (Membrane) des Signalgebers zu der über die Fläche gemittelten Schnelle dieser Oberfläche.The active subsystem with the schematic structure of a possible embodiment of the invention according to Figure 3 has the task of generating a prescribed acoustic impedance. This impedance is the ratio of the sound pressure on the vibrating surface (membrane) of the signal generator to the speed of this surface averaged over the surface.

Hierbei wurde ein für die Realisierung wichtiger Vorteil der Erfindung gegenüber der Aufgabenstellung des aktiven Schallschutzes bereits eingebracht, nämlich der, daß es auf die genaue Schwingungsverteilung der Membrane nicht ankommt. Unterschiede der Schwing-Amplitude und -Phase können sich nämlich in dem vorgeschalteten passiven Absorber (bei Serienschaltung) oder in der vorgeschalteten Kammer (bei Parallelschaltung) über den Querschnitt ausgleichen, sodaß an der kanalseitigen Oberfläche des hybriden Absorbers gleichwohl flächig konstante Wandimpedanzen entstehen. Einem solchen Querausgleich des Schallfeldes ist besonders förderlich ein Luftspalt zwischen der Membrane und dem passiven Absorber, wie er in den Abbildungen 4, 18, 20, 21 und 22 angedeutet ist.Here, an important advantage of the invention compared to the task of active sound insulation has already been introduced, namely that the precise vibration distribution of the membrane is not important. Differences in the oscillation amplitude and phase can compensate for each other across the cross-section in the upstream passive absorber (with series connection) or in the upstream chamber (with parallel connection), so that flat wall impedances nevertheless occur on the channel-side surface of the hybrid absorber. An air gap between the membrane and the passive absorber, as is indicated in Figures 4, 18, 20, 21 and 22, is particularly beneficial for such a transverse compensation of the sound field.

Ein weiterer, gegenüber der Aufgabenstellung des aktiven Schallschutzes bedeutsamer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß das benötigte, durch den Signalaufnehmer (Nr. (1) in Abbildung 3 ) erfaßte Steuersignal nicht der Schalldruck ohne den Beitrag des aktiven Subsystems ist, sondern der tasächliche Schalldruck, der eine Überlagerung darstellt aus dem Schalldruck des zu mindernden Lärms, welcher von vorne durch den passiven Absorber dringt , und aus dem Schalldruck des Lautsprechers des aktiven Systems. Die vorn beschriebenen Schwierigkeiten der Steuerung beim aktiven Schallschutz, nämlich den Beitrag des aktiven Systems aus dem Steuersignal erst eliminieren zu müssen, entfallen bei der vorgelegten Erfindung völlig vom Ansatz des Erfindungsgedankens her.Another significant advantage of the invention compared to the task of active sound insulation is that the required control signal detected by the signal sensor (No. (1) in Figure 3 ) is not the sound pressure without the contribution of the active subsystem, but the actual sound pressure , which is a superposition of the sound pressure of the noise to be reduced, which penetrates from the front through the passive absorber, and the sound pressure of the loudspeaker of the active system. The above-described difficulties of control in the case of active noise protection, namely having to first eliminate the contribution of the active system from the control signal, are completely eliminated in the present invention from the approach of the inventive concept.

Ein Prinzipschema des aktiven Subsystems in einer Grundform für die Realisierung der Erfindung zeigt Abbildung 23 . Ein Mikrofon (1) nimmt den Schalldruck p vor dem Lautsprecher (5) auf. Zusammen mit einem unter Umständen erforderlichen Mikrofonverstärker (2) wird der Druck p in eine elektrische Spannung u₁ übertragen. Am anderen Ende der Signalkette erzeugt ein Lautsprecher (5) eine Schallschnelle v seiner Membrane durch Ansteuerung des Lautsprechers über einen Leistungsverstärker (4) mit der elektrischen Spannung u₂ . Der Signalformer (3) dient dann der erfindungsgemäßen Umformung des Mikrofonsignals, um die geforderte akustische Abschlußimpedanz Zb=p/v zu erzielen. Die dargestellte Unterteilung des passiven Subsystems ist eher eine funktionale Unterteilung als eine Aufzählung notwendiger Komponenten. So können die erforderlichen Verstärkungen ohne weiteres auch in den Signalformer integriert sein. Besonders übersichtlich wird die Funktion des erfindungsgemäßen Signalformers, wenn man annimmt, daß sowohl auf der Mikrofonseite der Zusammenhang zwischen p und u₁ linear ist und unabhängig von der Frequenz als auch auf der Lautsprecherseite eine solche Beziehung besteht zwischen v und u₂ . Dann ist der durch den Signalformer zu erzielende Übertragungsfaktor u₁/u₂ bis auf einen frequenzunabhängigen Faktor gleich der erfindungsgemäßen Abschlußimpedanz Zb beziehungsweise der Membranimpedanz Zm. Figure 23 shows a basic diagram of the active subsystem in a basic form for realizing the invention. A microphone (1) takes the Sound pressure p in front of the loudspeaker (5). Together with a microphone amplifier (2) that may be required, the pressure p is transmitted into an electrical voltage u 1. At the other end of the signal chain, a loudspeaker (5) produces a sound velocity v of its membrane by driving the loudspeaker via a power amplifier (4) with the electrical voltage u₂. The signal former (3) then serves to transform the microphone signal according to the invention in order to achieve the required acoustic termination impedance Z b = p / v. The subdivision of the passive subsystem shown is a functional subdivision rather than an enumeration of necessary components. The required amplifications can also be easily integrated into the signal former. The function of the signal shaper according to the invention becomes particularly clear if one assumes that both on the microphone side the relationship between p and u 1 is linear and regardless of the frequency and on the speaker side there is such a relationship between v and u 2. Then the transmission factor u 1 / u 2 to be achieved by the signal shaper is, apart from a frequency-independent factor, equal to the terminating impedance Z b according to the invention or the membrane impedance Z m .

Der hier angenommene frequenzunabhängige lineare Zusammenhang zwischen p und u₁ ist mit üblicher Mikrofontechnik kein Problem in dem hier interessierenden Frequenz- und Amplitudenbereich. Dagegen besitzen Lautsprecher in der Regel einen Frequenzgang der akustischen Schwingung bei konstanter elektrischer Ansteuerung. Die Darstellung und Berechnung dieses Frequenzganges aus den konstruktiven Daten des Lautsprechers ist mit Standardmethoden der Elektroakustik möglich (siehe bespielsweise [18,19]). Ebenso gehören Methoden zur Verringerung dieses Frequenzganges zum Stand der Technik. Es muß deshalb hier nicht näher darauf eingegangen werden. Im Zusammenhang mit der Erfindung genügt es, wenn man die verbleibende Frequenzabhängigkeit des Lautsprechers in die durch den Signalformer zu erzielende Frequenzabhängigkeit seiner Übertragungsfunktion mit einbezieht (als Multiplikation von Übertragungsfaktoren oder durch Addition von Übertragungsmaßen, welche jeder(s) für sich bekannt sind); es wird dann nachfolgend von dem "kombinierten" Übertragungsfaktor des Signalwandlers gesprochen.The assumed frequency-independent linear relationship between p and u ₁ is not a problem in the frequency and amplitude range of interest with conventional microphone technology. In contrast, loudspeakers generally have a frequency response of the acoustic oscillation with constant electrical control. The representation and calculation of this frequency response from the design data of the loudspeaker is possible with standard electroacoustic methods (see for example [18,19]). Methods for reducing this frequency response also belong to the prior art. It is therefore not necessary to go into this here. In connection with the invention, it is sufficient if the remaining frequency dependency of the loudspeaker is included in the frequency dependence of its transfer function to be achieved by the signal former (as multiplication of transfer factors or by addition of transfer measures, which are known to each other); it is then referred to as the "combined" transmission factor of the signal converter.

Diese Einbeziehung des Lautsprecher-Frequenzganges in den kombinierten Übertragungsfaktor des erfindungsgemäßen Signalformers macht die Anwendung der Erfindung weitgehend unabhängig vom gewählten Typ des Lautsprechers (elektrodynamischer, elektrostatischer oder magnetodynamischer Lautsprecher). Die Auswahl kann erfolgen nach Gesichtspunkten des Übertragungsbereichs des Lautsprechers, nach Kosten, nach Betriebssicherheit und nach einfacher Realisierung dieses kombinierten Übertragungsfaktors.This inclusion of the loudspeaker frequency response in the combined transmission factor of the signal shaper according to the invention makes the application of the invention largely independent of the chosen type of loudspeaker (electrodynamic, electrostatic or magnetodynamic loudspeaker). The selection can be made according to aspects of the transmission range of the Loudspeaker, by cost, by operational reliability and by simple implementation of this combined transmission factor.

Die Realisierung dieses kombinierten elektrischen Übertragungsfaktors ist dann die letzte Teilaufgabe zur Anwendung der Erfindung. Die Funktion des Signalformers ist in der betrachteten Grundform der Erfindungs-Umsetzung im wesentlichen die eines frequenzabhängigen elektrischen Filters.Die erfindungsgemäß erforderliche Filtercharakteristik (Frequenzkurve des Übertragungsfaktors nach Betrag und Phase) ist durch Anwendung der beschriebenen Lösungsmethoden für die Teilaufgaben bekannt.The realization of this combined electrical transmission factor is then the last subtask to apply the invention. The function of the signal shaper in the considered basic form of the implementation of the invention is essentially that of a frequency-dependent electrical filter. The filter characteristic required according to the invention (frequency curve of the transmission factor according to amount and phase) is known for the subtasks by using the described solution methods.

Wenn man davon ausgeht, daß mit heutigen bekannten digital-elektronischen Methoden praktisch jede Übertragungsfunktion mit vertretbaren Kosten realisierbar ist, welche mathematisch (mit einigermaßen stetigen Funktionen) beschreibbar ist, dann ist auch diese letzte Teilaufgabe zur Anwendung der Erfindung als durch an sich bekannte Techniken gelöst anzusehen.If one assumes that with today's known digital-electronic methods practically every transfer function can be realized with reasonable costs, which can be described mathematically (with somewhat continuous functions), then this last sub-task for the application of the invention is also solved by techniques known per se to watch.

Gleichwohl besteht ein Kosteninteresse daran, den Frequenzgang des kombinierten Übertragungsfaktors durch geeignete Auswahl und Kombination des passiven Subsystems und des Lautsprechers möglichst einfach zu halten. Wie die oben beispielhaft gezeigten Ortskurven der Abschlußimpedanz Zb und der Membranimpedanz Zm gezeigt haben, ist es ein Vorteil der Erfindung, daß hier Gestaltungsspielräume bestehen. So ist es durch solche geschickte Kombinationen möglich, den erfindungsgemäßen kombinierten Übertragungsfaktor auch in elektronischer Analogtechnik zu realisieren. Hierfür steht eine leistungsfähige elektronische Schaltungstechnik zur verfügung, sodaß auch darauf hier nicht näher eingegangen werden muß.Nevertheless, there is a cost interest in keeping the frequency response of the combined transmission factor as simple as possible by suitable selection and combination of the passive subsystem and the loudspeaker. As the local curves of the terminating impedance Z b and the membrane impedance Z m shown above as an example, it is an advantage of the invention that there is scope for design here. Such clever combinations make it possible to also implement the combined transmission factor according to the invention in electronic analog technology. A powerful electronic circuit technology is available for this purpose, so that there is no need to go into this here either.

Von gewissem Interesse sind ferner Realisierungen des erfindungsgemäßen kombinierten Übertragungsfaktors durch elektronische "Hybrid-Technik", das heißt durch Kombination analoger mit digitalen Komponenten, und zwar insbesondere bei den selbst-adaptierenden aktiven Subsystemen, mit denen - wie weiter unten noch dargelegt wird - Änderungen der Betriebstemperatur und/oder der Strömungsgeschwindigkeit im Schalldämpfer "nachgefahren" werden können.Also of some interest are realizations of the combined transmission factor according to the invention by means of electronic "hybrid technology", that is to say by combining analog and digital components, in particular in the case of the self-adapting active subsystems with which - as will be explained further below - changes in the Operating temperature and / or the flow rate in the silencer can be "tracked".

Wie oben bereits wiederholt angemerkt wurde, besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Hybridabsorbers darin, daß man durch geeignete Auswahl der Komponenten des passiven Absorbers der Ortskurve der Abschlußimpedanz Zb solche Formen geben kann, welche durch einfache elektronische Schaltungen im aktiven Subsystem realisiert werden können.As has already been repeatedly noted above, an advantage of the hybrid absorber according to the invention is that, by suitable selection of the components of the passive absorber, the locus of the terminating impedance Z b can be given shapes which can be implemented by simple electronic circuits in the active subsystem.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird anhand von Abbildung 24 beschrieben. Die Abbildungen 4, 5, 18, 20, 21, 22 zeigen je ein erfindungsgemäßes hybrides Absorberelement. Zur Auskleidung eines Schalldämpfers werden in der Grundform der Erfindung mehrere dieser Elemente in Richtung der Kanalachse (Schallausbreitungsrichtung) hintereinander angeordnet, bis eine Länge des Schalldämpfers entsteht, welche die geforderte Durchgangsdämpfung liefert. Die Abbildung 24 zeigt nun schematisch, daß in dieser Ausgestaltung der Erfindung weder das Steuermikrofon noch der Signalformer bei jedem Element wiederholt werden müssen. Es sind nämlich über die Ausbreitungskonstant Γ = Γ'+jΓ'' im Dämpferkanal sowohl die Abnahme des Schalldruckpegels zwischen benachbarten hybriden Absorberelementen der Breite a (nämlich 8,68·Γ'a dB ) als auch die Phasendrehung φ (nämlich 180·Γ''a/π Grad) bekannt. In einer elektrischen Kettenschaltung werden in Abbildung 24 diese Pegel- und Phasen-Änderungen in der Anregung hintereinanderliegender Lautsprecher nachgebildet.Another useful embodiment of the invention is described with reference to Figure 24 . Figures 4, 5, 18, 20, 21, 22 each show a hybrid absorber element according to the invention. To line a silencer, in the basic form of the invention, several of these elements are arranged one behind the other in the direction of the channel axis (direction of sound propagation) until a length of the silencer is produced which provides the required transmission loss. Figure 24 shows schematically that in this embodiment of the invention, neither the control microphone nor the signal former need to be repeated for each element. The spreading constant Γ = Γ '+ jΓ''in the damper channel means both the decrease in the sound pressure level between neighboring hybrid absorber elements of width a (namely 8.68 · Γ'a dB) and the phase shift φ (namely 180 · Γ''a / π degrees) known. In Figure 24, these level and phase changes in the excitation of successive loudspeakers are simulated in an electrical chain circuit.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nutzt man aus, daß Lautsprecher reziproke Wandler sind; das heißt, sie sind nicht nur zur Schallerzeugung dienlich, sondern können auch als Schallaufnehmer betrieben werden. Bei der Anwendung dieser Eigenschaft auf die Erfindung wird der Lautsprecher des aktiven Subsystems in "Schaltpausen" als Schallaufnehmer geschaltet, welcher den Schalldruck mißt, der von dem Dämpferkanal durch den passiven Absorber dringt. Für diese Schaltpausen reichen Zeitspannen von einer bis wenige Sekunden Dauer. Damit kann das Steuermikrofon entfallen; es wird durch einen zeitlich getakteten Schalter ersetzt.In a further embodiment of the invention, use is made of the fact that loudspeakers are reciprocal converters; This means that they are not only useful for sound generation, but can also be operated as sound recorders. When this property is applied to the invention, the loudspeaker of the active subsystem is switched in "switching breaks" as a sound pickup, which measures the sound pressure which penetrates from the damper channel through the passive absorber. Periods of one to a few seconds are sufficient for these switching breaks. The control microphone can thus be omitted; it is replaced by a timed switch.

In den bisherigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen aktiven Subsystems ist dessen Realisierung im wesentlichen eine elektronische Steueraufgabe, worin übrigens ein Vorteil der Erfindung gegenüber den Methoden des aktiven Schallschutzes gesehen wird, da diese grundsätzlich eine Regelaufgabe darstellen. In einer unter Umständen zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann die erfindungsgemäße Funktion des aktiven Subsystems aber auch als regeltechnische Aufgabe konzipiert werden. Das Prinzip sei anhand der schematischen Abbildung 25 erläutert. In Ergänzung zu der Grundausstattung nach Abbildung 3 wird durch einen auf der Lautsprechermembrane aufgesetzten Körperschallaufnehmer (4) die Schallschnelle v der Membrane aufgenommen. Damit wird der Signalformer mit an sich bekannten regeltechnischen Methoden so geregelt, daß der Quotient aus dem vom Mikrofon aufgenommenen Druck p und der vom Körperschallaufnehmer aufgenommenen Schallschnelle v die erfindungsgemäß erforderliche Abschlußimpedanz Zb bildet. Diese Ausgestaltung als Regelaufgabe kann zweckmäßig" sein zum Ausgleich schwer voraussagbarer Änderungen in den Eigenschaften des passiven Subsystems, sei es beispielsweise durch Fertigungsschwankungen des passiven Absorbers, sei es durch schwer voraussagbare Temperaturprofile in letzterem oder sei es durch dessen Änderungen während des Betriebs des Schalldämpfers, zum Beispiel durch Schmutzablagerungen.In the previous embodiments of the active subsystem according to the invention, its implementation is essentially an electronic control task, which incidentally is seen as an advantage of the invention over the methods of active noise protection, since these basically represent a control task. In an embodiment of the invention which may be expedient, the function of the active subsystem according to the invention can also be conceived as a control task. The principle is explained using the schematic figure 25 . In addition to the basic equipment according to Figure 3 , the sound velocity v of the membrane is recorded by a structure-borne noise sensor (4) placed on the loudspeaker membrane. The signal shaper is thus controlled using control technology methods known per se so that the quotient of the pressure p recorded by the microphone and the sound velocity v recorded by the structure-borne sound sensor forms the terminating impedance Z b required according to the invention. This configuration As a control task, it can be useful "to compensate for changes in the properties of the passive subsystem that are difficult to predict, be it, for example, due to fluctuations in the production of the passive absorber, be it due to difficult to predict temperature profiles in the latter, or be it due to changes during the operation of the muffler, for example by Dirt deposits.

Man kann auch in einer weiteren regeltechnischen Ausgestaltung der Erfindung die primäre Zielgröße des Schalldämpfers, nähmlich den Schallpegel-Abfall auf einer Strecke Δx des Kanals als Steuergröße für die Optimierung der erfindungsgemäßen Abschlußimpedanz benutzen. Dazu mißt man nach der Schemazeichnung der Abbildung 26 den Schalldruck an zwei hintereinander in einem zweckmäßigen Abstand befindlichen Mikrofonorten und regelt den Betrag und die Phase der Lautsprecherschwingung so, daß dieser Pegelabfall maximiert wird.In a further control-technical embodiment of the invention, the primary target variable of the silencer, namely the drop in sound level over a distance Δx of the channel, can also be used as a control variable for optimizing the terminating impedance according to the invention. To do this, measure the sound pressure at two microphone locations located one behind the other at a convenient distance according to the diagram in Figure 26 and regulate the amount and phase of the loudspeaker vibration so that this drop in level is maximized.

8. Nebeneffekte und weitere Ausgestaltungen8. Side effects and other refinements

Für die technische Anwendbarkeit einer Erfindung - und damit für ihren Erfindungswert - ist maßgeblich, wie anwendungstechnisch bedingte Abweichung von Standardsituationen sich auf die angestrebte Leistung einer Erfindung - hier auf die erzielbare Schalldämpfung-auswirken.For the technical applicability of an invention - and thus for its invention value - it is decisive how application-related deviation from standard situations affects the desired performance of an invention - here the achievable noise reduction.

Eine erste bisher stillschweigend angenommene Standardsituation ist das Vorliegen eines überwiegend symmetrischen Schallfeldes, welches von der Lärmquelle herkommend auf den Schalldämpfer einfällt (symmetrisch heißt: gleichphasige Schwingung des Schallfeldes beiderseits der Symmetrieebene des Dämpferkanals). Dies ist in der Tat meistens der Fall. Es sind jedoch auch Sondenfälle der Schallquelle und/oder der Kanalführung vor dem Schalldämpfer denkbar, wo die Schallfeld-Schwingung überwiegend antisymmetrisch ist (gegenphasig beiderseits der Symmetrieebene). Dann gilt statt der Bestimmungsgleichung (5) die Bestimmungsgleichung (6) . Dies ist bei der Auslegung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers mit rechteckigem Querschnitt einfach dadurch zu berücksichtigen, daß nach [5] für die Absorberfunktion U im Windungspunkt der Wert Uwp=3,71944+j·1,89528 zu verwenden ist.A first tacitly accepted standard situation is the existence of a predominantly symmetrical sound field, which, coming from the noise source, falls on the silencer (symmetrical means: in-phase vibration of the sound field on both sides of the symmetry plane of the damper channel). In fact, this is usually the case. However, probe cases of the sound source and / or the duct in front of the muffler are also conceivable, where the sound field vibration is predominantly antisymmetric (opposite in phase on both sides of the plane of symmetry). Then the determination equation (6) applies instead of the determination equation (5). This is to be taken into account in the design of the muffler according to the invention with a rectangular cross-section simply by using the value U wp = 3.71944 + j · 1.89528 for the absorber function U at the winding point according to [5].

Eine zweite Standard-Annahme ist, daß die kanalseitige Oberfläche der Absorberauskleidung homogen ist, das heißt ohne Störstellen und Strukturen. Durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Absorberauskleidung aus hybriden Absorberelementen, insbesondere bei Anwendung der Parallelschaltung oder gemischter Anordnungen, entstehen Oberflächenstrukturen. Nun ist aber bekannt, daß solche Störstellen allenfalls höhere Moden erzeugen. Da diese aber stärker bedämpft sind als die niedrigst bedämpfte Mode, für welche der erfindungsgemäße Schalldämpfer ausgelegt ist, kann eine nachteilige Auswirkung ausgeschlossen werden.A second standard assumption is that the channel-side surface of the absorber lining is homogeneous, that is to say without defects and structures. By constructing the absorber lining according to the invention from hybrid absorber elements, in particular when using the parallel connection or mixed arrangements, surface structures arise. However, it is now known that such imperfections produce higher modes at most. However, since these are damped more than the lowest damped mode for which the silencer according to the invention is designed, a disadvantageous effect can be excluded.

Schalldämpfer in technischen Anlagen werden oft bei erhöhten Betriebstemperaturen eingesetzt. Durch diese ändern sich die akustischen Eigenschaften des schallführenden Mediums im Dämpferkanal. Nun ist aber zu beachten, daß die oben vorgeführten Auslegungsschritte in dimensionsloser Form beschrieben wurden. Sie gelten also für jedes gasförmige Medium, insbesondere also auch für ein durch erhöhte Temperatur und/oder Zusammensetzung (Rauchgase!) gegenüber normaler Luft geändertes Medium. Diese Betriebsbedingungen äußern sich nur dann, wenn man Zahlenwerte für die auftretenden Materialkonstanten einsetzt. Diese sind die Schallgeschwindigkeit co in ko=2πf/co , die Dichte ρo in Zooco , ferner die Viskosität und der Adiabatenexponent in Ξ und damit in Γan und Zan . Der Einfluß von Temperatur und Gaszusammensetzung auf diese Größen ist aus der Thermodynamik bekannt. Er kann also in die Ermittlung der Abschlußimpedanz Zb mit einbezogen werden, wenn man einen erfindungsgemäßen Schalldämpfer auf eine bestimmte Betriebstemperatur und/oder Gaszusammensetzung auslegen will. Wenn sich die Betriebstemperaturen während des Betriebes häufig und beträchtlich ändern, kann es erforderlich sein, statt mit einer Auslegung auf eine bestimmte Betriebstemperatur zu operieren, ein selbst-adaptierendes aktives Subsystem vorzusehen. Dies wird in der Regel eine digitale oder hybride elektronische Regeltechnik für den Signalformer erforderlich machen, bei welchen dann die Berücksichtigung einer über ein Thermometer erfaßten Betriebstemperatur keine grundsätzlichen Probleme stellt.Silencers in technical systems are often used at elevated operating temperatures. These change the acoustic properties of the sound-conducting medium in the damper duct. However, it should now be noted that the design steps presented above have been described in dimensionless form. They therefore apply to any gaseous medium, in particular also to a medium that has been changed from normal air by an increased temperature and / or composition (flue gases!). These operating conditions only manifest themselves when you use numerical values for the material constants that occur. These are the speed of sound c o in k o = 2πf / c o , the density ρ o in Z o = ρ o c o , furthermore the viscosity and the adiabatic exponent in Ξ and thus in Γ an and Z an . The influence of temperature and gas composition on these quantities is known from thermodynamics. It can therefore be included in the determination of the terminating impedance Z b if one wishes to design a silencer according to the invention for a specific operating temperature and / or gas composition. If operating temperatures change frequently and significantly during operation, it may be necessary to provide a self-adaptive active subsystem rather than operating with a specific operating temperature. As a rule, this will make digital or hybrid electronic control technology necessary for the signal former, in which the consideration of an operating temperature recorded by means of a thermometer does not pose any fundamental problems.

Etwas komplizierter ist die Berücksichtigung einer Strömung mit einer Strömungsgeschwindigkeit Vo und einer Machzahl Mo=Vo/co . Strömungsakustisch läßt sich die Strömungsüberlagerung vollständig erfassen, indem man überall, wo ko auftritt, dies ersetzt durch:

k o → k o · w   (13)

Figure imgb0014

mit dem sogenannten "Strömungsfaktor"
Figure imgb0015

Zwar empfiehlt die theoretisch-akustische Literatur auch noch eine Änderung der Randbedingung (von Schnelle-Anpassung zu Elongations-Anpassung an Randflächen), was zu der weiteren Ersetzung Gw→Gw·w führen würde, jedoch zeigen Vergleiche zwischen Messung und Rechnung eine bessere Übereinstimmung, wenn man diese zusätzliche Ersetzung nicht vornimmt. Damit geht die Gl.(4) über in:
Figure imgb0016

wobei für z nunmehr statt Gl.(5) die Bestimmungsgleichung gilt:

z · tan (z) = jU · w   (16)
Figure imgb0017


und entsprechend wird bei den anderen oben angegebenen Bestimmungsgleichungen U→ U·w ersetzt. Durch das Auftreten des Strömungsfaktors w in den Bestimmungsgleichungen verschiebt sich nun auch der Windungspunkt Uwp(Mo) in Abhängigkieit von der Machzahl. Mit dem in [5] beschriebenen Verfahren läßt sich bei einer gegebenen Machzahl Mo der zugehörige Windungspunkt numerisch bestimmen. Dabei wird Mo positiv angesetzt, wenn Schall und Strömung im Schalldämpfer die gleiche Richtung haben, und Mo wird negativ angesetzt wenn sie einander entgegengesetzt gerichtet sind.The consideration of a flow with a flow velocity V o and a Mach number M o = V o / c o is somewhat more complicated. In terms of flow acoustics, the flow superimposition can be completely recorded by replacing wherever k o occurs with:

k O → k O · W (13)
Figure imgb0014

with the so-called "flow factor"
Figure imgb0015

Although the theoretical-acoustic literature also recommends a change in the boundary condition (from rapid adaptation to elongation adaptation at boundary surfaces), which would lead to the further replacement G w → G w · w, comparisons between measurement and calculation show a better one Agreement if you do not make this additional replacement. Eq. (4) thus merges into:
Figure imgb0016

the equation of determination now applies to z instead of Eq. (5):

z · tan (z) = jU · w (16)
Figure imgb0017


and, accordingly, U → U · w is replaced in the other determination equations given above. Due to the occurrence of the flow factor w in the determination equations, the winding point U wp (M o ) is now also shifted depending on the Mach number. With the method described in [5], the associated winding point can be numerically determined for a given Mach number M o . M o is set positive if sound and flow in the silencer have the same direction, and M o is set negative if they are directed in opposite directions.

In der Anwendung auf den erfindungsgemäßen Schalldämpfer heißt die Berücksichtigung einer Strömungsüberlagerung demnach im wesentlichen einen Austausch der Konstanten Uwp . Falls sich die Strömungsgeschwindigkeit während des Betriebes des Schalldämpfer häufig und stark ändert, besteht eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung darin, daß man mit an sich bekannten Verfahren der Regeltechnik diese Änderung der Konstanten Uwp in einem selbstadaptierenden aktiven Subsystem einführt unter Verwendung der Anzeige eines Strömungsgeschwindigkeit-Meßgerätes. Bei einfachen Frequenzgängen des kombinierten Übertragungsfaktors läßt sich dies in elektrischer Analogtechnik bewerkstelligen, bei komplizierteren Frequenzabhängigkeiten kann eine Regelung in hybrider oder in digitaler Technik angezeigt sein.When applied to the muffler according to the invention, the consideration of a flow superimposition essentially means an exchange of the constant U wp . If the flow velocity changes frequently and strongly during operation of the silencer, an expedient embodiment of the invention consists in introducing this change in the constant U wp into a self-adapting active subsystem using known control engineering methods, using the display of a flow velocity Measuring device. With simple frequency responses of the combined transmission factor, this can be accomplished in electrical analog technology, with more complex frequency dependencies, regulation in hybrid or in digital technology can be indicated.

9. Technischer Fortschritt der Erfindung9. Technical progress of the invention

Der technische Fortschritt der Erfindung des hybriden Schalldämpfers gegenüber dem Stand sowohl der passiven Dämpfer-Technik als auch (und insbesondere) gegenüber der aktiven Dämpfertechnik soll kurz dargestellt werden. Dabei werden sich auch weitere Einzelheiten einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung ergeben.The technical progress of the invention of the hybrid silencer compared to the state of both passive damper technology and (and in particular) compared to active damper technology is to be briefly described. This will also result in further details of a preferred embodiment of the invention.

Zunächst sei die Wichtigkeit der Aufgabe, die Schalldämpfung von Schalldämpfern in technischen Anlagen zu verbessern, an einem praktischen Beispiel erläutert. Ein Abgasschalldämpfer in Kulissenbauweise nach Abbildung 2 für ein mittelgroßes thermisches Kraftwerk hatte bei optimierter Auslegung nach Abbildung 10 eine Länge L=7m bei einer Gesamt-Breite und -Höhe von 7x7 m² . Die Kulissendicken waren D=0,2 m , die Spaltweiten H=0,1 m , also d/h=2 .Die Absorberfüllung hatte einen Strömungswiderstand R=1,7 . Aus Abbildung 10 liest man dann bei f=100 Hz , das heißt bei f·h=5 Hz·m eine Dämpfung Dh=0,1 dB ab. Der Schalldämpfer hat bei dieser Frequenz eine Gesamtdämpfung von Dd=14 dB. Bei der Frequenz f=50 Hz , bei welcher ebenfalls noch Schallschutzanforderungen gestellt waren, betrug die Gesamtdämpfung nur noch Dd=3,5 dB. Aus einem Richtpreis pro Quadratmeter Kulissenfläche ergibt sich ein Schalldämpferpreis von rund 0,5 Mio DM. Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in den Kulissenspalten betrug Vo=50 m/s. Daraus folgt ein Widerstandsbeiwert (das Verhältnis von Druckverlust zu dynamischem Druck der Strömung) von ζ=2,5. Mit diesen Angaben kann man errechnen, daß die Strömungsverlustleistung im Schalldämpfer, welche von den Gebläsen erbracht werden muß, um die Luft durch den Schalldämpfer zu drücken, rund 3 000 kW beträgt; bei einem Wirkungsgrad von 80% der Gebläse wird dafür eine elektrische Leistung von rund 3 800 kW aufgebracht. Mit einem Stromtarif von 0,10 DM/kWh verursacht der Schalldämpfer infolge seines Druckverlusts jährliche Betriebskosten von 3,33 Mio DM/a , also das Vielfache seines Anschaffungswertes. Hier wurde noch bei einer Gasströmung mit Normaltemperatur To gerechnet. Bei einer höheren Betriebstemperatur von T Kelvin erhöht sich bei gleichem Massedurchsatz die Verlustleistung um den Faktor (T/To)2,5 , bei einer Betriebstemperatur von rund 300 Grad Celsius also um rund den Faktor 5,8 , was zu jährlichen Betriebskosten von rund 19,3 Mio DM/a führt.First of all, the importance of the task of improving the sound absorption of silencers in technical systems is explained using a practical example. A flue gas silencer in a link design according to Figure 2 for a medium-sized thermal power plant with an optimized design according to Figure 10 had a length L = 7m with a total width and height of 7x7 m². The gate thicknesses were D = 0.2 m, the gap widths H = 0.1 m, i.e. d / h = 2. The absorber filling had a flow resistance R = 1.7. Figure 10 then shows an attenuation D h = 0.1 dB at f = 100 Hz, i.e. at f · h = 5 Hz · m. At this frequency, the silencer has a total attenuation of D d = 14 dB. At the frequency f = 50 Hz, at which noise protection requirements were also made, the total attenuation was only D d = 3.5 dB. A target price per square meter of backdrop area results in a silencer price of around DM 0.5 million. The average flow velocity in the backdrop columns was V o = 50 m / s. This results in a drag coefficient (the ratio of pressure loss to dynamic pressure of the flow) of ζ = 2.5. With this information it can be calculated that the flow loss in the silencer, which must be provided by the blowers to push the air through the silencer, is around 3,000 kW; with an efficiency of 80% of the blowers, an electrical output of around 3 800 kW is applied. With an electricity tariff of 0.10 DM / kWh, the silencer causes annual operating costs of 3.33 million DM / a due to its pressure loss, i.e. many times its purchase value. Here a normal temperature T o was still calculated for a gas flow. At a higher operating temperature of T Kelvin, the power loss increases by a factor of (T / T o ) 2.5 for the same mass throughput, i.e. at an operating temperature of around 300 degrees Celsius by around a factor of 5.8, which results in annual operating costs of around 19.3 million DM / a leads.

Unter der Annahme, daß man den Gesamtquerschnitt des Schalldämpfers beibehält, könnte mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer, welcher auf Dh=9,5 dB ausgelegt ist (siehe Dämpfungsbeispiele unten) mit einem Ausstellungsverhältnis d/h=0,5 nicht nur die Dämpfung bei f=50 Hz auf Dd=15 dB und bei f=100 Hz auf Dd=25 dB erhöht werden, außerdem ließe sich die Strömungsgeschwindigkeit auf Vo=25 m/s halbieren und der Widerstandsbeiwert ginge auf ζ=0,35 zurück. Damit würden sich die Betriebskosten (bei Normaltemperatur) auf rund 62 TDM/a verringern, und bei Warmbetrieb auf rund 360 TDM/a. Selbst ein mehrfach teurerer erfindungsgemäßer Schalldämpfer hätte (bei deutlich besserem Schallschutz !) seine höheren Investitionskosten nach kurzer Zeit aus der Betriebskosten-Ersparnis refinanziert (abgesehen davon, daß die Gebläse wegen der geringeren erforderlichen Leistung billiger würden !).Assuming that the overall cross section of the muffler is retained, a muffler according to the invention, which is designed for D h = 9.5 dB (see damping examples below) with an exhibition ratio d / h = 0.5, could not only dampen at f = 50 Hz to D d = 15 dB and at f = 100 Hz to D d = 25 dB, furthermore the flow velocity could be halved to V o = 25 m / s and the drag coefficient would decrease to ζ = 0.35. This would reduce the operating costs (at normal temperature) to around 62 TDM / a, and to around warm when operating 360 TDM / a. Even a multi-expensive silencer according to the invention would have (with significantly better sound insulation!) Refinanced its higher investment costs after a short time from the savings in operating costs (apart from the fact that the fans would be cheaper because of the lower power required!).

Die Abbildung 27 zeigt als Beispiel für eine Anwendung der Erfindung als durchgezogene Kurve die Dämpfung für einen hybriden Absorber bestehend aus einer Mineralfaserschicht mit den Parametern d/h=0,5 und R=0,5 und einem aktiven Subsystem, welches eine lineare Näherung der Gl.(7) in koh für die Abschlußimpedanz Zb erzeugt, deren exakte Ortskurve für dieses Beispiel in Abbildung 14 dargestellt ist. Zum Vergleich ist gestrichelt die Dämpfungskurve mit dem passiven Absorber allein eingezeichnet. Dieses Beispiel zeigt nicht nur den hohen Zugewinn an Dämpfung bei tiefen Frequenzen durch den erfindungsgemäßen Schalldämpfer, es veranschaulicht ferner, daß man solche Zugewinne bereits mit einfachen Näherungen an die vorgeschriebene Abschlußimpedanz Zb erzielen kann, und es legt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nahe. Bei Frequenzen oberhalb circa fh=70 Hz·m gilt die verwendete Näherung für Zb offensichtlich nicht mehr; hier erzeugt die Absorberauskleidung allein des passiven Subsystems höhere Dämpfungen als die Absorberauskleidung mit dem hybriden Absorber in der verwendeten Auslegung. In solchen Fällen liegt es nahe, das aktive Subsystem bei höheren Frequenzen "abzuschalten". Dies bedeutet, daß die Abschlußimpedanz Zb dann hohe Beträge haben soll. Das läßt sich bei einem Hybrid-Absorber in Serienschaltung und bei einem elektrodynamischen Lautsprecher einfach dadurch realisieren, daß der Signalformer einen elektrischen Kurzschluß am Lautsprecher erzeugt. Dann wird die Membrane bekanntlich elektrodynamisch "festgebremst". Figure 27 shows an example of an application of the invention as a solid curve, the damping for a hybrid absorber consisting of a mineral fiber layer with the parameters d / h = 0.5 and R = 0.5 and an active subsystem, which is a linear approximation of the Eq. (7) generated in k o h for the terminating impedance Z b , the exact locus of which is shown in Figure 14 for this example. For comparison, the damping curve with the passive absorber alone is shown in dashed lines. This example not only shows the high gain in attenuation at low frequencies by the muffler according to the invention, it also illustrates that such gains can already be achieved with simple approximations to the prescribed terminating impedance Z b , and it suggests a further embodiment of the invention. At frequencies above approximately fh = 70 Hz · m, the approximation used for Z b obviously no longer applies; here the absorber lining of the passive subsystem alone produces higher damping than the absorber lining with the hybrid absorber in the design used. In such cases, it makes sense to "switch off" the active subsystem at higher frequencies. This means that the termination impedance Z b should then have large amounts. With a hybrid absorber connected in series and with an electrodynamic loudspeaker, this can be achieved simply by the signal former generating an electrical short circuit on the loudspeaker. Then the membrane is known to be "braked" electrodynamically.

Des weiteren zeigt die Abbildung 28 die Dämpfungskurven eines hybriden Absorbers (durchgezogen) mit einem Aufbau und einer exakten Ortskurve für Zb wie in Abbildung 15 ,wobei hier ebenfalls wieder eine Näherung an den exakten Verlauf benutzt wurde, sowie (gestrichelt) die Dämpfungskurve mit dem passiven Absorber allein. Dieses Beispiel ist für die praktische Anwendung deshalb von Interesse, weil die Absorberschicht an ihrer Vorderseite durch eine Folie (mit mp=1) abgedeckt ist, wodurch der hybride Absorber wirksam gegen eventuellen Schmutz in der Kanalströmung geschützt werden kann. Figure 28 also shows the damping curves of a hybrid absorber (solid) with a structure and an exact locus for Z b as in Figure 15 , whereby an approximation to the exact curve was used here as well, and (dashed) the damping curve with the passive absorber alone. This example is of interest for practical use because the front of the absorber layer is covered by a film (with m p = 1), which means that the hybrid absorber can be effectively protected against possible dirt in the sewer flow.

Die letzte Abbildung 29 zeigt schließlich entsprechende Dämpfungskurven für eine nach Abbildung 10 bereits breitbandig dimensionierte passive Absorberauskleidung, nämlich die bei Abbildung 16 beschriebene. Hier wurde - im Unterschied zu den beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen - die Abschlußimpedanz nicht aus analytisch hergeleiteten Näherungen gewonnen, sondern durch Interpolation von Meßwerten, wie dies oben beschrieben wurde. Da bei einer solchen Vorgehensweise die Beschränkungen einer analytischen Näherung entfallen, kommt die erzielte Dämpfung näher an den Optimalwert heran.The last figure 29 finally shows corresponding damping curves for a passive absorber lining already dimensioned broadly according to figure 10 , namely that described in figure 16 . In contrast to the two aforementioned exemplary embodiments, the Termination impedance is not obtained from analytically derived approximations, but through interpolation of measured values, as described above. Since the limitations of an analytical approximation are eliminated in such a procedure, the damping achieved comes closer to the optimum value.

Neben den in den Beispielen demonstrierten Verbesserungen der Schalldämpfung besitzt die Erfindung noch weitere technische Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, welche nachfolgend aufgezählt werden.In addition to the improvements in sound attenuation demonstrated in the examples, the invention has further technical advantages over the prior art, which are listed below.

Die Realisierung des aktiven Subsystems ist eine elektronische Steueraufgabe statt - wie beim aktiven Schalldämpfer - eine Regelaufgabe. Darin wird ein Vorteil gesehen, da erfahrungsgemäß Steueraufgaben leichter zu lösen sind als Regelaufgaben. Gleichwohl können dem aktiven Subsystem nach der Erfindung regeltechnische Ergänzungen beigefügt werden, welche ein "Nachfahren" von Änderungen der betriebstechnischen Parameter erlauben.The implementation of the active subsystem is an electronic control task instead of - as with the active silencer - a control task. This is seen as an advantage, since experience has shown that tax tasks are easier to solve than standard tasks. Nevertheless, the active subsystem according to the invention can be supplemented with control technology, which allows changes in the operating parameters to be “tracked”.

Die Steuergröße ist bei der Erfindung der Gesamtdruck am Meßort und nicht - wie beim aktiven Schalldämpfer - der Schalldruck der einfallenden Welle, der erst aus dem gemessenen Schalldruck mit aufwendigen Algorithemn zurückgewonnen werden muß.In the invention, the control variable is the total pressure at the measuring location and not - as in the case of the active silencer - the sound pressure of the incident wave, which has to be recovered from the measured sound pressure using complex algorithms.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist - im Gegensatz zum aktiven Schalldämpfer - unabhängig von der Schallfeldverteilung im Dämpferkanal. Dies ist wichtig, da die Schalldruckverteilung in technischen Anlagen weder sicher voraussagbar noch konstant zu halten ist. Der erfindungsgemäße Schalldämpfer kann deshalb unabhängig von der Lärmquelle, bei welcher er eingesetzt werden soll, entwickelt und dimensioniert werden, während aktive Schalldämpfer auf die jeweilige Lärmquelle angepaßt werden müssen.In contrast to the active silencer, the use of the silencer according to the invention is independent of the sound field distribution in the silencer duct. This is important because the sound pressure distribution in technical systems can neither be reliably predicted nor kept constant. The silencer according to the invention can therefore be developed and dimensioned independently of the noise source in which it is to be used, while active silencers have to be adapted to the respective noise source.

Die akustische Feldimpedanz, auf welche der Lautsprecher des aktiven Subsystems arbeitet, kann durch entsprechende Wahl der Parameter des passiven Subsystems in weiten Bereichen eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, daß relativ "harte" Lautsprecher benutzt werden können. Diese sind nämlich in der Regel billiger und im Betrieb robuster. Außerdem wird bei einer Realisierung des hybriden Absorbers in Serienschaltung der Schalldruckpegel am Lautsprecher - und damit die erforderlicher Elongation der Lautsprechermembrane - durch den vorgeschalteten passiven Absorber verringert.The acoustic field impedance to which the loudspeaker of the active subsystem works can be set over a wide range by appropriate selection of the parameters of the passive subsystem. This has the advantage that relatively "hard" speakers can be used. These are usually cheaper and more robust in operation. In addition, when the hybrid absorber is connected in series, the sound pressure level at the loudspeaker - and thus the required elongation of the loudspeaker diaphragm - is reduced by the upstream passive absorber.

Ein für die technische Anwendung wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Komponenten des aktiven Subsystems nicht - wie beim aktiven Schalldämpfer - unmittelbar der Strömung exponiert sind. Der vorgeschaltete passive Absorber kann als Wärmedämmschicht bei heißen Gasströmungen benutzt werden, da poröse Faserabsorber in der Regel auch eine gute Wärmedämmung besitzen. Der vorgeschaltete passive Absorber kann bei der Erfindung auch die Funktion eines Schmutzfilters zusätzlich übernehmen.An important advantage of the invention for technical application is that the components of the active subsystem are not - as in the active one Silencers - are directly exposed to the flow. The upstream passive absorber can be used as a heat insulation layer in hot gas flows, since porous fiber absorbers generally also have good heat insulation. The upstream passive absorber can also take on the function of a dirt filter in the invention.

Wichtig für die Anwendung in Strömungskanälen ist auch die Eigenschaft poröser passiver Absorbermaterialien, daß sie auf turbulente Druckschwankungen einen Gleichrichter-Effekt ausüben. Das heißt: die Felder der turbulenten Druckschwankungen bauen sich in einer Absorberschicht rascher ab als die Felder der Schallwelle, da bei den hier hauptsächlich interessierenden tiefen Frequenzen die charakteristischen Durchmesser der turbulenten Druckschwankungen sehr viel kleiner sind als die Schallwellenlängen. Das beim aktiven Schalldämpfer auftretende Problem, akustische und turbulente Druckschwankungen voneinander separieren zu müssen, entfällt bei der Erfindung weitgehend.Also important for the use in flow channels is the property of porous passive absorber materials that they have a rectifier effect on turbulent pressure fluctuations. This means that the fields of the turbulent pressure fluctuations break down faster in an absorber layer than the fields of the sound wave, since at the low frequencies that are mainly of interest, the characteristic diameters of the turbulent pressure fluctuations are much smaller than the sound wavelengths. The problem which arises in the case of the active silencer, of having to separate acoustic and turbulent pressure fluctuations from one another, is largely eliminated in the invention.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schalldämpfers im Vergleich zum aktiven Schalldämpfer wird darin gesehen, daß bei einem Ausfall des aktiven Subsystems (bei Wartung oder bei Störung) der passive Absorber eine gewisse verbleibende Schalldämpfung sicherstellen kann.Another advantage of the muffler according to the invention compared to the active muffler is seen in the fact that, in the event of a failure of the active subsystem (during maintenance or in the event of a fault), the passive absorber can ensure a certain remaining sound absorption.

Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Schalldämpfers gegenüber dem aktiven Schalldämpfer besteht darin, daß der Übergang auf andere Kanalquerschnitte im wesentlichen durch eine Änderung der Konstanten Uwp berücksichtigt werden kann und daß nicht - wie beim aktiven Schalldämpfer - neue Algorithmen der Regelung und neue Anordnungen der Lautsprecher entwickelt werden müssen.Another advantage of the muffler according to the invention over the active muffler is that the transition to other channel cross sections can essentially be taken into account by changing the constant U wp and that - unlike with the active muffler - new algorithms for regulating and new arrangements of the loudspeakers do not develop Need to become.

Schließlich ist es ein bei der Planung und Dimensionierung eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers außerordentlich hilfreicher Vorteil, daß sich die einzelnen Auslegungsschritte in Standardaufgaben (wie Impedanzmessung, Bestimmung von Wandlerkonstanten, Entwurf von Steuerschaltungen etc.) zerlegen lassen, während beim aktiven Schalldämpfer praktisch nur am kompletten System experimentiert werden kann.Finally, it is an extremely helpful advantage in the planning and dimensioning of a muffler according to the invention that the individual design steps can be broken down into standard tasks (such as impedance measurement, determination of converter constants, design of control circuits etc.), while with the active muffler practically only experiments on the complete system can be.

Daß andererseits die Erfindung keine naheliegende Weiterentwicklung bekannter technischer Lehren darstellt, erkennt man allein an den Funktionen, welche einer porösen Absorberschicht in einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer zugeteilt werden. Eine solche Schicht bietet den Wärmeschutz für das aktive Subsystem; sie ist ein Schmutz- und Turbulenzfilter; sie erniedrigt den Schalldruckpegel am Ort des aktiven Subsystems infolge der inneren Ausbreitungsdämpfung im Absorbermaterial und macht dadurch Lautsprecher mit kleinerem Hub möglich; sie übernimmt die Aufgabe eines passiven Dämpfers bei hohen Frequenzen; sie gewährleistet eine Restdämpfung im Störfall des aktiven Subsystems; sie stellt als passiver Dämpfer die Dämpfung höherer Kanalmoden sicher; sie bewerkstelligt als Widerstandsgleichrichter einen Druckausgleich in Querrichtung bei ungleichförmig schwingenden Lautsprechermembranen.On the other hand, the fact that the invention does not constitute an obvious further development of known technical teachings can be recognized only from the functions which are assigned to a porous absorber layer in a silencer according to the invention. Such a layer provides thermal protection for the active subsystem; it is a dirt and turbulence filter; it lowers the sound pressure level at the location of the active subsystem due to the internal one Propagation damping in the absorber material and thereby makes loudspeakers with a smaller stroke possible; it acts as a passive damper at high frequencies; it ensures residual damping in the event of a fault in the active subsystem; as a passive damper, it ensures the damping of higher channel modes; As a resistance rectifier, it accomplishes pressure equalization in the transverse direction in the case of non-uniformly vibrating loudspeaker membranes.

Zusammenfassend ergeben sich also als Realisierungsmöglichkeiten der Erfindung:
Bezüglich der akustischen Grundformen:

  • Serienschaltung des passiven und des aktiven Elements (vgl. Abb. 4)
  • Parallelschaltung des passiven und des aktiven Elements (vgl. Abb. 5)
  • Mischtypen hiervon (vgl . Abb. 20-22)
Bezüglich des aktiven Subsystems bestehend aus Signalaufnehmer (1), Signalformer (9) und Schallgeber (3) als elektroakustische Varianten bei entsprechender Ausbildung des Signalaufnehmers:
  • Steuerung über Mikrofon oder Lautsprecher-Mikrofon (vgl. Abb. 3 und 23)
  • Steuerung über Körperschall-Aufnehmer mit Mikrofon (vgl. Abb. 25)
  • Regelung über Kanal-Mikrofone (vgl. Abb. 26)
Als elektroakustische Variante sei besonders die der Steuerung über Mikrofon nach Abb. 3 hervorgehoben, wobei der Quotient aus dem Flächenmittelwert der Schnelle der Lautsprechermembrane und dem Schalldruck vor derselben eine erfindungsgemäße akustische Abschlußimpedanz Zb bildet, die im Fall der akustischen Serienschaltung des passiven Absorbers und des aktiven Subsystems gemäß der oben angegebenen Gleichung (7) und im Fall der akustischen Parallelschaltung des passiven Absorbers und des aktiven Subsystems durch eine Kombination der oben angebenen Gleichungen (12) und (7) festgelegt wird.In summary, the following are possible ways of realizing the invention:
Regarding the basic acoustic forms:
  • Series connection of the passive and the active element (see Fig. 4)
  • Parallel connection of the passive and active elements (see Fig. 5)
  • Mixed types of these (see Fig. 20-22)
Regarding the active subsystem consisting of signal pick-up (1), signal former (9) and sound generator (3) as electro-acoustic variants with appropriate design of the signal pick-up:
  • Control via microphone or loudspeaker microphone (see Fig. 3 and 23)
  • Control via structure-borne sound sensor with microphone (see Fig. 25)
  • Control via channel microphones (see Fig. 26)
As an electroacoustic variant, the control via microphone according to Fig. 3 is particularly emphasized, the quotient of the area mean value of the speed of the loudspeaker membrane and the sound pressure in front of the latter forming an acoustic terminating impedance Z b according to the invention, which in the case of the acoustic series connection of the passive absorber and the active subsystem according to equation (7) given above and in the case of acoustic parallel connection of the passive absorber and the active subsystem by a combination of equations (12) and (7) given above.

10. Beschreibung der Abbildungen10. Description of the pictures

Abb.1:Fig.1:
Rechteckiger Schalldämpfer mit lichter Kanalweite H = 2h und Absorberauskleidung der Dicke d aus porösem Absorbermaterial mit längenbezogenem Strömungswiderstand Ξ, kanalseitig mit einer schalldurchlässigen Deckschicht.Rectangular silencer with clear duct width H = 2h and absorber lining of thickness d made of porous absorber material with length-related flow resistance Ξ, with a sound-permeable cover layer on the duct side.
Abb.2:Fig.2:
Kulissen-Schalldämpfer mit Kulissen der Dicke D=2d und Spaltweiten H=2h.Baffle silencer with baffles of thickness D = 2d and gap widths H = 2h.
Abb.3:Fig.3:
Schemazeichnung des aktiven Subsystems mit Schallaufnehmer (1) , Signalformer (2) , Lautsprecher (3)Schematic drawing of the active subsystem with sound pickup (1), signal former (2), loudspeaker (3)
Abb.4:Fig.4:
Serienschaltung des passiven (1) und des aktiven (2) Subsystems.Series connection of the passive (1) and the active (2) subsystem.
Abb.5:Fig.5:
Parallelschaltung des passiven (1) und des aktiven (2) Subsystems.Parallel connection of the passive (1) and the active (2) subsystem.
Abb.6:Fig.6:
Lösung von Gl.(5) ; 1. Dämpfer-Mode.Solution of Eq. (5); 1. Damper mode.
Abb.7:Fig.7:
Lösung von Gl.(5); 2. Dämpfer-Mode.Solution of Eq. (5); 2. Damper mode.
Abb.8:Fig.8:
Schalldämpfung in einem rechteckigen Schalldämpfer mit lichter Kanalweite H = 2h mit einer Absorberauskleidung, deren Absorbertunktion U den Wert U=Uwp hat.Sound absorption in a rectangular silencer with a clear duct width H = 2h with an absorber lining, whose absorber function U has the value U = U wp .
Abb.9:Fig.9:
Schalldämpfung in einem rechteckigen Schalldämpfer mit lichter Kanalweite H = 2h bei optimaler Absorberauskleidung, bei hybrider Absorberauskleidung mit passivem Absorber der Dicke d aus poröser Absorberschicht mit Strömungswiderstand R=Ξd/Zo und bei rein passiver Auskleidung.Sound absorption in a rectangular silencer with a clear duct width H = 2h with optimal absorber lining, with hybrid absorber lining with passive absorber of thickness d made of porous absorber layer with flow resistance R = Ξd / Zo and with purely passive lining.
Abb.10:Fig.10:
Näherungen für Dämpfungskurven von rechteckigen Schalldämpfern mit lichter Kanalweite H = 2h und Absorberauskleidung der Dicke d aus porösem Absorbermaterial mit längenbezogenem Strömungswiderstand Ξ, optimiert auf Breitbandigkeit [1].Approximations for damping curves of rectangular silencers with a clear duct width H = 2h and absorber lining of thickness d made of porous absorber material with length-related flow resistance Ξ, optimized for broadband performance [1].
Abb. 11:Fig. 11:
Schalldämpfung mit einer passiven Absorberauskleidung aus sogenannten "Membransbsorbern", einer auf tiefe Frequenzen abgestimmten Resonator-Kombination.Sound absorption with a passive absorber lining made of so-called "membrane absorbers", a resonator combination tuned to low frequencies.
Abb.12:Fig.12:
Schemazeichnung eines aktiven Schalldämpfers mit Steuermikrofon (1) , Signalformer (2) , Antischall-Lautsprechern (3)Schematic drawing of an active silencer with control microphone (1), signal former (2), anti-noise speakers (3)
Abb.13:Fig.13:
Schemazeichnung eines aktiven Schalldämpfers mit adaptiver Regelung ;
Steuermikrofon (1) , Signalformer (2) , Antischall-Lautsprecher (3) , Korrektur-Mikrofon (4) , Regler (5) .
Schematic drawing of an active silencer with adaptive control;
Control microphone (1), signal former (2), anti-noise speaker (3), correction microphone (4), controller (5).
Abb.14:Fig.14:
Ortskurve der Abschlußimpedanz Zb einer Absorberschicht der Dicke d mit d/h=0,5 mit normiertem Strömungswiderstand R=0,5Locus of the terminating impedance Z b of an absorber layer of thickness d with d / h = 0.5 with normalized flow resistance R = 0.5
Abb.15:Fig.15:
Ortskurve der Abschlußimpedanz Zb einer Absorberschicht der Dicke d mit d/h=0,5 mit normiertem Strömungswiderstand R=1,0 abgedeckt mit einer Folie mit mp=1Locus of the terminating impedance Z b of an absorber layer of thickness d with d / h = 0.5 with normalized flow resistance R = 1.0 covered with a foil with m p = 1
Abb.16:Fig.16:
Ortskurve der Abschlußimpedanz Zb einer Absorberschicht der Dicke d mit d/h=0,5 mit normiertem Strömungswiderstand R=3,5 eines passiven Breitbamd-Absorbers.Locus of the terminating impedance Z b of an absorber layer of thickness d with d / h = 0.5 with standardized flow resistance R = 3.5 of a passive broadband absorber.
Abb.17:Fig.17:
Ortskurve der Abschlußimpedanz Zb einer Luftschicht der Dicke d mit d/h=0,5 abgedeckt mit einem normierten Strömungswiderstand RS=2,0 und einer Folie mit mp=1,0.Locus of the terminating impedance Z b of an air layer of thickness d with d / h = 0.5 covered with a normalized flow resistance R S = 2.0 and a foil with m p = 1.0.
Abb.18:Fig.18:
Serienschaltung des passiven (1) und des aktiven (2) Subsystems, mit einer Lautsprecherbox (3).
Angedeutet sind die Abschlußimpedanz Zb und die Eingangsimpedanz der Box Ze
Series connection of the passive (1) and the active (2) subsystem, with a loudspeaker box (3).
The terminating impedance Z b and the input impedance of the box Z e are indicated
Abb.19:Fig.19:
Ortskurve der Membranimpedanz Zm.Locus of the membrane impedance Z m .
Abb.20:Fig.20:
Kombination einer Serienschaltung (1) mit einer Parallelschaltung (2) der passiven und der aktiven Subsysteme.Combination of a series connection (1) with a parallel connection (2) of the passive and the active subsystems.
Abb.21:Fig.21:
Kombination einer Serienschaltung (1) mit einer Parallelschaltung (2) mit einem gemeinsamen aktiven Subsystem.Combination of a series connection (1) with a parallel connection (2) with a common active subsystem.
Abb.22:Fig.22:
Kombination einer Serienschaltung (1) mit einer Parallelschaltung (2) mit einem gemeinsamen aktiven Subsystem unter Ausnutzung beider Membranseiten des Lautsprechers.Combination of a series connection (1) with a parallel connection (2) with a common active subsystem using both diaphragm sides of the loudspeaker.
Abb.23:Fig.23:
Schemazeichnung der Funktionskomponenten des aktiven Subsystems mit Schallaufnehmer (1) , Mikrofonverstärker (2), Signalformer (3) , Leistungsverstärker (4), Lautsprecher (5)Schematic drawing of the functional components of the active subsystem with sound pickup (1), microphone amplifier (2), signal former (3), power amplifier (4), loudspeaker (5)
Abb.24:Fig.24:
Hintereinander angeordnete hybride Absorber (1) mit einem aktiven Subsystem bestehend aus einem Leitelement (2) und aus einer Keffenschaltung von Abschwächern und Phasendrehern zur Nachbildung der Pegel- und Phasenänderung der Schallwelle im Dämpferkanal (4) .Hybrid absorbers (1) arranged one behind the other with an active subsystem consisting of a guide element (2) and a circuit of attenuators and phase rotators to simulate the change in level and phase of the sound wave in the damper channel (4).
Abb.25:Fig.25:
Serienschaltung eines passiven (1) und eines aktiven (2) Subsystems, welches das Verhältnis des Schalldrucks vom Mikrofon (3) und der Schnelle vom Körperschallaufnehmer (4) auf das geforderte Verhältnis der Abschlußimpedanz regelt.Series connection of a passive (1) and an active (2) subsystem, which regulates the ratio of the sound pressure from the microphone (3) and the speed from the structure-borne sound sensor (4) to the required ratio of the terminating impedance.
Abb.26:Fig.26:
Serienschaltung eines passiven (1) und eines aktiven (2) Subsystems, welches die Differenz der Schallpegel an zwei hintereinander angeordneten Mikrofonen (3) im Dämpferkanal (4) auf einen maximalen. Wert regelt.Series connection of a passive (1) and an active (2) subsystem, which maximizes the difference in sound levels at two microphones (3) arranged in series in the damper channel (4). Value regulates.
Abb.27:Fig.27:
Dämpfungskurven eines Schalldämpfers mit einem passiven Absorber und einer Abschluß-Impedanz nach Abb.14;
durchgezogen: hybrider Absorber;
gestrichelt: rein passiver Absorber.
Attenuation curves of a silencer with a passive absorber and a termination impedance according to Fig.14;
solid: hybrid absorber;
dashed: purely passive absorber.
Abb.28:Fig.28:
Dämpfungskurven eines Schalldämpfers mit einem passiven Absorber und einer Abschluß-Impedanz nach Abb.15;
durchgezogen: hybrider Absorber;
gestrichelt: rein passiver Absorber.
Attenuation curves of a silencer with a passive absorber and a termination impedance according to Fig.15;
solid: hybrid absorber;
dashed: purely passive absorber.
Abb.29:Fig.29:
Dämpfungskurven eines Schalldämpfers mit einem passiven Absorber und einer Abschluß-Impedanz nach Abb.16;
durchgezogen: hybrider Absorber;
gestrichelt: rein passiver Absorber.
Attenuation curves of a silencer with a passive absorber and a termination impedance according to Fig.16;
solid: hybrid absorber;
dashed: purely passive absorber.
11. Herangezogenes Schrifttum11. Literature used

  • [1] MECHEL, F.P.
    "Schalldämpfer"
    in "Taschenbuch der Technischen Akustik",Edit.M.Heckl, H.A.Müller Springer-Verlag, Berlin, 1975
    [1] MECHEL, FP
    "Silencer"
    in "Taschenbuch der Technischen Akustik", Edit.M. Heckl, HAMüller Springer-Verlag, Berlin, 1975
  • [2] MECHEL, F.P.
    "Schallabsorption"
    in "Taschenbuch der Technischen Akustik",Edit.M.Heckl, H.A.Müller Springer-Verlag, Berlin, 1975
    [2] MECHEL, FP
    "Sound absorption"
    in "Taschenbuch der Technischen Akustik", Edit.M. Heckl, HAMüller Springer-Verlag, Berlin, 1975
  • [3] MORSE, P.M. J.Acoust.Soc.Amer. 11(1939)205-210
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Claims (20)

Hybrider Schalldämpfer, bestehend aus einer passiven Absorberauskleidung und einem aktiven elektroakustischen Subsystem, dadurch gekennzeichnet, daß das ein Steuermikrofon und einen Lautsprecher aufweisende elektroakustische aktive Subsystem derart auf den mit ihm kombinierten passiven Absorber einwirkt, daß in dem so gebildeten hybriden Absorber die akustische Impedanz der Kanalseitigen Oberfläche der Absorberauskleidung eine Absorberfunktion U ergibt, welche in einem gewünschten Frequenzbereich den Wert der Absorberfunktion Uwp des Windungspunktes zwischen der ersten und der zweiten Schalldämpfer-Mode erreicht oder annähert.Hybrid silencer consisting of a passive absorber lining and an active electroacoustic subsystem, characterized in that the electroacoustic active subsystem having a control microphone and a loudspeaker acts on the passive absorber combined with it in such a way that the acoustic impedance of the channel sides in the hybrid absorber thus formed Surface of the absorber lining gives an absorber function U, which in a desired frequency range reaches or approaches the value of the absorber function U wp of the winding point between the first and the second silencer mode. Hybrider Schalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei überwiegend symmetrischen Schallfeldern im Schalldämpferkanal die Absorberfunktion Uwp am Windungspunkt zwischen der ersten und der zweiten symmetrischen Schalldämpfermode liegt, und daß bei überwiegend antisymmetrischen Schallfeldern im Schalldämpferkanal die Absorberfunktion Uwp am Windungspunkt zwischen der ersten und der zweiten antisymmetrischen Schalldämpfer-Mode liegt.Hybrid muffler according to Claim 1, characterized in that, in the case of predominantly symmetrical sound fields in the muffler duct, the absorber function U wp at the winding point lies between the first and the second symmetrical muffler mode, and that in the case of predominantly antisymmetrical sound fields in the muffler duct, the absorber function U wp at the winding point lies between the first and the second antisymmetric silencer mode. Hybrider Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Absorber aus an sich bekannten Komponenten wie poröse Absorbermaterialien, Luftschichten, Membranen, Folien, biegeelastischen Platten, Deckschichten mit Strömungswiederständen wie Vliese, Filze, Gewebe, Lochblechen etc., ferner aus akustischen Resonatoren an sich bekannter Art, wie Helmholtz-Resonatoren, Platten- und Folien-Resonatoren oder aus Kombinationen solcher Komponenten besteht.Hybrid silencer according to Claim 1 or 2, characterized in that the passive absorber is made from components known per se, such as porous absorber materials, air layers, membranes, foils, flexible plates, cover layers with flow resistances such as nonwovens, felts, fabrics, perforated sheets etc., and also from acoustic ones Resonators known per se, such as Helmholtz resonators, plate and film resonators or combinations of such components. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hybride Absorber die Auskleidung von Schalldämpferkanälen mit rechteckigem, rundem oder ringförmigen Querschnitt darstellt oder daß er sogenannte Kulissen in solchen Kanälen bildet.Hybrid muffler according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the hybrid absorber represents the lining of muffler ducts with a rectangular, round or ring-shaped cross section or that it forms so-called backdrops in such ducts. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Subsystem aus einem Steuermikrofon, gegebenenfalls mit einem Mikrofonverstärker, zur Messung des Schalldrucks vor dem Lautsprecher, aus eben diesem Lautsprecher, gegebenenfalls mit einem Leistungsverstärker, und aus einem dazwischen geschalteten elektronischen Signalformer besteht, welcher den Lautsprecher so steuert, daß der Quotient aus dem Flächenmittelwert der Schnelle der Lautsprechermembrane und dem Schalldruck vor derselben eine erfindungsgemäße akustische Abschlußimpedanz Zb bildet.Hybrid silencer according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that the active subsystem consists of a control microphone, possibly with a microphone amplifier, for measuring the sound pressure in front of the loudspeaker, from this loudspeaker, optionally with a power amplifier, and from an intermediate circuit There is an electronic signal former which controls the loudspeaker in such a way that the quotient of the area mean value of the speed of the loudspeaker membrane and the sound pressure in front of it forms an acoustic termination impedance Z b according to the invention. Hybrider Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Absorber und das aktive Subsystem in akustischer Serienschaltung angeordnet sind.Hybrid silencer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the passive absorber and the active subsystem are arranged in acoustic series connection. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Absorber und das aktive Subsystem in akustischer Parallelschaltung angeordnet sind.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the passive absorber and the active subsystem are arranged in acoustic parallel connection. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kombinationen aus Serienschaltung und Parallelschaltung des passiven Absorbers und des aktiven Subsystems benutzt werden.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that combinations of series connection and parallel connection of the passive absorber and the active subsystem are used. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnelle auf einer Seite der Lautsprechermembrane für die Abschlußimpedanz in Serienschaltung und die Schnelle auf der anderen Seite der Lautsprechermembrane für die Abschlußimpedanz in Parallelschaltung benutzt wird.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the rapid on one side of the loudspeaker membrane is used for the terminating impedance in series connection and the rapid on the other side of the loudspeaker membrane is used for the terminating impedance in parallel connection. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß reziproke Lautsprecher im aktiven Subsystem verwendet werden und daß in zeitlich getakteten Intervallen der Lautsprecher zur Messung des Schalldruckes an seiner Membrane dient.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that reciprocal loudspeakers are used in the active subsystem and that the loudspeaker is used to measure the sound pressure on its membrane at timed intervals. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Steuermikrofon für die Messung des Schalldruckes vor der Lautsprechermembrane ein Körperschallaufnehmer auf der Lautsprechermembrane aufgesetzt wird, welcher die Schnelle der Membrane mißt, und daß mit an sich bekannten elektronischen Regelkreisen der Quotient aus Schalldruck und Schnelle auf die erfindungsgemäße Abschlußimpedanz geregelt wird.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that, in addition to the control microphone for measuring the sound pressure in front of the loudspeaker membrane, a structure-borne sound sensor is placed on the loudspeaker membrane, which measures the speed of the membrane, and with known electronic control circuits the quotient of sound pressure and fast is regulated to the terminating impedance according to the invention. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei hybriden Absorberelementen, welche in Schallausbreitungsrichtung hintereinander angeordnet sind, die Ansteuerung der Lautsprecher der nachfolgenden Elemente durch elektronische Dämpfungsglieder und Phasendreher in der Weise abgeleitet wird, daß sie dem Pegelabfall und der Phasengeschwindigkeit der niedrigst gedämpften Dämpfermode im Dämpferkanal entspricht.Hybrid silencer according to at least one of Claims 1 to 11, characterized in that in the case of hybrid absorber elements which are arranged one behind the other in the direction of sound propagation, the control of the loudspeakers of the subsequent elements is derived by electronic attenuators and phase rotators in such a way that they reduce the level drop and Phase speed corresponds to the lowest damped damper mode in the damper channel. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an hintereinander liegenden Stellen im Dämpferkanal mit Mikrofonen der Abfall des Schallpegels gemessen wird und daß durch an sich bekannte elektronische Regler die Abschlußimpedanz der Lautsprecher der verwendeten aktiven Subsysteme auf eine Maximierung des Pegelabfalls geregelt wird.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 12, characterized in that the drop in the sound level is measured at consecutive points in the damper channel with microphones and that the terminating impedance of the loudspeakers of the active subsystems used to maximize the drop in level by known electronic controllers is regulated. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur des Schalldämpfers gemessen wird und daß die Parameter des Signalformers des aktiven Subsystems mit an sich bekannten Regeltechniken unter Verwendung dieser Temperatur als Eingabegröße so geregelt werden, daß die in Anspruch 1 beschriebene Oberflächenimpedanz bei verschiedenen Betriebstemperaturen eingehalten wird.Hybrid silencer according to at least one of Claims 1 to 13, characterized in that the operating temperature of the silencer is measured and that the parameters of the signal former of the active subsystem are controlled using control techniques known per se, using this temperature as an input variable, so that the surface impedance described is maintained at different operating temperatures. Hybrider Schalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Schalldämpferkanal gemessen wird und daß die Parameter des Signalformers des aktiven Subsystems mit an sich bekannten Regeltechniken unter Verwendung dieser Strömungsgeschwindigkeit als Eingabegröße und der bei der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit gültigen Absorberfunktion Uwp im Windungspunkt als Systemgröße so geregelt werden, daß die in Anspruch 1 beschriebene Oberflächenimpedanz bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten eingehalten wird.Hybrid silencer according to one of claims 1 to 14, characterized in that the flow velocity is measured in the silencer duct and that the parameters of the signal former of the active subsystem are known using control techniques using this flow velocity as an input variable and the absorber function U wp valid at the respective flow velocity in the winding point are regulated as a system variable such that the surface impedance described in claim 1 is maintained at different flow velocities. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalformer des aktiven Subsystems in elektronischer Analogtechnik oder in elektronischer Digitaltechnik oder in Hybridtechnik aus analogen und digitalen Komponenten aufgebaut ist.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the signal shaper of the active subsystem is constructed in electronic analog technology or in electronic digital technology or in hybrid technology from analog and digital components. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Absorber als wärmedämmende Schicht ausgebildet ist.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 16, characterized in that the passive absorber is designed as a heat-insulating layer. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Absorber durch Deckschichten auf seiner Vorderseite gegen das Eindringen von Schmutz und/oder Feuchtigkeit geschützt ist und daß diese Deckschichten in die akustischen Charakteristiken des passiven Absorbers und in die Dimensionierung des Signalformers des aktiven Subsystems einbezogen sind.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 17, characterized in that the passive absorber is protected by cover layers on its front against the ingress of dirt and / or moisture and that these cover layers in the acoustic characteristics of the passive absorber and in the dimensioning of the Signal formers of the active subsystem are included. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die längenspezifischen Strömungswiderstände poröser Absorberschichten und/oder die Strömungswiderstände von Deckschichten des passiven Absorbers so gewählt werden, daß in einem vor der Lautsprechermembrane angeordneten Luftspalt ein Querausgleich des Schalldruckes bei einer ungleichmäigen Schwingamplitude des Lautsprechers über seine Oberfläche erfolgt.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 18, characterized in that the length-specific flow resistances of porous absorber layers and / or the flow resistances of cover layers of the passive absorber are selected so that in an air gap arranged in front of the loudspeaker membrane there is a transverse compensation of the sound pressure with an uneven vibration amplitude of the speaker over its surface. Hybrider Schalldämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der passive Absorber nach an sich bekannten Regeln derart dimensioniert wird, daß bei einem Ausfall des aktiven Subsystems der Schalldämpfer eine gewisse Restdämpfung besitzt.Hybrid silencer according to at least one of claims 1 to 19, characterized in that the passive absorber is dimensioned according to known rules in such a way that if the active subsystem fails, the silencer has a certain residual damping.
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