EP3005345A1 - Schallstrahler -anordnung für aktive schalldämpfer - Google Patents

Schallstrahler -anordnung für aktive schalldämpfer

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EP3005345A1
EP3005345A1 EP14729640.4A EP14729640A EP3005345A1 EP 3005345 A1 EP3005345 A1 EP 3005345A1 EP 14729640 A EP14729640 A EP 14729640A EP 3005345 A1 EP3005345 A1 EP 3005345A1
Authority
EP
European Patent Office
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sound
phase difference
sound radiator
vibrationally
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14729640.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz Bay
Michael Leistner
Philipp LEISTNER
Waldemar MAYSENHÖLDER
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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 Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3005345A1 publication Critical patent/EP3005345A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods 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
    • G10K11/1787—General system configurations
    • G10K11/17873—General system configurations using a reference signal without an error signal, e.g. pure feedforward
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    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3219—Geometry of the configuration

Definitions

  • the application relates to an acoustic radiator arrangement and soundproofing device, in particular for active sound damping in channels or cavities.
  • Silencers in the form of scenes set with air gaps in between channels in channels yet another disadvantage of large or deep housings.
  • the associated width of the scenes causes a high back pressure against the air flow, which must be compensated with increased fan power.
  • only an expansion of the channel in question requires more scenes and thus increases the cost.
  • Sound radiators with flat housings and at the same time sufficient sound radiation at low frequencies are of great advantage.
  • Another problem arises in arrangements of active silencers in or on channels, in which emit the used or the sound emitters transversely to the channel direction. Although the generated sound propagates in the direction of the channel, a considerable part also hits the opposite reverberant channel wall. This sound is almost completely reflected and returns to the sound emitter. Depending on its nature and properties, the reflection is repeated and it comes to the expression of so-called standing waves or resonance phenomena transverse to the channel direction. These resonances are low-frequency in broad channels, the predominant
  • control system of active muffler e.g. consisting of sound field sensors and
  • Signal processing is aligned on the propagating in the channel direction sound, so that the simultaneously occurring transversely reflected sound disturbs and the
  • a sound absorber can reduce the reflection on the channel side opposite the sound radiator, as known from DE 197 30 355 C1. At medium or even high
  • Sound sources available. Between the sound sources is a sound detector.
  • One Phase shifters and a frequency-sensitive amplifier control the sound sources depending on the output of the sound detector, so that they emit anti-phase sound at the same amplitude to significantly attenuate the propagating sound.
  • the object is to efficiently generate low frequencies and at the same time to suppress the excitation of resonance phenomena across the channel direction. Walkthrough
  • an acoustic radiator arrangement in which at least two sound emitters are arranged, each having a vibrationally mounted fabric having a front side and a rear side, is to be provided.
  • the front sides of the vibrationally mounted sheet are facing an area in which sound is to be damped, and the backs of the vibrationally mounted sheet facing a common volume.
  • the sound radiator arrangement is characterized in that a control unit is provided, which is designed so that the vibrationally mounted sheet to oscillations with a Phase difference can be excited with each other, in particular with a phase difference in the range of 90 ° to 180 °.
  • the common volume may be smaller. This effect is particularly clear and particularly easy to explain with a phase difference of 1 80 °. While a vibrationally stored fabric, it is to distinguish the first mentioned, just projects into the common volume, the other vibrationally supported fabric, corresponding to the second, protrudes out of the volume. During this, the first oscillatingly supported fabric swings back into the common volume and thus the air or another gas or
  • the second vibrationally supported sheet moves out of the volume and compensates for the movement of the first vibrationally supported sheet.
  • a very low rigidity can be achieved, as would otherwise be achievable only with a very large volume.
  • This Schallstrahler arrangements for active damping of low-frequency sound can be realized, which require less space because of the low volume. This is particularly advantageous in flow channels in which can be reduced by a more compact design of the muffler resulting flow resistance. Furthermore, the above-described expense of large soundproof housing can be saved.
  • phase difference of 1 80 ° the achievable volume reduction is the clearest, at least in an arrangement with two oscillatingly supported fabrics, a volume reduction is possible even at lower phase differences.
  • a phase difference of 90 ° to 1 80 ° makes sense.
  • the vibrationally supported sheet is usually one
  • Membrane in particular around a cardboard membrane or around a plastic membrane.
  • phase difference between the sound to be damped and the vibrations of the sound radiator arrangement requires a closer definition, since it is initially unclear which vibrationally supported sheet is used to determine the phase difference.
  • a phase difference between the vibrationally supported planar structures of 1 80 ° and a phase difference to the sound to be damped of 90 ° there is no difference, apart from the sign which is not taken into account here, which vibrantly mounted sheet material is selected for determining the phase difference becomes.
  • the sound emitters are controllable based on a signal of at least one acoustic sensor which is arranged between the sound emitters.
  • the sound detected between the sound sources is a very good measure of the sound to be damped. This is also because the sound produced by the sound emitters shows destructive interference in this area, so that a sensor mounted there actually detects the sound to be damped and is hardly disturbed by the sound coming from the sound emitters.
  • a protective cover of acoustically permeable material is present at the front of the vibrationally supported sheet.
  • An acoustically permeable protective cover has the advantage that sound can pass through largely unhindered, so that the acoustic function of the sound emitter is not impaired, but some mechanical protection is achieved.
  • the invention also includes a soundproofing device in which a plurality of acoustic radiator arrangements are arranged in the manner described above, wherein the
  • Sound radiator arrangements are arranged in particular in slide construction. By an arrangement in link construction, so by a suitable arrangement of many sound radiator arrangements, sometimes structurally combined into one element, a powerful sound attenuation, for example in a flow channel can be done.
  • the soundproofing device is constructed so that two sound radiator arrangements with their vibrationally mounted
  • An acoustic radiator arrangement contains two oscillatingly supported planar structures that lie side by side in one plane.
  • the common volume on the back of the fabric is enclosed by a flat case.
  • the fabrics are installed on one side of the housing.
  • the opposite side of this side of the housing may be formed as a flat wall. If now the flat walls of two acoustic radiator arrangements are joined together, for example glued, a soundproofing device is produced, in which two sound radiator arrangements face away from each other with their sides facing away from the oscillatingly supported planar structures.
  • Such a soundproofing device is thus able to dampen sound on both sides, since on both sides externally vibratory mounted sheet
  • This embodiment of the soundproofing device is particularly suitable for installation in flow channels, such that the soundproofing device flows around on both sides.
  • the sound radiator arrangements are arranged in a polygonal or almost cylindrical shape.
  • a muffler can be realized, which extends as it were as a pipe wall to a flow-through tubular, approximately cylindrical, channel.
  • Multi-shell components are often used for sound insulation.
  • sound enters from one side through one or more shells of the component in a space between the shells.
  • This can lead to a sound field developing in this space, which also contains standing waves parallel to the plane of the shells, ie perpendicular to the original sound passage direction.
  • These standing waves can be damped by an above-described sound radiator arrangement or a sound insulation device also described. Since this sound could otherwise escape from the component, even on the side on which it has not occurred, the sound insulation is improved. Further details will now be described with reference to the drawings. Show
  • Fig. 1 is a schematic representation of the inventive Schallstrahler arrangement for active silencer for reducing the propagating sound 8 in a channel 5, comprising two sound emitters 1, which is aligned in a plane of a wall 4 of the channel 5 and a common back housing comprising a volume 6, are connected.
  • the control of the sound emitter 1 is based on the signal of an acoustic sensor 2, which is located between the two sound emitters 1, and the control signals of the sound emitters 1 by means of a signal processing 3 frequency-dependent a phase difference in the range of 90 ° to 180 °.
  • permeable material is located in front of the sound emitters.
  • FIG. 2 is a schematic representation of two inventive Schallstrahler- arrangements in the manner of a bilaterally effective central backdrop as an active muffler for reducing the propagating sound 8 in a channel.
  • FIG. 3 is a schematic representation of the inventive Schallstrahler arrangement for active silencer in the flat closed cavity 1 1 of a double-shell component 1 0 to reduce the transmission of
  • FIG. 1 shows a construction with two sound radiators 1 as the sound source of an active silencer, which has at least one sensor 2 and an electronic component 3 for signal processing, which is connected between the sensor 2 and the sound radiators 1.
  • the sound emitters 1 are arranged side by side in a plane and are located in or on a wall 4 of a channel 5, so that they can radiate sound into the channel 5.
  • the sound emitters 1 have a housing, which is located on the back of designed as membranes vibrationally mounted fabrics. In this case, a common volume is housed. If the sound emitters 1 are driven in such a way that their input signals
  • the housing can accommodate the volume 6 very flat, z. B. with a housing depth of a few millimeters, are executed, since the exact reciprocal pressure changes in the volume 6 compensate each other. This is especially important at low frequencies, as already stated.
  • Sound emitters 1 generated sound fields in the area 7 in the center of the sound emitters 1 to a minimum sound pressure, so that almost exclusively of the sensor 2 is propagated in the channel 5 and to be damped sound 8 is detected. Resonances transverse to the direction of the channel 5, however, are almost no longer excited.
  • acoustic radiator arrangements can be combined horizontally and vertically and arranged in a slotted construction.
  • a soundproofing device can be created, which can be integrated into typical ventilation ducts.
  • a composite configuration in polygonal or nearly cylindrical shape allows pipe mufflers for cylindrical ducts.
  • Cavities for example of double-shell components 10 possible to increase the sound insulation.
  • the lateral sound propagation is missing as in channels.
  • the influence of the inventive sound radiator arrangement is possible in an advantageous manner.

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Abstract

Vorgestellt wird eine Schallstrahler-Anordnung, bei der mindestens zwei Schallstrahler (1) angeordnet sind, die jeweils ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseiten einem Bereich (5) zugewandt sind, in dem Schall (8) gedämpft werden soll, und die Rückseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem gemeinsamen Volumen (6) zugewandt sind. Die Schallstrahler-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinheit (3) vorhanden ist, die so ausgestaltet ist, dass die schwingfähig gelagerten Flächengebilde zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz untereinander anregbar sind, insbesondere mit einer Phasendifferenz im Bereich von etwa 90° bis etwa 180°.

Description

Patentanmeldung:
Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer
Anmelderin:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Die Anmeldung betrifft eine Schallstrahler-Anordnung und Schallschutzeinrichtung, insbesondere zur aktiven Schalldämpfung in Kanälen oder Hohlräumen.
Stand der Technik
Von den zahlreichen entwickelten Prinzipien aktiver Schalldämpfer oder vergleichbarer Systeme sind nur wenige Ausführungen im praktischen Einsatz. Da sich ihre vorteilhafte Anwendung insbesondere auf die Beeinflussung tieffrequenter Schallfelder konzentriert, müssen die verwendeten Schallstrahler, die ein auf das Schallfeld oder auf die
Schallquelle bezogenes und weiter verarbeitetes Signal abstrahlen, für eine tieffrequente Schallabstrahlung geeignet sein. Dazu bedarf es entsprechender Wandler mit meist voluminösem rückseitigem Gehäuse, damit die Luftfeder in diesem Gehäuse eine ausreichende Nachgiebigkeit aufweist. Der dafür erforderliche Platz in oder an Kanälen ist jedoch entweder nicht vorhanden oder zumindest nachteilig für den Anwendungsfall. Angesichts preiswerter Schallwandler, Sensoren und elektronischer Bauteile tragen große, schalldichte Gehäuse maßgeblich zur Kostenbilanz bei. Werden aktive
Schalldämpfer in Gestalt von Kulissen mit dazwischen befindlichen Luftspalten in Kanäle eingestellt, resultiert noch ein weiterer Nachteil aus großen bzw. tiefen Gehäusen. Die damit verbundene Breite der Kulissen verursacht einen hohen Gegendruck gegenüber der Luftströmung, der mit erhöhter Ventilatorleistung kompensiert werden muss. Als Alternative kommt lediglich eine Aufweitung des Kanals in Frage, die allerdings mehr Kulissen erfordert und damit die Kosten erhöht. Nahezu unabhängig vom zugrunde liegenden Funktionsprinzip aktiver Schalldämpfer sind daher Schallstrahler mit flachen Gehäusen und zugleich ausreichender Schallabstrahlung bei tiefen Frequenzen von großem Vorteil. Ein weiteres Problem ergibt sich bei Anordnungen von aktiven Schalldämpfern in oder an Kanälen, bei denen der oder die verwendeten Schallstrahler quer zur Kanalrichtung abstrahlen. Der erzeugte Schall breitet sich zwar in Kanalrichtung aus, ein erheblicher Teil trifft aber auch auf die gegenüberliegende schallharte Kanalwand. Dieser Schall wird fast vollständig reflektiert und kehrt zurück zum Schallstrahler. Je nach dessen Art und Eigenschaften wiederholt sich die Reflexion und es kommt zur Ausprägung von so genannten stehenden Wellen bzw. Resonanzerscheinungen quer zur Kanalrichtung. Diese Resonanzen sind bei breiten Kanälen tieffrequent, bei den überwiegend
vorzufindenden schmalen Kanälen jedoch mittel- oder hochfrequent. Das Regel- oder Steuersystem aktiver Schalldämpfer, z.B. bestehend aus Schallfeldsensoren und
Signalverarbeitung, ist auf den sich in Kanalrichtung ausbreitenden Schall ausgerichtet, so dass der gleichzeitig auftretende quer reflektierte Schall stört und die
Reaktionsfähigkeit des Systems beeinträchtigt bzw. in manchen Fällen überlastet. Zur Behebung dieses Problems bestehen bislang zwei Möglichkeiten. Erstens kann ein Schallabsorber auf der dem Schallstrahler gegenüberliegenden Kanalseite die Reflexion vermindern, wie aus DE 197 30 355 C 1 bekannt. Bei mittleren oder gar hohen
Frequenzen ist dies zweifellos realisierbar, allerdings mit Zusatzaufwand verbunden. Zweitens kann der Schallfeldsensor im Bereich des Schalldruckminimums der
Resonanzen, z. B. in Querrichtung mittig im Kanal, platziert werden. Dann erfasst er zwar nicht die Resonanzeffekte, allerdings befindet er sich nun mitten in der gegebenenfalls turbulenten Luftströmung. Als Strömungshindernis detektiert der Sensor die selbst erzeugten Strömungsgeräusche und speist sie in das Regel- oder Steuersystem ein. Da diese Signale aber in keiner Beziehung zu dem sich in Kanalrichtung ausbreitenden Schall stehen, versucht der aktive Schalldämpfer Geräusche zu reduzieren, die an sich irrelevant sind. Um diese Folgeerscheinung der Sensorplatzierung zu eliminieren, kann einerseits der Sensor entsprechend aerodynamisch geformt oder ausgestattet sein. Andererseits besteht die Möglichkeit, mittels Signalverarbeitung diesen Strömungsgeräuschanteil zu identifizieren und heraus zu filtern. Beide Wege sind jedoch nur in begrenztem Umfang möglich und mit Zusatzaufwand verbunden. Die US 4, 109, 1 08 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schallwellen, die sich in einem fluidführenden Rohr ausbreiten. Dabei sind zwei beabstandete
Schallquellen vorhanden. Zwischen den Schallquellen befindet sich ein Schalldetektor. Ein Phasenshifter und ein frequenzempfindlicher Verstärker regeln die Schallquellen abhängig vom Ausgang des Schalldetektors, so dass diese gegenphasigen Schall bei gleicher Amplitude emittieren, um den sich ausbreitenden Schall deutlich zu dämpfen.
Aus der DE 696 23 61 1 T2, der deutschen Übersetzung der EP 0 824 255 B 1 , ist eine aktive Schallwand mit einer Rückwand bekannt. Dabei sind mehrere Schallstrahler vorhanden. Eine Steuereinheit und eine Verzögerungsschaltung sorgen für die
Einstellung einer geeigneten Phasendifferenz.
Aus der US 6,963,647 B 1 ist ein gesteuerter akustischer Wellenleiter bekannt. Dabei werden durch den Schall im Wellenleiter ausgelöste Schwingungen einer Membran erfasst. Ausgehend davon wird ein Lautsprecher gesteuert.
Aus der US 6,385,321 B 1 ist reaktiver aktiver Schalldämpfer für einen Kanal bekannt.
Ausgehend von diesen praktischen Schwierigkeiten aktiver Schalldämpfer in oder an Kanälen, besteht die Aufgabe darin, effizient tiefe Frequenzen zu erzeugen und zugleich die Anregung von Resonanzerscheinungen quer zur Kanalrichtung zu unterdrücken. Lösungsweg
Die Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterentwicklungen an. Die Beschreibung und die Zeichnungen geben weitere Einzelheiten an.
Es wurde erkannt, dass eine Schallstrahler-Anordnung, bei der mindestens zwei Schallstrahler angeordnet sind, die jeweils ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweisen, bereitzustellen ist. Dabei sind die Vorderseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem Bereich zugewandt, in dem Schall gedämpft werden soll, und die Rückseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem gemeinsamen Volumen zugewandt. Die Schallstrahler-Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinheit vorhanden ist, die so ausgestaltet ist, dass die schwingfähig gelagerten Flächengebilde zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz untereinander anregbar sind, insbesondere mit einer Phasendifferenz im Bereich von 90° bis 180°.
Da die schwingfähig gelagerten Flächengebilde mit einer Phasendifferenz zueinander schwingen, kann das gemeinsame Volumen kleiner sein. Dieser Effekt ist bei einer Phasendifferenz von 1 80° besonders deutlich und besonders gut erklärbar. Während ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde, es sei zur Unterscheidung das erste genannt, gerade in das gemeinsame Volumen hineinragt, ragt das andere schwingfähig gelagerte Flächengebilde, entsprechend das zweite genannt, aus dem Volumen heraus. Während anschließend das erste schwingfähig gelagerte Flächengebilde in das gemeinsame Volumen hinein zurückschwingt und damit die Luft oder eine anderes Gas oder
Gasgemisch im Volumen komprimieren würde, bewegt sich das zweite schwingfähig gelagerte Flächengebilde aus dem Volumen heraus und gleicht die Bewegung des ersten schwingfähig gelagerten Flächengebildes aus. Somit erfolgt im Idealfall weder eine Kompression noch eine Ausdehnung der im Volumen vorhandenen Luft. Damit kann eine sehr niedrige Steifigkeit erreicht werden, wie dies ansonsten nur mit einem sehr großen Volumen erreichbar wäre. Durch die Kombination eines gemeinsamen Volumens für mehrere, im Normalfall zwei, schwingfähig gelagerte Flächengebilde und einer Anregbarkeit zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz kann also deutlich Volumen eingespart werden. Damit sind Schallstrahler-Anordnungen zur aktiven Dämpfung von Schall mit tiefer Frequenz realisierbar, die wegen des niedrigen Volumens weniger Raum benötigen. Dies ist insbesondere in Strömungskanälen von Vorteil, in denen durch eine kompaktere Bauweise der von Schalldämpfern herrührende Strömungswiderstand gesenkt werden kann. Ferner kann der eingangs geschildert Aufwand großer schalldichter Gehäuse eingespart werden. Wenngleich bei einer Phasendifferenz von 1 80°, zumindest bei einer Anordnung mit zwei schwingfähig gelagerten Flächengebilden die erreichbare Volumensenkung am deutlichsten ist, ist auch bei niedrigeren Phasendifferenzen eine Volumensenkung möglich. Im Regelfall ist eine Phasendifferenz von 90°bis 1 80° sinnvoll.
Bei diesen kleinen Volumina ist es häufig sinnvoll einen Antrieb für das schwingfähig gelagerte Flächengebilde außerhalb des gemeinsamen Volumens anzuordnen. Bei dem schwingfähig gelagerten Flächengebilde handelt es sich meist um eine
Membran, insbesondere um eine Pappmembran oder um eine Kunststoffmembran.
In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt bei einer Phasendifferenz der
Schwingungen der schwingfähig gelagerten Flächengebilde untereinander von etwa 1 80° die Phasendifferenz zu einem zu dämpfenden Schall etwa 90°. An dieser Stelle ist allgemein darzustellen, dass neben der Phasendifferenz der schwingfähig gelagerten Flächengebilde untereinander bei der Dämpfung von Schall auch eine Phasendifferenz zwischen der Schwingung der schwingfähig gelagerten Flächengebilde und dem zu dämpfenden Schall zu beachten ist. Bei klassischen Schallstrahlern, die untereinander keine Phasendifferenz haben, ist die optimale Phasendifferenz zwischen dem zu dämpfenden Schall und den Schwingungen des zur Dämpfung dienenden Schallstrahlers 180°. Durch hier nicht näher dargestellte Rechnungen konnte gezeigt werden, dass bei der einer Phasendifferenz zweier schwingfähig gelagerter Flächengebilde untereinander von etwa 180° die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen der Schallstrahler- Anordnung und dem zu dämpfenden Schall etwa 90° betragen sollte.
Dabei ist zu bedenken, dass die Phasendifferenz zwischen dem zu dämpfenden Schall und den Schwingungen der Schallstrahler-Anordnung einer näheren Definition bedarf, da zunächst nicht klar ist, welches schwingfähig gelagerte Flächengebilde zur Festlegung der Phasendifferenz herangezogen wird. Bei den konkreten Zahlenwerten, also einer Phasendifferenz zwischen den schwingfähig gelagerten Flächengebilden von 1 80° und einer Phasendifferenz zum zu dämpfenden Schall von 90° ergibt sich aber - abgesehen vom hier nicht berücksichtigten Vorzeichen - kein Unterschied, welches schwingfähig gelagerte Flächengebilde zur Bestimmung der Phasendifferenz ausgewählt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schallstrahler beruhend auf einem Signal mindestens eines akustischen Sensors, der zwischen den Schallstrahlern angeordnet ist, ansteuerbar. Der zwischen den Schallstrahlern erfasste Schall ist ein sehr gutes Maß für den Schall, den es zu dämpfen gilt. Dies auch deshalb, da der von den Schallstrahlern hervorgerufene Schall in diesem Bereich destruktive Interferenz zeigt, so dass ein dort angebrachter Sensor tatsächlich den zu dämpfenden Schall erfasst und kaum vom Schall, der von den Schallstrahlern kommt, gestört wird. In einer Ausführungsform der Erfindung ist an der Vorderseite der schwingfähig gelagerten Flächengebilde eine Schutzabdeckung aus akustisch durchlässigem Material vorhanden. Eine akustisch durchlässige Schutzabdeckung bietet den Vorteil, dass Schall weitgehend ungehindert hindurchtreten kann, so dass die akustische Funktion der Schallstrahler nicht beeinträchtigt wird, aber gewisser mechanischer Schutz erreicht wird.
Die Erfindung umfasst auch eine Schallschutzeinrichtung, bei der mehrere Schallstrahler- Anordnungen in der oben beschriebenen Weise angeordnet sind, wobei die
Schallstrahler-Anordnungen insbesondere in Kulissenbauweise angeordnet sind. Durch eine Anordnung in Kulissenbauweise, also durch eine geeignete Anordnung vieler Schallstrahler-Anordnungen, mitunter baulich zu einem Element zusammengefasst, kann eine leistungsfähige Schalldämpfung, etwa in einem Strömungskanal erfolgen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schallschutzeinrichtung so aufgebaut, dass zwei Schallstrahler-Anordnungen mit ihren den schwingfähig gelagerten
Flächengebilden abgewandten Seiten einander zugewandt sind. Um sich dies näher vorstellen zu können, soll kurz ein beispielhafter Aufbau geschildert werden. Eine Schallstrahler-Anordnung enthalte zwei schwingfähig gelagerte Flächengebilde, die nebeneinander in einer Ebene liegen. Das auf der Rückseite der Flächengebilde liegende gemeinsame Volumen wird von einem flachen Gehäuse eingefasst. Auf einer Seite des Gehäuses sind die Flächengebilde eingebaut. Die dieser Seite gegenüber liegende Seite des Gehäuses kann als flache Wand ausgebildet sein. Werden nun die flachen Wände zweier Schallstrahler-Anordnungen aneinander gefügt, etwa geklebt, so entsteht eine Schallschutzeinrichtung, bei der zwei Schallstrahler-Anordnungen mit ihren den schwingfähig gelagerten Flächengebilden abgewandten Seiten einander zugewandt sind. Eine solche Schallschutzeinrichtung ist damit imstande auf beiden Seiten Schall zu dämpfen, da auf beiden Seiten außen schwingfähig gelagerte Flächengebilde
angeordnet sind. Diese Ausführung der Schallschutzeinrichtung eignet sich besonders für den Einbau in Strömungskanäle, derart, dass die Schallschutzeinrichtung beidseitig umströmt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind bei der Schallschutzeinrichtung die Schallstrahler-Anordnungen in mehreckiger oder nahezu zylindrischer Form angeordnet. Damit kann ein Schalldämpfer realisiert werden, der gleichsam als Rohrwand um einen durchströmten rohrförmigen, etwa zylindrischen, Kanal reicht.
Es kann auch ein mehrschaliges Bauteil realisiert werden, bei dem in einem Raum zwischen den Schalen des Bauteils mindestens eine oben beschriebene Schallstrahler- Anordnung oder eine oben beschriebene Schallschutzeinrichtung eingebaut ist.
Mehrschalige Bauteile werden oft zur Schalldämmung eingesetzt. Dabei tritt von einer Seite durch eine oder mehrere Schalen des Bauteils Schall in einen Raum zwischen den Schalen. Dies kann dazu führen, dass sich in diesem Raum ein Schallfeld entwickelt, welches auch stehende Wellen parallel zur Ebene der Schalen, das heißt senkrecht zur ursprünglichen Schalldurchgangsrichtung enthält. Diese stehenden Wellen können durch eine oben beschriebene Schallstrahler-Anordnung oder eine ebenfalls beschriebene Schallschutzeinrichtung gedämpft werden. Da dieser Schall ansonsten wieder aus dem Bauteil austreten könnte, auch auf der Seite, auf der er nicht eingetreten ist, wird die Schalldämmung verbessert. Weitere Einzelheiten sollen nun anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Dabei zeigen
Fig. 1 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer zur Reduzierung des sich ausbreitenden Schalls 8 in einem Kanal 5, aufweisend zwei Schallstrahler 1 , die in einer Ebene einer Wand 4 des Kanals 5 ausgerichtet und über ein gemeinsames rückseitiges Gehäuse, umfassend ein Volumen 6, verbunden sind. Die Ansteuerung der Schallstrahler 1 beruht auf dem Signal eines akustischen Sensors 2, der sich zwischen den beiden Schallstrahlern 1 befindet, und die Steuersignale der Schallstrahler 1 weisen mittels einer Signalverarbeitung 3 frequenzabhängig eine Phasendifferenz im Bereich von 90° bis 180° auf. Eine Schutzabdeckung 9 aus akustisch
durchlässigem Material befindet sich vor den Schallstrahlern 1 .
Fig. 2 Eine Schematische Darstellung zweier erfindungsgemäßer Schallstrahler- Anordnungen nach Art einer beidseitig wirksamen Mittel-Kulisse als aktiver Schalldämpfer zur Reduzierung des sich ausbreitenden Schalls 8 in einem Kanal 5. Fig. 3 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer im flachen geschlossenen Hohlraum 1 1 eines doppelschaligen Bauteils 1 0 zur Reduzierung der Übertragung des
durchdringenden Schalls 8.
Figur 1 zeigt einen Aufbau mit zwei Schallstrahlern 1 als Schallquelle eines aktiven Schalldämpfers, der über mindestens einen Sensor 2 und ein Elektronikbauteil 3 zur Signalverarbeitung verfügt, das zwischen den Sensor 2 und die Schallstrahler 1 geschaltet ist. Die Schallstrahler 1 sind nebeneinander in einer Ebene angeordnet und befinden sich in oder an einer Wand 4 eines Kanals 5, so dass sie in den Kanal 5 Schall abstrahlen können. Zugleich verfügen die Schallstrahler 1 über ein Gehäuse, welches sich an der Rückseite von als Membranen ausgeführten schwingfähig gelagerten Flächengebilden befindet. In diesem Gehäuse ist ein gemeinsames Volumen untergebracht. Werden die Schallstrahler 1 in einer Weise angesteuert, dass ihre Eingangssignale
frequenzunabhängig oder bei bestimmten Frequenzen eine Phasendifferenz im Bereich von 1 80° aufweisen, ergeben sich mehrere Vorteile:
Erstens kann das Gehäuse zur Unterbringung des Volumens 6 sehr flach, z. B. mit einer Gehäusetiefe von wenigen Millimetern, ausgeführt werden, da sich die genau wechselseitigen Druckänderungen im Volumen 6 gegenseitig kompensieren. Dies ist insbesondere bei tiefen Frequenzen von größter Bedeutung, wie bereits ausgeführt.
Zweitens führt die für Dipol-Strahler typische destruktive Interferenz der von den
Schallstrahlern 1 erzeugten Schallfelder im Bereich 7 mittig vor den Schallstrahlern 1 zu minimalem Schalldruck, so dass vom Sensor 2 nahezu ausschließlich der sich im Kanal 5 ausbreitende und zu dämpfende Schall 8 erfasst wird. Resonanzen quer zur Richtung des Kanals 5 werden hingegen fast nicht mehr angeregt.
Drittens hat sich bei Verwendung z. B. von elektrodynamischen Wandlern mit sehr weich aufgehängten Membranen gezeigt, dass in dieser Konstellation, d. h. bei nach Art von Dipolen angesteuerten Schallstrahlern 1 mit sehr flachem gemeinsamem Volumen 6, in Richtung des sich im Kanal 5 ausbreitenden Schalls 8 höhere Schalldruckamplituden erreicht werden als bei Ansteuerung der Schallstrahler 1 ohne Phasendifferenz. Dies gilt in einem begrenzten Bereich tiefer Frequenzen. Zum Schutz der Schallstrahler- Anordnung ist an der Vorderseite der Membrane eine Schutzabdeckung 9 aus akustisch durchlässigem Material vorhanden.
Nach dieser Darstellung der Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer sei hervorgehoben, dass Dipol-Strahler an sich natürlich bekannt sind. Beim Einsatz zu Beschallungszwecken (US 5, 109,41 6 A; US 4,596,034 A) wird auch bereits auf die vernachlässigbare Federsteifigkeit bei einer gemeinsamen Lautsprecherbox verwiesen. Die sehr seltene Verwendung derartiger Beschallungssysteme lässt sich jedoch auf ein höchst selten gewünschtes Schallfeld mit räumlich ausgeprägten Auslöschungsbereichen zurückführen. Hier ist vielmehr eine gleichmäßige Schallfeldqualität gefragt und eine Verbindung zu Resonanzen oder zur Verwendung von Sensoren bleibt gänzlich unerwähnt. Der Schritt, der zur vorliegenden Schallstrahler-Anordnung für aktive Schalldämpfer führt, wird jedenfalls nicht angedeutet. Die Kanalanwendung
unterscheidet sich auch in mehrfacher Hinsicht signifikant von
Raumbeschallungssituationen. Da zum Beispiel die Abstrahlungsrichtung senkrecht zur Lautsprecherachse, d. h. in Kanalrichtung verläuft, kann die Kombination von
Lautsprecher und Gehäuse auch bei großflächigen Membranen in einer in
Abstrahlungsrichtung gesehen flachen Bauform ausgeführt werden.
Eine Anordnung aus mehreren Schallstrahlern, bestehend aus einer angetriebenen Membran bzw. einem elektroakustischen Wandler mit gemeinsamer rückseitiger Box wird auch in EP 0 898 774 A1 im Sinne einer Ausgestaltung nahe gelegt. Allerdings wird dort gerade von einer linearen und gleichen Ansteuerung der Wandler ausgegangen.
Ausgehend von der ober beschriebenen Schallstrahler-Anordnung lassen sich mehrere Schallstrahler-Anordnungen horizontal und vertikal kombinieren und in Kulissen- Bauweise anordnen. So kann eine Schallschutzeinrichtung geschaffen werden, die in typische Lüftungskanäle integriert werden kann. Eine zusammengefasste Konfiguration in mehreckiger oder nahezu zylindrischer Form ermöglicht Rohrschalldämpfer für zylindrische Kanäle.
Schließlich ist auch die in Figur 3 gezeigte Anwendung in flachen geschlossenen
Hohlräumen, z.B. von doppelschaligen Bauteilen 10 möglich, um deren Schalldämmung zu erhöhen. Hier fehlt zwar die laterale Schallausbreitung wie in Kanälen. Dennoch bestehen infolge des Eintritts des Schalls 8 in den flachen geschlossenen Hohlraum 1 1 Schallfelder mit ausgeprägtem Resonanzverhalten und einer Ausbreitung in Ebene des Hohlraums, deren Beeinflussung mit der erfindungsgemäßen Schallstrahler-Anordnung in vorteilhafter Weise möglich ist.

Claims

Patentansprüche
Schallstrahler-Anordnung, bei der mindestens zwei Schallstrahler (1 ) angeordnet sind, die jeweils ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweisen, wobei die Vorderseiten einem Bereich (5) zugewandt sind, in dem Schall (8) gedämpft werden soll, und die Rückseiten der schwingfähig gelagerten Flächengebilde einem gemeinsamen Volumen (6) zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (3) vorhanden ist, die so ausgestaltet ist, dass die schwingfähig gelagerten Flächengebilde zu Schwingungen mit einer Phasendifferenz untereinander anregbar sind.
Schallstrahler-Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die schwingfähig gelagerten Flächengebilde mit einer Phasendifferenz im Bereich von etwa 90° bis etwa 1 80° anregbar sind.
Schallstrahler-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Phasendifferenz der Schwingung der
schwingfähig gelagerten Flächengebilde untereinander von etwa 1 80° die Phasendifferenz zu einem zu dämpfenden Schall (8) etwa 90° beträgt.
Schallstrahler-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallstrahler (1 ) beruhend auf einem Signal mindestens eines akustischen Sensors (2), der zwischen den Schallstrahlern (1 ) angeordnet ist, ansteuerbar sind.
Schallstrahler-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorderseite der schwingfähig gelagerten
Flächengebilde eine Schutzabdeckung (9) aus akustisch durchlässigem Material vorhanden ist.
Schallschutzeinrichtung, bei der mehrere Schallstrahler-Anordnungen nach der vorhergehenden Ansprüche angeordnet sind, wobei die Schallstrahler- Anordnungen insbesondere in Kulissenbauweise angeordnet sind. Schallschutzreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schallstrahler-Anordnungen mit ihren den schwingfähig gelagerten
Flächengebilden abgewandten Seiten einander zugewandt sind.
Schallschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schallstrahler-Anordnungen in mehreckiger oder nahezu zylindrischer Form angeordnet sind.
Mehrschaliges Bauteil (10), bei dem in einem Raum (1 1 ) zwischen Schalen des Bauteils mindestens eine Schallstrahler-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder mindestens eine Schallschutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 eingebaut ist.
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