EP3971886A1 - Dynamische geräuschdämpfung mittels eines konfigurierbaren helmholtz-resonators - Google Patents

Dynamische geräuschdämpfung mittels eines konfigurierbaren helmholtz-resonators Download PDF

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EP3971886A1
EP3971886A1 EP21197070.2A EP21197070A EP3971886A1 EP 3971886 A1 EP3971886 A1 EP 3971886A1 EP 21197070 A EP21197070 A EP 21197070A EP 3971886 A1 EP3971886 A1 EP 3971886A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
helmholtz resonator
technical system
noise
configurable
setting value
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Withdrawn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
EP21197070.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Moritz Allmaras
Thomas Baudisch
Arianna Bosco
Lukas Failer
Diana Manvelyan
Jan Christoph Wehrstedt
Utz Wever
Qinyu Zhuang
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3971886A1 publication Critical patent/EP3971886A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-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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    • G10K2210/321—Physical
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    • G—PHYSICS
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    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3227—Resonators
    • G10K2210/32272—Helmholtz resonators

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for noise dampening of a noise emitted by a technical system by means of a configurable Helmholtz resonator coupled to the technical system, and a system that includes a device according to the invention and a configurable Helmholtz resonator.
  • Noise emission is a problem in many technical applications.
  • a technical system can produce an annoying noise due to vibrations.
  • Noise can be dampened, for example, by means of a Helmholtz resonator.
  • a Helmholtz resonator can be used in particular as a resonance absorber in noise protection or in room acoustics to absorb room modes.
  • variable or configurable Helmholtz resonators--also referred to as universal Helmholtz resonators-- are known, in which the volume of the resonance body can be modified to absorb different frequencies.
  • a suitable setting of the Helmholtz resonator must be determined to match the noise to be dampened. This is typically done manually and can therefore be time-consuming, particularly in the case of dynamic load cases.
  • the method can in particular be at least partially computer/computer-aided or computer-implemented.
  • “computer/computer-aided” can be understood, for example, as an implementation of the method in which, in particular, a processor executes at least one method step of the method.
  • a processor can be understood to mean, for example, a machine or an electronic circuit.
  • a processor can in particular be a central processing unit (CPU), a microprocessor or a microcontroller, for example an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination deal with a memory unit for storing program instructions, etc.
  • a processor can, for example, also be an IC (integrated circuit), in particular an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit), or a DSP (Digital Signal Processor) or a GPU (Graphic Processing Unit).
  • a processor can also be understood to mean a virtualized processor, a virtual machine or a soft CPU. It can also be a programmable processor, for example, which is equipped with configuration steps for executing the mentioned method according to the invention or is configured with configuration steps in such a way that the programmable processor has the inventive features of the method, the component, the modules, or other aspects and/or or implemented partial aspects of the invention.
  • the terms “perform”, “calculate”, “computer-aided”, “calculate”, “determine”, “generate”, “configure”, “reconstruct” and the like preferably refer to Actions and/or processes and/or processing steps that change and/or generate data and/or convert the data into other data, with the data being represented or being present in particular as physical quantities, for example as electrical impulses.
  • the term “computer” should be interpreted as broadly as possible, in particular to cover all electronic devices with data processing properties. Computers can thus be, for example, personal computers, servers, programmable logic controllers (PLCs), handheld computer systems, pocket PC devices, mobile radio devices and other communication devices that can process computer-aided data, processors and other electronic devices for data processing.
  • PLCs programmable logic controllers
  • a “noise” is to be understood in particular as an acoustic signal which is characterized by at least one frequency.
  • the noise can have a frequency spectrum.
  • a noise emitted by a technical system can be caused in particular by mechanical vibrations of the technical system or a part of the technical system.
  • the noise can also be a tone/sinusoidal tone.
  • a “technical system” can in particular be a device, a machine, a vehicle or a plant/factory plant.
  • the technical system can be an engine or a turbine.
  • it can be a technical system that emits acoustic signals and/or produces a noise due to mechanical vibrations, friction or movement of at least one part of the technical system.
  • a “configurable Helmholtz resonator” can be understood in particular as a controllable, variable or universal Helmholtz resonator. This preferably has a resonance body, the volume of which can be modified by means of an actuator, so that the Helmholtz resonator can be dynamically configured or controlled in such a way as to absorb different frequencies. In particular, a noise of the technical system should be absorbed by means of the configurable Helmholtz resonator.
  • a "setting value" of the configurable Helmholtz resonator can be understood in particular as a value of a control parameter/configuration parameter of the Helmholtz resonator, which can in particular be dynamically modified/adjusted.
  • the setting value preferably relates to a parameter which relates to the resonance or absorption behavior of the Helmholtz resonator, such as the volume or the size/length of the resonance body.
  • a “computer-aided acoustic model” can be understood in particular as a computer-aided simulation model that is set up in such a way that the acoustic behavior/acoustics and/or the oscillation behavior or vibration behavior of the technical system and the Helmholtz resonator coupled to it and/or the control of the Helmholtz -Resonators to reproduce.
  • the computer-assisted acoustic model preferably includes information about technical and physical parameters of the technical system and the Helmholtz resonator, such as material, dimensions, temperature, internal pressure, etc.
  • physical parameters of an environment of the technical system such as ambient temperature or air pressure, are taken into account by the computer-aided acoustic model.
  • a frequency of the technical system that is associated with the emitted noise can be understood, in particular in the context of the invention, as a frequency of a noise that the technical system emits, or a frequency of a vibration of the technical system.
  • a frequency of the technical system is determined in particular, which is preferably directly related to the noise to be absorbed.
  • a vibration of a component of the technical system can trigger a noise, so that the frequency of the vibration is associated with the noise.
  • “Absorption” of a frequency can be understood in particular as partial absorption, ie reduction, so that the corresponding noise is dampened.
  • the Helmholtz resonator is preferably configured to absorb a specific frequency. This results in noise damping or soundproofing.
  • the sound absorption by a Helmholtz resonator is strongest at its natural resonance. This corresponding configuration can be determined using the computer-aided acoustic model.
  • a computer-assisted acoustic model of the technical system and the Helmholtz resonator can be used to find a suitable regulation or configuration for the configurable Helmholtz resonator, so that a noise emitted or caused by the technical system is damped can.
  • the acoustic behavior of the coupled system made up of technical system and Helmholtz resonator and/or the dynamic regulation of the Helmholtz resonator is modeled.
  • the acoustic behavior can thus be simulated with the aid of a computer, with at least one setting value for a control parameter/configuration parameter of the Helmholtz resonator being able to be determined as a function of at least one frequency of the technical system.
  • the frequency assigned to the noise can be a frequency of an acoustic signal emitted by the technical system or a frequency of an oscillation signal or vibration signal of the technical system that produces the noise.
  • a suitable sensor either (directly) an acoustic signal or (indirectly) a vibration signal/oscillation signal can be detected and used as input for the acoustic model.
  • a sensor can thus be a microphone or a vibration sensor, for example.
  • the computer-aided acoustic model can be set up to determine acoustic modes of the technical system and to derive a setting value for the configurable Helmholtz resonator from these acoustic modes.
  • a computer-aided acoustics simulation can preferably be carried out on the basis of the computer-aided acoustics model, with the acoustic modes, ie the solutions of the Helmholtz equation, being calculated.
  • the acoustic model can be executed on the basis of an optimization method, an optimized setting value for controlling the configurable Helmholtz resonator being determined as a function of a predetermined frequency of the technical system, in which the Helmholtz resonator configured according to this optimized setting value exceeds the detected frequency optimally absorbed.
  • an optimized setting value can be calculated iteratively as a function of the frequency of the technical system, with the acoustic behavior being calculated for various configurations of the Helmholtz resonator during the execution of the computer-aided acoustic model and the damping behavior with the optimized being determined therefrom.
  • a new setting value can be determined using the computer-aided acoustic model and the configurable Helmholtz resonator can be set/regulated according to this new setting value.
  • a change in frequency can take place, in particular, by regularly monitoring the technical system using a suitable sensor. Dynamic noise damping can thus be achieved in particular parallel to the operation of the technical system.
  • the computer-aided acoustic model can preferably be adapted to changed parameters of the technical system and/or the Helmholtz resonator when there is a change in frequency. In other words, this can be viewed as a control circuit, with the Helmholtz resonator being adapted, for example, in the event of a load change.
  • system-specific data of the technical system and/or the Helmholtz resonator can be monitored and provided, and the acoustic model can be adjusted based on this system-specific data.
  • Additional sensors can preferably supply system-specific data of the technical system and/or the Helmholtz resonator parallel to operation, so that the computer-aided acoustic model can be updated regularly, e.g. continuously or at specified times. This enables a more precise modeling of the acoustic behavior of the technical system and/or the Helmholtz resonator.
  • the setting value determined can be stored in a database as a function of the respective frequency.
  • the setting value can be transmitted to an actuator of the configurable Helmholtz resonator and the configurable Helmholtz resonator can be configured using the actuator.
  • the device or components/modules of the device can be implemented as software and/or hardware.
  • the invention relates to a computer program product that can be loaded directly into a programmable computer, comprising program code parts that are used when executing the Program by a computer cause this to perform the steps of a method according to the invention.
  • a computer program product can, for example, be provided on a storage medium such as a memory card, USB stick, CD-ROM, DVD, a non-volatile/permanent storage medium (non-transitory storage medium) or in the form of a downloadable file from a server in a network or be delivered.
  • a storage medium such as a memory card, USB stick, CD-ROM, DVD, a non-volatile/permanent storage medium (non-transitory storage medium) or in the form of a downloadable file from a server in a network or be delivered.
  • figure 1 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for noise damping of a noise that is caused by a technical system and/or is emitted by the technical system.
  • the noise is caused by a mechanical vibration or friction of a part/component of the technical system.
  • the noise or at least one frequency of the noise is damped by means of a configurable Helmholtz resonator, which is coupled to the technical system, with the method steps described below being carried out.
  • the method can be carried out during operation of the technical system.
  • the method can also be carried out as a function of a stored noise value/frequency value or a stored acoustic behavior of the technical system, for example dependent on time, pressure and/or temperature.
  • a computer-assisted acoustic model is read.
  • the computer-aided acoustic model is set up in such a way that it depicts or reproduces the acoustic behavior of the technical system and the Helmholtz resonator.
  • the computer-aided acoustic model can also take into account a control of the Helmholtz resonator.
  • the computer-aided acoustic model is set up to calculate acoustic modes of the technical system and/or the Helmholtz resonator.
  • the computer-assisted acoustic model is configured on the basis of technical and physical parameters of the technical system and/or the Helmholtz resonator.
  • the computer-aided acoustic model is set up in particular to determine a setting value for dynamic control of the coupled, configurable Helmholtz resonator for a respective frequency of a noise or vibration of the technical system, at which the Helmholtz resonator regulated according to the setting value exceeds the respective frequency of the technical system absorbed.
  • a setting value can be determined from the calculated acoustic modes of the technical system.
  • the computer-assisted acoustic model makes it possible to determine the damping behavior of the Helmholtz resonator for a given frequency of the technical system and thus a suitable configuration of the Helmholtz resonator at which the given frequency is absorbed.
  • the acoustic model is preferably preconfigured, ie adapted to the technical system and the coupled Helmholtz resonator, and is provided in this way.
  • the acoustic model can be adapted or updated on the basis of system-specific data of the technical system and/or the Helmholtz resonator, such as material, temperature, etc.
  • a frequency or a frequency value of the technical system is read.
  • the frequency is assigned to the noise emitted by the technical system.
  • it is the frequency of an acoustic signal emitted by the technical system.
  • Such an acoustic signal can be detected using a microphone.
  • it can be the frequency of an oscillation/vibration of a part of the technical system, which is detected using a vibration sensor.
  • this can be a directly measured frequency/measured frequency value or a stored frequency/a stored frequency value of the technical system.
  • the computer-aided acoustic model is executed, with the acoustic behavior of the technical system and the Helmholtz resonator coupled thereto being simulated.
  • the computer-aided acoustic model can be executed in a simulation environment.
  • Current, system-specific data of the technical system and/or of the Helmholtz resonator coupled thereto, such as ambient temperature and/or pressure, are preferably taken into account in the simulation. This system-specific data can, for example, be regularly recorded using suitable sensors and transferred to the acoustic model.
  • the recorded frequency of the technical system is transferred to the computer-aided acoustic model for the simulation.
  • At least one setting value for controlling the configurable Helmholtz resonator can be determined using the computer-assisted acoustic model depending on the detected frequency, in which the Helmholtz resonator configured according to this setting value absorbs the detected frequency.
  • a setting value of the Helmholtz resonator can relate, for example, to the size of the resonance body of the Helmholtz resonator.
  • the computer-assisted acoustic model can be executed on the basis of an optimization method in order to determine an optimized setting value at which the Helmholtz resonator configured according to this optimized setting value absorbs the detected frequency in an optimized manner.
  • setting values for the Helmholtz resonator can be determined iteratively as a function of the frequency value, with the respective configuration of the Helmholtz resonator and the damping behavior resulting therefrom being simulated and checked.
  • a check can be carried out, for example, using a predefined threshold value for the damping.
  • at least one optimized setting value for the Helmholtz resonator can be determined by means of the optimization method.
  • step S4 the determined setting value for the Helmholtz resonator is output.
  • the setting value determined is transmitted to an actuator of the Helmholtz resonator.
  • the Helmholtz resonator is configured according to the determined setting value for noise damping of the noise by an actuator.
  • the setting value can preferably be sent to an actuator for dynamic control of the configurable Helmholtz resonator.
  • the Helmholtz resonator can be controlled by means of the actuator.
  • the actuator can set a size of the resonance body of the Helmholtz resonator according to the setting value.
  • the method can be used to specifically dampen a noise that is caused by at least part of the technical system.
  • a setting value for the Helmholtz resonator can be determined again using the computer-aided acoustic model.
  • system-specific data of the technical system and/or the Helmholtz resonator can also be monitored and the acoustic model can be adjusted if the system-specific data changes. For example, it is possible to react dynamically to different noise and/or operating behavior during operation.
  • the method can also be used to determine a large number of setting values for a noise spectrum and store them in a database.
  • a suitable setting value for the Helmholtz resonator can be selected from the database as a function of a predefined frequency or a noise behavior.
  • figure 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a device 100 according to the invention and a system 200 according to the invention for noise damping of a noise that is emitted by a technical system TS.
  • a technical system TS is shown, which can be a turbine, for example.
  • This technical system TS is coupled to at least one configurable Helmholtz resonator HR.
  • “Coupling” can be understood here in particular as a direct, physical connection will.
  • the configurable Helmholtz resonator HR is connected to the technical system TS or integrated into it. It is also possible that the configurable Helmholtz resonator HR is only assigned to the technical system TS, for example is located in the same room/building.
  • the coupling is preferably set up in such a way that, given a suitable configuration of the Helmholtz resonator HR, absorption of the noise frequency is made possible.
  • the device 100 is also shown, which comprises a first interface 101, a second interface 102, a simulator and an output module 104.
  • the device 100 may include at least one processor.
  • the first interface 101 is set up in such a way that a computer-assisted acoustic model AM can be read in.
  • the computer-assisted acoustic model AM is set up in such a way that it reproduces the acoustic behavior of the technical system TS and the coupled, configurable Helmholtz resonator HR and, for a respective frequency of a noise or a vibration of the technical system, a setting value for controlling the coupled, configurable Helmholtz resonator To determine the resonator HR at which the Helmholtz resonator configured according to the setting value absorbs the respective frequency of the technical system.
  • the computer-aided acoustic model AM is preferably set using system-specific data from the technical system TS and/or the Helmholtz resonator HR and made available in this way.
  • system-specific data can be monitored continuously or at predetermined times on the technical system and/or on the Helmholtz resonator, so that the acoustic model can be updated accordingly.
  • the second interface 102 is set up in such a way that it detects at least one frequency F of the technical system, which is assigned to the noise caused by the technical system.
  • the second interface 102 is preferably coupled to at least one sensor S of the technical system TS.
  • This can be a vibration sensor or a microphone, for example.
  • At least one frequency/frequency value F of the technical system TS is detected by means of the sensor S.
  • the frequency F can be a frequency F1 of an acoustic signal emitted by the technical system TS or a frequency F2 of an oscillation signal of the technical system TS that produces the noise.
  • This frequency value F, F1, F2 is transmitted to the simulator 103.
  • the simulator 103 is set up in such a way that it executes the computer-aided acoustic model AM and depicts the acoustic behavior of the technical system and the coupled Helmholtz resonator.
  • at least one setting value P for controlling the configurable Helmholtz resonator HR is determined, in which the Helmholtz resonator HR configured according to this setting value transmits the recorded frequency F, F1, F2 absorbed.
  • the simulator 103 thus generates at least one setting value P based on the computer-aided acoustic model AM, which is transmitted to the output module 104 .
  • the simulator preferably uses an optimization method to determine an optimized setting value for controlling the configurable Helmholtz resonator, in which the Helmholtz resonator configured according to this optimized setting value absorbs the detected frequency in an optimized manner.
  • the output module 104 is set up in such a way that the determined setting value P for controlling the Helmholtz resonator HR is output according to the determined setting value P for noise damping of the noise emitted by the technical system.
  • the output module 104 is preferably coupled to an actuator A of the configurable Helmholtz resonator HR.
  • actuator A may be coupled to output module 104 via a control module (not shown).
  • the at least one determined setting value P is transmitted to the actuator A for configuring the configurable Helmholtz resonator HR.
  • a determined setting value P can also be stored in a database DB.
  • Setting values can preferably be stored in the database DB as a function of a large number of frequency values.
  • a database can thus be created in particular offline, with the acoustic behavior being evaluated for a large number of configurations of the technical system TS and/or the Helmholtz resonator. This can be used for later operation of the technical system.
  • the device 100 enables in particular a dynamic regulation of the configurable Helmholtz resonator parallel to the operation of the technical system in order to enable an optimized noise damping, in particular with load changes.
  • the computer-aided acoustic model AM can be provided as a reduced acoustic model.
  • the acoustic model can be provided as a real-time capable simulation model. For example, machine learning methods can be used for this.
  • At least one further Helmholtz resonator (not shown) to be coupled to the technical system, with device 100 being able to supply at least one setting value for this further Helmholtz resonator.
  • the computer-aided acoustic model can preferably be set up to also depict the acoustic behavior of this further Helmholtz resonator; preferably in combination with the first Helmholtz resonator HR. Accordingly, with the method (see figure 1 ) or the device 100 setting values for more than one coupled Helmholtz resonator can be determined, so that several frequencies of a frequency spectrum of a noise can be absorbed simultaneously.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System (TS) emittiert wird, mittels eines mit dem technischen System gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, umfassend die Verfahrensschritten:- Einlesen (S1) eines computergestützten Akustikmodells (AM), das derart eingerichtet ist, das Akustikverhalten des technischen Systems und des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu reproduzieren und für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert für eine Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems absorbiert,- Erfassen (S2) von mindestens einer Frequenz des technischen Systems, die dem emittierten Geräusch zugeordnet ist,- Ausführen (S3) des computergestützten Akustikmodells, wobei in Abhängigkeit der erfassten Frequenz des technischen Systems mindestens ein Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ermittelt wird, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz absorbiert,- Ausgeben (S4) des ermittelten Einstellwerts (P) für den Helmholtz-Resonator zum Konfigurieren des Helmholtz-Resonators (HR) gemäß dem ermittelten Einstellwert zur Geräuschdämpfung des von dem technischen System emittierten Geräuschs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System emittiert wird, mittels eines mit dem technischen System gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, sowie ein System, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung und einen konfigurierbaren Helmholtz-Resonator umfasst.
  • Geräuschemission ist ein Problem vieler technischer Anwendungen. Beispielsweise kann ein technisches System aufgrund von Schwingungen ein störendes Geräusch produzieren. Eine Geräuschdämpfung kann beispielsweise mittels eines Helmholtz-Resonators erfolgen. Ein Helmholtz-Resonator kann insbesondere als Resonanzabsorber im Lärmschutz oder in der Raumakustik zur Absorption von Raummoden eingesetzt werden. Es sind insbesondere variable bzw. konfigurierbare Helmholtz-Resonatoren - auch als universelle Helmholtz-Resonatoren bezeichnet - bekannt, bei denen das Volumen des Resonanzkörpers zum Absorbieren verschiedener Frequenzen modifiziert werden kann. Dazu muss eine geeignete Einstellung des Helmholtz-Resonators passend zum zu dämpfenden Geräusch bestimmt werden. Dies wird dies typischerweise manuell durchgeführt und kann daher insbesondere bei dynamischen Lastfällen aufwendig sein.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einstellung eines Helmholtz-Resonators zur Geräuschdämpfung, insbesondere für dynamische Lastfälle, zu vereinfachen.
  • Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur dynamischen Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System emittiert wird, mittels eines mit dem technischen System gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, umfassend die Verfahrensschritten:
    • Einlesen eines computergestützten Akustikmodells, das derart eingerichtet ist, das Akustikverhalten des technischen Systems und des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu reproduzieren und für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert für eine Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems absorbiert,
    • Erfassen von mindestens einer Frequenz des technischen Systems, die dem emittierten Geräusch zugeordnet ist,
    • Ausführen des computergestützten Akustikmodells, wobei in Abhängigkeit der erfassten Frequenz des technischen Systems mindestens ein Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ermittelt wird, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz absorbiert,
    • Ausgeben des ermittelten Einstellwerts für den Helmholtz-Resonator zum Konfigurieren des Helmholtz-Resonators gemäß dem ermittelten Einstellwert zur Geräuschdämpfung des von dem technischen System emittierten Geräuschs.
  • Das Verfahren kann insbesondere zumindest teilweise computer-/rechnergestützt bzw. computerimplementiert sein. Unter "computer-/rechnergestützt" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem insbesondere ein Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt. Unter einem Prozessor kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrokontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schaltkreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung, engl. Application-Specific Integrated Circuit), oder einen DSP (Digitaler Signalprozessor, engl. Digital Signal Processor) oder einen Grafikprozessor GPU (Graphic Processing Unit) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor, eine virtuelle Maschine oder eine Soft-CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigurationsschritten zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet wird oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens, der Komponente, der Module, oder anderer Aspekte und/oder Teilaspekte der Erfindung realisiert.
  • Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "durchführen", "berechnen", "rechnergestützt", "rechnen", "feststellen", "generieren", "konfigurieren", "rekonstruieren" und dergleichen vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, beispielsweise als elektrische Impulse. Insbesondere sollte der Ausdruck "Computer" möglichst breit ausgelegt werden, um insbesondere alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften abzudecken. Computer können somit beispielsweise Personal Computer, Server, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten können, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein.
  • Unter einem "Geräusch" ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein akustisches Signal zu verstehen, das durch mindestens eine Frequenz gekennzeichnet ist. Insbesondere kann das Geräusch ein Frequenzspektrum aufweisen. Ein von einem technischen System emittiertes Geräusch kann insbesondere durch mechanische Schwingungen des technischen Systems oder eines Teils des technischen Systems verursacht werden. Alternativ kann das Geräusch auch ein Ton/Sinuston sein.
  • Bei einem "technischen System" kann es sich insbesondere um ein Gerät, eine Maschine, ein Fahrzeug oder eine Anlage/Fabrikanlage handeln. Beispielsweise kann das technische System ein Motor oder eine Turbine sein. Insbesondere kann es sich um ein technisches System handeln, dass akustische Signale emittiert und/oder auf Grund von mechanischen Schwingungen, Reibung oder Bewegung mindestens eines Teils des technischen Systems ein Geräusch produziert.
  • Unter einem "konfigurierbaren Helmholtz-Resonator" kann insbesondere ein regelbarer, variabler bzw. universeller Helmholtz-Resonator verstanden werden. Dieser weist vorzugsweise einen Resonanzkörper auf, dessen Volumen mittels eines Aktuators modifiziert werden kann, so dass der Helmholtz-Resonator derart dynamisch konfiguriert bzw. geregelt werden kann, verschiedene Frequenzen zu absorbieren. Insbesondere soll mittels des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ein Geräusch des technischen Systems absorbiert werden.
  • Unter einem "Einstellwert" des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators kann insbesondere ein Wert eines Regelparameters/Konfigurationsparameters des Helmholtz-Resonators verstanden werden, der insbesondere dynamisch modifizierbar/einstellbar ist. Vorzugsweise betrifft der Einstellwert einen Parameter, der das Resonanz- bzw. Absorptionsverhalten des Helmholtz-Resonators betrifft, wie z.B. das Volumen oder die Größe/Länge des Resonanzkörpers.
  • Unter einem "computergestützten Akustikmodell" kann insbesondere ein computergestütztes Simulationsmodell verstanden werden, das derart eingerichtet ist, das akustische Verhalten/die Akustik und/oder das Schwingungsverhalten bzw. Vibrationsverhalten des technischen Systems und des damit gekoppelten Helmholtz-Resonators und/oder die Regelung des Helmholtz-Resonators zu reproduzieren. Das computergestützte Akustikmodell umfasst dabei vorzugsweise Informationen über technische und physikalische Parameter des technischen Systems und des Helmholtz-Resonators, wie z.B. Material, Ausmaße, Temperatur, Innendruck, etc. Insbesondere können auch physikalische Parameter einer Umgebung des technischen Systems, wie z.B. Umgebungstemperatur oder Luftdruck, vom computergestützten Akustikmodell berücksichtigt werden.
  • Unter "einer Frequenz des technischen Systems, die dem emittierten Geräusch zugeordnet ist" kann insbesondere im Zusammenhang der Erfindung eine Frequenz eines Geräuschs, das das technische System emittiert, oder eine Frequenz einer Vibration des technischen Systems verstanden werden. In anderen Worten, es wird insbesondere eine Frequenz des technischen Systems ermittelt, die vorzugsweise in direktem Zusammenhang mit dem zu absorbierenden Geräusch steht. So kann beispielsweise eine Schwingung eines Bauteils des technischen Systems ein Geräusch auslösen, so dass die Frequenz der Schwingung dem Geräusch zugeordnet ist.
  • Unter "Absorption" einer Frequenz kann insbesondere eine teilweise Absorption, d.h. Verringerung, verstanden werden, so dass das entsprechende Geräusch gedämpft wird. In anderen Worten, der Helmholtz-Resonator wird vorzugsweise derart konfiguriert, dass eine bestimmte Frequenz absorbiert wird. Dies hat eine Geräuschdämpfung bzw. Schalldämpfung zur Folge. In der Regel ist die Schalldämpfung durch einen Helmholtz-Resonator bei dessen Eigenresonanz am stärksten. Diese entsprechende Konfiguration kann mittels des computergestützten Akustikmodells ermittelt werden.
  • Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass mittels eines computergestützten Akustikmodells des technischen Systems und des Helmholtz-Resonators eine geeignete Regelung bzw. Konfiguration für den konfigurierbaren Helmholtz-Resonator zu finden, so dass ein durch das technische System emittierte bzw. verursachte Geräusch gedämpft werden kann. So wird insbesondere das Akustikverhalten des gekoppelten Systems aus technischem System und Helmholtz-Resonator und/oder die dynamische Regelung des Helmholtz-Resonators modelliert. Damit kann das Akustikverhalten computergestützt simuliert werden, wobei in Abhängigkeit mindestens einer Frequenz des technischen Systems mindestens ein Einstellwert für einen Regelparameter/Konfigurationsparameter des Helmholtz-Resonators ermittelt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die dem Geräusch zugeordnete Frequenz eine Frequenz eines durch das technische System emittierten akustischen Signals oder eine Frequenz eines das Geräusch produzierenden Schwingungssignals bzw. Vibrationssignals des technischen Systems sein.
  • Somit kann mittels eines geeigneten Sensors entweder (direkt) ein akustisches Signal oder (indirekt) ein Vibrationssignal/Schwingungssignal erfasst und als Eingabe für das Akustikmodell genutzt werden. Ein Sensor kann somit beispielsweise ein Mikrofon oder ein Vibrationssensor sein.
  • In einer Ausführungsform kann das computergestützte Akustikmodell eingerichtet sein, akustische Moden des technischen Systems zu ermitteln und aus diesen akustischen Moden einen Einstellwert für den konfigurierbaren Helmholtz-Resonator abzuleiten.
  • So kann vorzugsweise eine computergestützte Akustiksimulation auf Basis des computergestützten Akustikmodells ausgeführt werden, wobei die akustischen Moden, d.h. die Lösungen der Helmholtz-Gleichung, berechnet werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Akustikmodell auf Basis eines Optimierungsverfahrens ausgeführt werden, wobei in Abhängigkeit einer vorgegebenen Frequenz des technischen Systems einen optimierten Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonator ermittelt wird, bei der der gemäß diesem optimierten Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz optimiert absorbiert.
  • Somit kann beispielsweise iterativ ein optimierter Einstellwert in Abhängigkeit der Frequenz des technischen Systems berechnet werden, wobei bei der Ausführung des computergestützten Akustikmodells für verschiedene Konfigurationen des Helmholtz-Resonators das Akustikverhalten berechnet und daraus das mit dem optimierten Dämpfungsverhalten bestimmt wird.
  • In einer Ausführungsform kann, sobald eine Frequenzänderung des technischen Systems detektiert wird, ein neuer Einstellwert mittels des computergestützten Akustikmodells ermittelt und der konfigurierbare Helmholtz-Resonator gemäß diesem neuen Einstellwert eingestellt/geregelt werden.
  • Eine Frequenzänderung kann insbesondere durch eine regelmäßige Überwachung des technischen Systems mittels eines geeigneten Sensors erfolgen. Somit kann insbesondere parallel zum Betrieb des technischen Systems eine dynamische Geräuschdämpfung erzielt werden. Außerdem kann vorzugsweise das computergestützte Akustikmodell bei einer Frequenzänderung an geänderte Parameter des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators angepasst werden. In anderen Worten, dies kann als ein Regelkreis betrachtet werden, wobei beispielsweise bei einem Lastwechsel der Helmholtz-Resonator angepasst wird.
  • In einer Ausführungsform können systemspezifische Daten des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators überwacht und bereitgestellt werden und das Akustikmodell kann auf Basis dieser systemspezifischen Daten angepasst werden.
  • Vorzugsweise können weitere Sensoren betriebsparallel systemspezifische Daten des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators liefern, so dass das computergestützte Akustikmodell regelmäßig, z.B. laufend oder zu vorgegebenen Zeitpunkten, aktualisiert werden kann. Dies ermöglicht eine genauere Modellierung des Akustikverhaltens des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators.
  • In einer Ausführungsform kann der ermittelte Einstellwert in Abhängigkeit der jeweiligen Frequenz in einer Datenbank gespeichert werden.
  • Dies ermöglicht beispielsweise offline eine Datenbasis zu generieren und für eine nachgelagerte Regelung des Helmholtz-Resonators zu nutzen.
  • In einer Ausführungsform kann der Einstellwert an einen Aktuator des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators übermittelt werden und der konfigurierbare Helmholtz-Resonator kann mittels des Aktuators konfiguriert werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System emittiert wird, mittels eines mit dem technischen System gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, umfassend:
    • eine Schnittstelle, die derart eingerichtet ist, ein computergestütztes Akustikmodell einzulesen, das derart eingerichtet ist, das Akustikverhalten des technischen Systems und des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu reproduzieren und für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert für eine Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems dämpft,
    • eine zweite Schnittstelle, die derart eingerichtet ist, mindestens eine Frequenz des technischen Systems zu erfassen, die dem emittierten Geräusch zugeordnet ist,
    • einen Simulator, der derart eingerichtet ist, das computergestützte Akustikmodell auszuführen, wobei in Abhängigkeit der erfassten Frequenz des technischen Systems mindestens ein Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ermittelt wird, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz dämpft,
    • ein Ausgabemodul, das derart eingerichtet ist, das derart eingerichtet ist, den ermittelten Einstellwert für den konfigurierbaren Helmholtz-Resonator zum Konfigurieren des Helmholtz-Resonators gemäß dem ermittelten Einstellwert zur Geräuschdämpfung des von dem technischen System emittierten Geräuschs auszugeben.
  • Insbesondere können die Vorrichtung bzw. Komponenten/Module der Vorrichtung als Software und/oder Hardware realisiert sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System emittiert wird, umfassend
    • eine Vorrichtung gemäß der Erfindung,
    • mindestens einen Sensor, der derart eingerichtet ist, eine Frequenz einer Schwingung oder eines Geräuschs des technischen Systems zu erfassen,
    • einen konfigurierbaren Helmholtz-Resonator,
      und
    • einen Aktuator zur Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, wobei der Aktuator zwischen der Vorrichtung und dem Helmholtz-Resonator angeordnet ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen programmierbaren Computer ladbar ist, umfassend Programmcodeteile, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
  • Ein Computerprogrammprodukt kann beispielsweise auf einem Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, ein nichtflüchtiger/dauerhaftes Speichermedium (engl. Non-transitory storage Medium) oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens als Flussdiagramm; und
    Fig. 2:
    ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Systems in Blockdarstellung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Insbesondere zeigen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele lediglich beispielhafte Realisierungsmöglichkeiten, wie insbesondere solche Realisierungen der erfindungsgemäßen Lehre aussehen könnten, da es unmöglich und auch für das Verständnis der Erfindung nicht zielführend oder notwendig ist, all diese Realisierungsmöglichkeiten zu benennen.
  • Auch sind insbesondere einem (einschlägigen) Fachmann in Kenntnis des/der Verfahrensanspruchs/Verfahrensansprüche alle im Stand der Technik üblichen Möglichkeiten zur Realisierung der Erfindung selbstverständlich bekannt, sodass es insbesondere einer eigenständigen Offenbarung in der Beschreibung nicht bedarf.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das durch ein technisches System verursacht wird und/oder von dem technischen System emittiert wird. Beispielsweise wird das Geräusch durch eine mechanische Schwingung oder Reibung eines Teils/einer Komponente des technischen Systems verursacht. Das Geräusch bzw. zumindest eine Frequenz des Geräuschs wird mittels eines konfigurierbaren Helmholtz-Resonators gedämpft, der mit dem technischen System gekoppelt ist, wobei die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren betriebsbegleitend zu einem Betrieb des technischen Systems durchgeführt werden. Alternativ kann das Verfahren auch in Abhängigkeit eines gespeicherten Geräuschwerts/Frequenzwerts oder eines gespeicherten - beispielsweise zeit-/druck- und/oder temperaturabhängigen - Akustikverhaltens des technischen Systems durchgeführt werden.
  • Im ersten Schritt S1 wird ein computergestütztes Akustikmodell eingelesen. Das computergestützte Akustikmodell ist derart eingerichtet, das Akustikverhalten des technischen Systems und des Helmholtz-Resonators abzubilden bzw. zu reproduzieren. Das computergestützte Akustikmodell kann außerdem und eine Regelung des Helmholtz-Resonators berücksichtigen. Beispielsweise ist das computergestützte Akustikmodell eingerichtet, akustische Moden des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators zu berechnen. Dazu ist das computergestützte Akustikmodell auf Basis technischer und physikalischer Parameter des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators konfiguriert.
  • Das computergestützte Akustikmodell ist insbesondere eingerichtet, für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert für eine dynamische Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert regulierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems absorbiert. Beispielsweise kann ein Einstellwert aus den errechneten akustischen Moden des technischen Systems ermittelt werden. In anderen Worten, das computergestützte Akustikmodell ermöglicht, für eine jeweilige Frequenz des technischen Systems das Dämpfungsverhalten des Helmholtz-Resonators und somit eine geeignete Konfiguration des Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der die jeweilige Frequenz absorbiert wird. Vorzugsweise ist das Akustikmodell vorkonfiguriert, d.h. an das technische System und den gekoppelten Helmholtz-Resonator angepasst, und wird derart bereitgestellt. Zusätzlich kann auf Basis von systemspezifischen Daten des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators, wie z.B. Material, Temperatur etc., das Akustikmodell angepasst bzw. aktualisiert werden.
  • Im nächsten Schritt S2 wird eine Frequenz bzw. ein Frequenzwert des technischen Systems eingelesen. Die Frequenz ist dabei dem vom technischen System emittierten Geräusch zugeordnet. Beispielsweise handelt es sich um die Frequenz eines vom technischen System ausgegeben akustischen Signals. Solch ein akustisches Signal kann mittels eines Mikrofons erfasst werden. Alternativ kann es sich um die Frequenz einer Schwingung/Vibration eines Teils des technischen Systems handeln, die mittels eines Vibrationssensors erfasst wird.
  • Insbesondere kann es sich hierbei um eine direkt gemessene Frequenz/ gemessenen Frequenzwert oder eine gespeicherte Frequenz/einen gespeicherten Frequenzwert des technischen Systems handeln.
  • Im nächsten Schritt S3 wird das computergestützte Akustikmodell ausgeführt, wobei das Akustikverhalten des technischen Systems und des damit gekoppelten Helmholtz-Resonators simuliert wird. Beispielsweise kann das computergestützte Akustikmodell in einer Simulationsumgebung ausgeführt werden. Vorzugsweise werden bei der Simulation aktuelle, systemspezifische Daten des technischen Systems und/oder des damit gekoppelten Helmholtz-Resonators berücksichtigt, wie z.B. Umgebungstemperatur und/oder Druck. Diese systemspezifischen Daten können beispielsweise regelmäßig mittels geeigneter Sensoren erfasst und an das Akustikmodell übergeben werden.
  • Zunächst wird für die Simulation dem computergestützten Akustikmodell die erfasste Frequenz des technischen Systems übergeben. So kann mittels des computergestützten Akustikmodells in Abhängigkeit der erfassten Frequenz mindestens ein Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ermittelt werden, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz absorbiert. Ein Einstellwert des Helmholtz-Resonators kann beispielsweise die Größe des Resonanzkörpers des Helmholtz-Resonators betreffen.
  • Insbesondere kann das computergestützte Akustikmodell auf Basis eines Optimierungsverfahrens ausgeführt werden, um einen optimierten Einstellwert zu ermitteln, bei dem der gemäß diesem optimierten Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz optimiert absorbiert. Dabei können beispielsweise in Abhängigkeit des Frequenzwerts iterativ Einstellwerte für den Helmholtz-Resonator ermittelt werden, wobei die jeweilige Konfiguration des Helmholtz-Resonators und das daraus resultierende Dämpfungsverhalten simuliert und geprüft werden. Eine Prüfung kann beispielsweise anhand eines vorgegebenen Schwellwerts für die Dämpfung erfolgen. Mittels des Optimierungsverfahrens kann demnach mindestens ein optimierter Einstellwert für den Helmholtz-Resonator bestimmt werden.
  • Im Schritt S4 wird der ermittelte Einstellwert für den Helmholtz-Resonator ausgegeben. Beispielsweise wird der ermittelte Einstellwert an einen Aktuator des Helmholtz-Resonators übermittelt.
  • Im nächsten Schritt S5 wird der Helmholtz-Resonator gemäß dem ermittelten Einstellwert zur Geräuschdämpfung des Geräuschs durch einen Aktuator konfiguriert. Dabei kann der Einstellwert vorzugsweise an einen Aktuator zur dynamischen Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators übermittelt werden. Der Helmholtz-Resonator ist mittels des Aktuators regelbar. Beispielsweise kann der Aktuator gemäß dem Einstellwert eine Größe des Resonanzkörpers des Helmholtz-Resonators einstellen.
  • Mit dem Verfahren kann insbesondere eine gezielte Dämpfung eines Geräuschs, das durch zumindest einen Teil des technischen Systems verursacht wird, ermöglicht werden. Insbesondere kann, bei einer Frequenzänderung des technischen Systems, wie z.B. geändertes Vibrationsverhalten, erneut ein Einstellwert für den Helmholtz-Resonator mittels des computergestützten Akustikmodells ermittelt werden. Zusätzlich können auch systemspezifische Daten des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators überwacht und bei einer Änderung der systemspezifischen Daten das Akustikmodell angepasst werden. So kann beispielsweise betriebsbegleitend auf unterschiedliches Geräusch- und/oder Betriebsverhalten dynamisch reagiert werden.
  • Zusätzlich oder alternativ können mittels des Verfahrens auch eine Vielzahl von Einstellwerten für ein Geräuschspektrum ermittelt und in einer Datenbank gespeichert werden. Somit kann beim Betrieb des technischen Systems in Abhängigkeit einer vorgegebenen Frequenz oder eines Geräuschverhaltens ein geeigneter Einstellwert für den Helmholtz-Resonator aus der Datenbank selektiert werden.
  • Figur 2 zeigt in Blockdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 und eines erfindungsgemäßen Systems 200 zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System TS emittiert wird.
  • Es ist ein technisches System TS gezeigt, bei dem es sich beispielsweise um eine Turbine handeln kann. Dieses technische System TS ist mit mindestens einem konfigurierbaren Helmholtz-Resonator HR gekoppelt. Unter "Kopplung" kann hier insbesondere eine direkte, physikalische Verbindung verstanden werden. Beispielsweise ist der konfigurierbare Helmholtz-Resonator HR mit dem technischen System TS verbunden oder in diesem integriert. Es ist auch möglich, dass der konfigurierbare Helmholtz-Resonator HR dem technischen System TS lediglich zugeordnet ist, z.B. sich im selben Raum/Gebäude befindet. Die Kopplung ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass, bei einer geeigneten Konfiguration des Helmholtz-Resonators HR, eine Absorption der Geräuschfrequenz ermöglicht wird.
  • Weiter ist die Vorrichtung 100 gezeigt, die eine erste Schnittstelle 101, eine zweite Schnittstelle 102, einen Simulator und ein Ausgabemodul 104 umfasst. Außerdem kann die Vorrichtung 100 mindestens einen Prozessor umfassen.
  • Die erste Schnittstelle 101 ist derart eingerichtet, ein computergestütztes Akustikmodell AM einzulesen. Das computergestützte Akustikmodel AM ist dabei derart eingerichtet, das Akustikverhalten des technischen Systems TS und des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators HR zu reproduzieren und für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert für eine Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators HR zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems absorbiert. Vorzugsweise wird das computergestützte Akustikmodell AM mittels systemspezifischer Daten des technischen Systems TS und/oder des Helmholtz-Resonators HR eingestellt und derart bereitgestellt. Beispielsweise können solche systemspezifischen Daten kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeitpunkten am technischen System und/oder am Helmholtz-Resonator überwacht werden, so dass das Akustikmodell entsprechend aktualisiert werden kann.
  • Die zweite Schnittstelle 102 ist derart eingerichtet, mindestens eine Frequenz F des technischen Systems zu erfassen, die dem durch das technische System verursachte Geräusch zugeordnet ist. Dazu ist die zweite Schnittstelle 102 vorzugsweise mit mindestens einem Sensor S des technischen Systems TS gekoppelt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Vibrationssensor oder ein Mikrofon handeln. Mittels des Sensors S wird mindestens eine Frequenz/ein Frequenzwert F des technischen Systems TS erfasst. Dabei kann es sich bei der Frequenz F um eine Frequenz F1 eines durch das technische System TS emittierten akustischen Signals oder eine Frequenz F2 eines das Geräusch produzierenden Schwingungssignals des technischen Systems TS handeln.
  • Dieser Frequenzwert F, F1, F2 wird an den Simulator 103 übermittelt. Der Simulator 103 ist derart eingerichtet, das computergestützte Akustikmodell AM auszuführen und das Akustikverhalten des technischen Systems und des gekoppelten Helmholtz-Resonators abzubilden. Dabei wird in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten Frequenzwerts F, F1, F2 des technischen Systems mindestens ein Einstellwert P für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators HR ermittelt, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator HR die erfasste Frequenz F, F1, F2 absorbiert. Somit generiert der Simulator 103 auf Basis des computergestützten Akustikmodells AM mindestens einen Einstellwert P, der an das Ausgabemodul 104 übermittelt wird. Vorzugsweise ermittelt der Simulator auf Basis eines Optimierungsverfahrens einen optimierten Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, bei der der gemäß diesem optimierten Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz optimiert absorbiert.
  • Das Ausgabemodul 104 ist derart eingerichtet, den ermittelten Einstellwert P zum Regeln des Helmholtz-Resonators HR gemäß dem ermittelten Einstellwert P zur Geräuschdämpfung des von dem technischen System emittierten Geräuschs auszugeben. Vorzugsweise ist das Ausgabemodul 104 mit einem Aktuator A des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators HR gekoppelt. Beispielsweise kann der Aktuator A über ein Steuermodul (nicht dargestellt) mit dem Ausgabemodul 104 gekoppelt sein.
  • Der mindestens eine ermittelt Einstellwert P wird an den Aktuator A zum Konfigurieren des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators HR übermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann ein ermittelter Einstellwert P auch in einer Datenbank DB gespeichert werden. Vorzugsweise können in der Datenbank DB Einstellwerte in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Frequenzwerten gespeichert werden. Damit kann insbesondere offline eine Datenbasis erstellt werden, wobei das Akustikverhalten für eine Vielzahl von Konfigurationen des technischen Systems TS und/oder des Helmholtz-Resonators evaluiert wird. Dies kann für einen späteren Betrieb des technischen Systems genutzt werden.
  • Die Vorrichtung 100 ermöglicht insbesondere eine dynamische Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators parallel zum Betrieb des technischen Systems, um eine optimierte Geräuschdämpfung, insbesondere bei Lastwechseln, zu ermöglichen. Um insbesondere eine Regelung in Echtzeit zu ermöglichen, kann das computergestützte Akustikmodell AM als reduziertes Akustikmodell bereitgestellt werden. Mittels Methoden der Modellordnungsreduktion kann das Akustikmodell als ein Echtzeit-fähiges Simulationsmodell bereitgestellt werden. Beispielsweise können hierfür maschinelle Lernverfahren genutzt werden.
  • Außerdem ist es möglich, den konfigurierbaren Helmholtz-Resonator HR mittels einer geringen Parameteranzahl zu beschreiben, so dass die Modelldimension des Akustikmodells weiter reduziert werden kann.
  • Es ist auch möglich, dass mindestens ein weiterer Helmholtz-Resonator (nicht gezeigt) mit dem technischen System gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung 100 mindestens einen Einstellwert für diesen weiteren Helmholtz-Resonator liefern kann. Somit können beispielsweise verschiedene Frequenzen eines Geräuschs absorbiert werden. Vorzugsweise kann das computergestützte Akustikmodell eingerichtet sein, auch das Akustikverhalten dieses weiteren Helmholtz-Resonators abzubilden; vorzugsweise in Kombination mit dem ersten Helmholtz-Resonators HR. Demnach können mit dem Verfahren (siehe Figur 1) bzw. der Vorrichtung 100 Einstellwerte für mehr als einen gekoppelten Helmholtz-Resonator ermittelt werden, so dass auch mehrere Frequenzen eines Frequenzspektrums eines Geräuschs simultan absorbiert werden können.
  • Alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale können im Rahmen der Erfindung vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (11)

  1. Verfahren zur dynamischen Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System (TS) emittiert wird, mittels eines mit dem technischen System gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators (HR), umfassend die Verfahrensschritte:
    - Einlesen (S1) eines computergestützten Akustikmodells (AM), das derart eingerichtet ist, das Akustikverhalten des technischen Systems (TS) und des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators (HR) zu reproduzieren und für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert (P) für eine Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems absorbiert,
    - Erfassen (S2) von mindestens einer Frequenz (F) des technischen Systems, die dem emittierten Geräusch zugeordnet ist,
    - Ausführen (S3) des computergestützten Akustikmodells (AM), wobei in Abhängigkeit der erfassten Frequenz (F) des technischen Systems mindestens ein Einstellwert (P) für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ermittelt wird, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz absorbiert,
    - Ausgeben (S4) des ermittelten Einstellwerts (P) für den Helmholtz-Resonator zum Konfigurieren des Helmholtz-Resonators (HR) gemäß dem ermittelten Einstellwert zur Geräuschdämpfung des von dem technischen System emittierten Geräuschs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die dem Geräusch zugeordnete Frequenz eine Frequenz (F1) eines durch das technische System emittierten akustischen Signals oder eine Frequenz (F2) eines das Geräusch produzierenden Schwingungssignals des technischen Systems ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das computergestützte Akustikmodell eingerichtet ist, akustische Moden des technischen Systems zu ermitteln und aus diesen akustischen Moden einen Einstellwert (P) für den konfigurierbaren Helmholtz-Resonator abzuleiten.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das computergestützte Akustikmodell auf Basis eines Optimierungsverfahrens ausgeführt wird, in Abhängigkeit einer vorgegebenen Frequenz des technischen Systems einen optimierten Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß diesem optimierten Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz optimiert absorbiert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, sobald eine Frequenzänderung des technischen Systems detektiert wird, ein neuer Einstellwert mittels des computergestützten Akustikmodells ermittelt und der konfigurierbare Helmholtz-Resonator gemäß diesem neuen Einstellwert geregelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei systemspezifische Daten des technischen Systems und/oder des Helmholtz-Resonators überwacht und bereitgestellt werden und auf Basis dieser systemspezifischen Daten das Akustikmodell angepasst wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Einstellwert in Abhängigkeit der jeweiligen Frequenz in einer Datenbank gespeichert.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einstellwert (P) an einen Aktuator (A) des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators übermittelt und der konfigurierbare Helmholtz-Resonator (HR) mittels des Aktuators (A) konfiguriert wird (S5).
  9. Vorrichtung (100) zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System emittiert wird, mittels eines mit dem technischen System gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, umfassend:
    - eine erste Schnittstelle (101), die derart eingerichtet ist, ein computergestütztes Akustikmodell einzulesen, das derart eingerichtet ist, das Akustikverhalten des technischen Systems und des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu reproduzieren und für eine jeweilige Frequenz eines Geräuschs oder einer Schwingung des technischen Systems einen Einstellwert für eine Regelung des gekoppelten, konfigurierbaren Helmholtz-Resonators zu ermitteln, bei der der gemäß dem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die jeweilige Frequenz des technischen Systems absorbiert,
    - eine zweite Schnittstelle (102), die derart eingerichtet ist, mindestens eine Frequenz des technischen Systems zu erfassen, die dem emittierten Geräusch zugeordnet ist,
    - einen Simulator (103), der derart eingerichtet ist, das computergestützte Akustikmodell auszuführen, wobei in Abhängigkeit der erfassten Frequenz (F) des technischen Systems mindestens ein Einstellwert für eine Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators ermittelt wird, bei der der gemäß diesem Einstellwert konfigurierte Helmholtz-Resonator die erfasste Frequenz absorbiert,
    und
    - ein Ausgabemodul (104), das derart eingerichtet ist, den ermittelten Einstellwert für den konfigurierbaren Helmholtz-Resonator zum Konfigurieren des Helmholtz-Resonators gemäß dem ermittelten Einstellwert zur Geräuschdämpfung des von dem technischen System emittierten Geräuschs auszugeben.
  10. System (200) zur Geräuschdämpfung eines Geräuschs, das von einem technischen System emittiert wird, umfassend
    - eine Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9,
    - mindestens einen Sensor (S), der derart eingerichtet ist, eine Frequenz einer Schwingung oder eines Geräuschs des technischen Systems zu erfassen,
    - einen konfigurierbaren Helmholtz-Resonator (HR),
    und
    - einen Aktuator (A) zur Regelung des konfigurierbaren Helmholtz-Resonators, wobei der Aktuator zwischen der Vorrichtung und dem Helmholtz-Resonator angeordnet ist.
  11. Computerprogrammprodukt, das direkt in einen programmierbaren Computer ladbar ist, umfassend Programmcodeteile, die dazu geeignet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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US5621656A (en) * 1992-04-15 1997-04-15 Noise Cancellation Technologies, Inc. Adaptive resonator vibration control system
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SINGH SARABJEET: "Tonal noise attenuation in ducts by optimising adaptive Helmholtz resonators - Chapters 1 -4", 28 November 2006 (2006-11-28), pages 1 - 122, XP055883479, Retrieved from the Internet <URL:https://digital.library.adelaide.edu.au/dspace/bitstream/2440/37877/8/02chapters1-4.pdf> [retrieved on 20220125] *
SINGH SARABJEET: "Tonal noise attenuation in ducts by optimising adaptive Helmholtz resonators - Chapters 5-7", 28 November 2006 (2006-11-28), pages 123 - 189, XP055883485, Retrieved from the Internet <URL:https://digital.library.adelaide.edu.au/dspace/bitstream/2440/37877/7/03chapters5-7.pdf> [retrieved on 20220125] *

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