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EP0806030B1 - l/4-SCALLABSORBER - Google Patents

l/4-SCALLABSORBER Download PDF

Info

Publication number
EP0806030B1
EP0806030B1 EP96900025A EP96900025A EP0806030B1 EP 0806030 B1 EP0806030 B1 EP 0806030B1 EP 96900025 A EP96900025 A EP 96900025A EP 96900025 A EP96900025 A EP 96900025A EP 0806030 B1 EP0806030 B1 EP 0806030B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sound
resonators
absorber according
sound absorber
tubular
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96900025A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0806030A1 (de
Inventor
Robert H. Van Ligten
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.)
Autoneum International AG
Original Assignee
Rieter Automotive International AG
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 Rieter Automotive International AG filed Critical Rieter Automotive International AG
Publication of EP0806030A1 publication Critical patent/EP0806030A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0806030B1 publication Critical patent/EP0806030B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a sound absorber according to the preamble of claim 1 and in particular a sound absorber for vehicles made of several tubular resonators, preferably with different lengths.
  • the walls of the box-shaped hollow body must be lightweight, ie very thin.
  • these thin-walled hollow bodies tend to deform due to the fluctuations in sound pressure and thus limit the quality factor of the resonator. Since the quality factor significantly influences the efficiency of the absorbers, the lightweight design also means that the acoustic effectiveness of these absorbers must always be reduced.
  • the acoustic effectiveness of these absorbers is fundamentally limited because the number of sound-absorbing openings is limited by the geometric expansion of the individual hollow bodies.
  • These hollow bodies typically have a base area of 15x15mm 2 to 60x60mm 2 , with a construction height of 5 to 25mm and a hole diameter of 4 to 11mm.
  • An insulating part is also known from DE-39'13'347, which has a multiplicity of cell-like cavities arranged closely next to one another, which are open on one side. With this insulating part, the energy of the impinging sound field is essentially irregular Reflections, absorption in the material and interference effects dissipated. These insulating parts are also only suitable to a limited extent for use in automobile construction, in particular because they are easily soiled and wear out quickly due to their lack of inherent stability.
  • GB-2'090'334 describes a damping device to dampen the generated in a nozzle drive aerodynamic vibrations, in which one Variety of tubular resonators is used.
  • the Length of these tubular resonators is dimensioned so that this is a quarter of the wavelength of this Corresponds to vibrations. This can result in a partial cancellation the pressure fluctuations in the mouth area of this Resonators are generated.
  • the damping device will not note that the to the individual resonator openings mutually influence interaction zones, and in particular the intended effect from the proposed one Arrangement can be canceled.
  • this object is achieved by a sound absorber solved with the features of claim 1, i.e. With a sound absorber made up of several tubular resonators, preferably with different lengths, the at least one sound opening to a sound reflecting one Adjacent area.
  • the tubular resonators can any position to the sound reflecting surface in particular, the resonators can also rest on this surface.
  • the ⁇ / 4 tubes can be arranged in any direction and also not necessarily a straight line must have.
  • the cross section of these tubes have any shape. It is for the Expert, the length of the tubes of the chosen shapes and Adapt resonance frequencies. Simply that However, those skilled in the art have shapes that are essentially the same Select cross-sectional area.
  • interaction zones A w below, the extent of which can be related to the respective sound opening area A o and the quality factor Q. It turns out that the ratio between the area of the interaction zone A w and the sound opening area A o is proportional to the quality factor Q.
  • Q k A w A O
  • the aim of the embodiments according to the invention to ensure that the individual interaction zones are distributed as widely as possible and at the same time do not substantially overlap, since such an overlap reduces the above-mentioned sound pressure gradient and thus reduces the dissipating local air flows.
  • the openings of the tubular resonators are preferably distributed over the corner points of an imaginary network of isosceles triangles. If sound absorption over a wide frequency range is desired, several groups of differently tuned tube absorbers can be interleaved. Likewise, the combination of the ⁇ / 4 absorbers according to the invention with conventional absorbers can be quite useful for certain applications.
  • the individual are in the preferred field of application tubular resonators on a sound field in the area tuned from 1 - 2 kHz, i.e. have a quarter wavelength appropriate length of approx. 80 - 40 mm.
  • standing waves can form in these ⁇ / 4 resonators, compared to that reflected in the mouth area Wavefront of the same wavelength out of phase by ⁇ / 2 are and interfere destructively with it.
  • the ⁇ / 4 absorber according to the invention has at least a group of tubular resonators of different Length on. It doesn't matter whether the sound openings are on the front or on the jacket side are.
  • the individual Resonators distributed on a surface.
  • the effectiveness the mechanism shown also largely depends on the sound reflecting property of the cavity educational material. Soft and compliant materials lead to losses in reflection and impair the above absorption mechanism. It is therefore understood that only for the resonators according to the invention airtight, smooth and reverberant, i.e. good sound reflecting Materials come into question.
  • the ⁇ / 4 resonators formed from a sheet or plastic film.
  • the resonators in groups can do this Tile-like attached to the vehicle and aligned in this way that there is any contamination by water or cannot catch oil, i.e. flow out again directly can.
  • the assembly of these according to the invention Sound absorbers can be made using known means.
  • the reverberant absorbers becomes vibrations and vibration-prone vehicle parts stiffened and steamed.
  • the cavities are direct into a reverberant matrix, preferably into a lightweight one Plastic, metal or ceramic matrix molded.
  • the advantages of the device according to the invention are Expert immediately apparent and are particularly in the creation of a specifically tunable and lightweight Absorbers with a low overall height.
  • use this absorber in heavily polluting environments is not sensitive to moisture and can be manufacture inexpensively.
  • this sound absorber together with the vehicle chassis be immersed in a dye bath without soiling it and without being damaged.
  • Figure 2 shows a simple embodiment of the inventive Sound absorber under supervision.
  • a group of Resonators 10 are designed as straight hollow bodies that either front 13 or bottom 15 a sound opening exhibit.
  • the honeycomb base 12 allows a comprehensive coating.
  • the individual resonators 10 a length of 43 mm to 84 mm, i.e. are on frequencies tuned between 1 and 2 kHz.
  • This ⁇ / 4 absorber can be made of hard and smooth plastic, for example manufacture or form from sheet metal foils.
  • Figure 3a shows a box-shaped embodiment an extruded plastic molding 16.
  • the cross section of the individual resonators 10 is approximately rectangular here.
  • the sound-effective orifices 17 are on the jacket side appropriate.
  • the end walls 18 of the resonators 10 shifted in the desired manner become. This allows a targeted optimization of the acoustic Absorption effectiveness. It goes without saying that too these ⁇ / 4 absorbers can be arranged in several layers can.
  • FIG. 3b an embodiment is shown at which essentially consists of two molded parts 7, 9 are constructed.
  • a first molded part 7 is preferably made of aluminum and points in parallel mutually extending ribs 8.
  • This molding 7 can directly from aluminum foam or from an aluminum sheet be shaped.
  • the ribs 8 of this molded part 7 are with a second molded part 9, in particular a film or a sheet, preferably made of aluminum, covered and together form the hollow body 6 according to the invention Openings 5 can be punched out of the second molded part 9 his. Easily after merging the two molded parts 7, 9 partial areas of the second molded part 9 pressed into the hollow body 6 such that resonator openings 5 arise and at the same time, between each Resonators 6 end walls 4 are formed.
  • the end walls 4 can also be molded directly into the first molded part 7 his. Such an embodiment can be adapt easily to the desired contours and is therefore inexpensive. It is understood that through that Molding of ribs and end walls in the first molded part 7, this maintains a high degree of mechanical rigidity and the desired one even with relatively thin material acoustic sound hardness can be achieved.
  • FIG. 4a shows a further modular embodiment of the ⁇ / 4 absorber according to the invention.
  • This consists of block-like Components 25 in which the tubular Resonators 27 are. These can be drilled out later or with an appropriate injection molding process directly be shaped.
  • the Cavities of the resonators 27 parallel to the block geometry and these blocks 25 become like tiles during assembly placed on top of each other and fixed. It is understood that the optimal dimensioning of the tubular resonators 23 lies in the area of professional skill. As well can be used for the production of these ⁇ / 4 absorber blocks reverberant materials are used.
  • the resonators 27 run obliquely to the block geometry.
  • the angular position of the individual can of course Resonators are different from each other.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of the distribution of the resonators of different lengths.
  • the sound openings 21, 22, 23, 24 of the individual resonators each lie on the node of a network which is essentially spanned by isosceles triangles. It is clear from FIG. 5 that, in this configuration, the interaction zone A w of the ⁇ / 4 absorbers applied for a specific wavelength does not substantially overlap and an area-wide arrangement of the wavelength-dependent interaction zones A w is achieved.
  • Resonator groups in this length range and with a cross-sectional area of 0.25 to 2 cm 2 can be produced inexpensively by deforming a plastic or metal foil in such a way that semi-tubular depressions are formed and this shaped foil is mounted or mounted against a carrier layer or carrier plate. is stuck on.
  • Such shaped resonators are also sound-hard when using thin foils because of the inherent rigidity of curved surfaces and have a high quality factor as resonators.
  • the absorbers according to the invention are, their conception accordingly, primarily suitable for applications in which the disturbing and absorbable noise in one limited frequency range occurs. Generate in particular Gear or timing belt, which at constant Speed running, fan blower, electric motors or propeller motors in aircraft, Noise sources with a precisely defined narrow frequency range.
  • An analogous use of the inventive Absorber is also used for sound absorbing linings conceivable from traffic tunnels. It is understood that the Use of the absorber according to the invention not on the Vehicle area should be restricted. That's how it is Can also be used in swimming pools, sports halls or factories conceivable as wall or ceiling cladding.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Vehicle Interior And Exterior Ornaments, Soundproofing, And Insulation (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallabsorber gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere einen Schallabsorber für Fahrzeuge aus mehreren röhrchenförmigen Resonatoren, vorzugsweise mit unterschiedlicher Länge.
Es ist das Bestreben der modernen Automobilindustrie, die von den Fahrzeugen erzeugten Geräusche zu verringern oder ganz zu eliminieren. Zur Schallabsorption werden heute im wesentlichen Matten aus Faserdämmstoffen oder offenporigen Schäumen verwendet, die um die Lärmquellen oder in deren unmittelbaren Umgebung montiert werden. Die Verwendung solcher offenporiger Schallabsorber im Motorraum, wie bspw. in der DE-34'28'157 beschrieben, erweist sich jedoch als problematisch, weil diese mit Öl, Wasser, Staub und anderen Verunreinigungen verschmutzen und dadurch in ihrer akustischen Wirkung rasch nachlassen.
Es ist deshalb bspw. mit der DE-40'11'705, der DE-42'41'518 oder der DE-43'05'281 auch schon vorgeschlagen worden, eine öl- und wasserbeständige Anordnung aus einer Vielzahl von Helmholtzresonatoren vorzusehen. Diese bekannten Anordnungen bestehen aus kästchenförmigen Hohlkörpern, welche ein Loch oder einen Hals aufweisen. Das Volumen der Hohlkörper zusammen mit der Dimension des Loches oder Halses bestimmen die Resonanzfrequenz des Absorbers. Diese bekannten Anordnungen werden im wesentlichen für einen Frequenzbereich von 1 bis 2kHz ausgelegt und können an der Motorhaube, im Radkasten oder auf der Bodenwanne montiert werden.
Ausserdem beanspruchen diese Anordnungen unerwünscht viel Raum, d.h. können bei knappen Platzverhältnissen nicht eingesetzt werden.
Im praktischen Einsatz dieser Art von Absorbern müssen die Wandungen der kästchenförmigen Hohlkörper leichtgewichtig, d.h. sehr dünn gebaut sein. Diese dünnwandigen Hohlkörper neigen aber dazu, sich durch die Schalldruckschwankungen zu verformen und damit den Qualitätsfaktor des Resonators zu beschränken. Da der Qualitätsfaktor den Wirkungsgrad der Absorber wesentlich mitbestimmt, muss mit der Leichtbauweise immer auch eine Minderung der akustischen Wirksamkeit dieser Absorber in Kauf genommen werden.
Die akustische Wirksamkeit dieser Absorber ist grundsätzlich begrenzt, weil die Anzahl der schallaufnehmenden Öffnungen durch die geometrische Ausdehnung der einzelnen Hohlkörper beschränkt wird. Typischerweise weisen diese Hohlkörper eine Grundfläche von 15x15mm2 bis 60x60mm2 auf, bei einer Bauhöhe von 5 bis 25mm und einem Lochdurchmesser von 4 bis llmm. Damit wird deutlich, dass diese Helmholtzresonatoren nur in beschränktem Masse an das störende Schallfeld ankoppeln können, da bei deren flächendeckenden Verwendung, die dem Qualitätsfaktor Q proportionale, schallaufnehmende Öffnungsfläche maximal nur 2.5% bis 4% der beschallten Gesamtfläche betragen kann.
Ausserdem sind beim Einbau der beschriebenen Helmholzabsorber auf eine Fahrzeug-Bodenwanne die Öffnungen nach oben gerichtet und können sich deshalb die Hohlräume leicht mit Feuchtigkeit und Schmutz füllen, was wieder die Schallabsorption beeinträchtigt.
Aus der DE-39'13'347 ist auch ein Isolierteil bekannt, welches eine Vielzahl dicht nebeneinander angeordneter, zellenartiger Hohlräume aufweist, die nach einer Seite offen sind. Mit diesem Isolierteil wird die Energie des auftreffenden Schallfeldes im wesentlichen durch irreguläre
Reflexionen, Absorption im Material und Interferenzeffekte dissipiert.
Auch diese Isolierteile eignen sich nur beschränkt für den Einsatz im Automobilbau, insbesondere weil sie leicht verschmutzen und wegen ihrer mangelnden Eigenstabilität rasch verschleissen.
In der Patentschrift GB-2'090'334 wird eine Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der in einem Düsenantrieb erzeugten aerodynamischen Vibrationen offenbart, bei welcher eine Vielzahl röhrchenförmiger Resonatoren verwendet wird. Die Länge dieser röhrchenförmigen Resonatoren ist so dimensioniert, dass diese einem Viertel der Wellenlänge dieser Vibrationen entspricht. Dadurch kann eine partielle Aufhebung der Druckschwankungen im Mündungsbereich dieser Resonatoren erzeugt werden. Bei der in dieser Patentschrift vorgeschlagenen Dämpfungsvorrichtung wird jedoch nicht beachtet, dass sich die zu den einzelnen Resonatoröffnungen gehörigen Wechselwirkungszonen gegenseitig beeinflussen, und insbesondere die beabsichtigte Wirkung durch die vorgeschlagene Anordnung aufgehoben werden kann.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schallabsorber zu schaffen, der die Nachteile bekannter Absorber überwindet und insbesondere einen raumsparenden Schallabsorber zu schaffen, der eine verbesserte Schallabsorption aufweist, welche auch bei einer leichtgewichtigen Bauweise und in einer stark verschmutzenden Umgebung wirksam bleibt.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch einen Schallabsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. mit einem Schallabsorber aus mehreren röhrchenförmigen Resonatoren, vorzugsweise mit unterschiedlicher Länge, deren mindestens eine Schallöffnung an eine schallreflektierende Fläche angrenzt. Dabei können die röhrchenförmigen Resonatoren eine beliebige Lage zur schallreflektierenden Fläche einnehmen, insbesondere können die Resonatoren auch auf dieser Fläche aufliegen.
Fällt eine Schallwellenfront auf eine schallreflektierende Fläche, bildet sich ein Schalldruckmaximum direkt vor dieser Fläche. Dieses Schalldruckmaximum entsteht aus der Überlagerung der einfallenden und reflektierten Welle an dieser Stelle. Bei der erfindungsgemässen Anordnung wird die Mündung eines Röhrchens, unmittelbar an eine solche schallreflektierende Fläche gelegt. Damit läuft die einfallende Schallwelle in das Röhrchen hinein, wird an dessen Ende reflektiert, und läuft zur Mündungsöffnung zurück. Schallwellen, deren Wellenlänge das 4-fache der Länge des Röhrchens betragen, erscheinen an der Mündungsöffnung mit einer Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge. Dies führt zu einer destruktiven Interferenz mit der im Mündungsbereich des Röhrchens reflektierten Welle gleicher Wellenlänge, da die im Röhrchen erzeugte stehende Welle ihr Schalldruckminimum an der Mündungsöffnung aufweist, während die im Mündungsbereich reflektierte Welle dort ihr Schalldruckmaximum aufweist. Damit wird im Mündungsbereich ein starkes Schalldruckgefälle erzeugt, welches lokal zu hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten und damit zur gewünschten Dissipation akustischer Energie beiträgt.
Aus diesem Verständnis wird deutlich, dass die λ/4-Röhrchen in jeder beliebigen Richtung angeordnet sein können und auch nicht notwendigerweise einen geradlinigen Verlauf aufweisen müssen. Ebenso kann der Querschnitt dieser Röhrchen eine beliebige Form haben. Es versteht sich für den Fachmann, die Länge der Röhrchen den gewählten Formen und Resonanzfrequenzen anzupassen. Einfacherweise wird der Fachmann jedoch Formen mit im wesentlichen gleichbleibender Querschnittsfläche wählen.
Wesentlich für die wirksame Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist die Ausbildung von Bereichen, in denen eine destruktive Interferenz stattfindet. Diese Bereiche werden im folgenden Wechselwirkungszonen Aw genannt, deren Ausdehnung mit der jeweiligen Schallöffnungsfläche Ao und dem Qualitätsfaktor Q in Zusammenhang gebracht werden kann. Es erweist sich nämlich, dass das Verhältnis zwischen der Fläche der Wechselwirkungszone Aw und der Schallöffnungsfläche Ao proportional zum Qualitätsfaktor Q ist. Q = k · Aw Ao
Es ist also Ziel der erfindungsgemässen Ausführungsformen, darauf zu achten, dass die einzelnen Wechselwirkungszonen möglichst flächendeckend verteilt sind und gleichzeitig nicht wesentlich überlappen, da durch eine solche Überlappung das erwähnte Schalldruckgefälle reduziert und damit die dissipierenden lokalen Luftströmungen vermindert würden. Um eine möglichst flächendeckende akustisch wirksame Anordnung der Wechselwirkungszonen Aw zu erreichen, werden die Öffnungen der röhrchenförmigen Resonatoren vorzugsweise auf die Eckpunkte eines gedachten Netzes aus gleichschenkligen Dreiecken verteilt.
Wenn eine Schallabsorption über einen breiten Frequenzbereich erwünscht ist, können mehrere Gruppen unterschiedlich abgestimmter Röhrchenabsorber ineinander verschachtelt werden. Ebenso kann die Kombination der erfindungsgemässen λ/4 Absorber mit herkömmlichen Absorbern für gewisse Anwendungen durchaus sinnvoll sein.
Im bevorzugten Anwendungsgebiet sind die einzelnen röhrchenförmigen Resonatoren auf ein Schallfeld im Bereich von 1 - 2 kHz abgestimmt, d.h. weisen eine der Viertelwellenlänge entsprechende Länge von ca. 80 - 40 mm auf. In diesen λ/4-Resonatoren können sich stehende Wellen ausbilden, die gegenüber der im Mündungsbereich reflektierten Wellenfront gleicher Wellenlänge um λ/2 phasenverschoben sind und mit dieser destruktiv interferieren. Um ein fahrzeugspezifisches Geräuschspektrum wirksam absorbieren zu können weist der erfindungsgemässe λ/4-Absorber mindestens eine Gruppe von röhrchenförmigen Resonatoren unterschiedlicher Länge auf. Dabei spielt es keine wesentliche Rolle, ob die Schallöffnungen stirnseitig oder mantelseitig angebracht sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Resonatoren auf einer Fläche liegend verteilt. Die Wirksamkeit des aufgezeigten Mechanismus hängt wesentlich auch von der schallreflektierenden Eigenschaft des den Hohlraum bildenden Materials ab. Weiche und nachgiebige Materialen führen zu Verlusten bei der Reflexion und beeinträchtigen den obigen Absorptionsmechanismus. Es versteht sich deshalb, dass für die erfindungsgemässen Resonatoren nur luftdichte, glatte und schallharte, d.h. gut schallreflektierende Materialien in Frage kommen.
In einer besonderen Ausführungsform sind die λ/4-Resonatoren aus einer Blech- oder Kunststoffolie geformt. Durch die Anordnung der Resonatoren in Gruppen können diese fliesenartig am Fahrzeug befestigt und derart ausgerichtet werden, dass sich allfällige Verunreinigungen durch Wasser oder Öl nicht verfangen können, d.h. direkt wieder ausfliessen können. Die Montage dieser erfindungsgemässen Schallabsorber kann mit bekannten Mitteln erfolgen. Durch das Aufbringen der schallharten Absorber werden zu Schwingungen und Vibrationen neigende Fahrzeugteile zusätzlich versteift und gedämpft.
In einer anderen Ausführungsform sind die Hohlräume direkt in eine schallharte Matrix, vorzugsweise in eine leichtgewichtige Matrix aus Kunststoff, Metall oder Keramik eingeformt.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung sind dem Fachmann unmittelbar ersichtlich und liegen insbesondere in der Schaffung eines gezielt abstimmbaren und leichtgewichtigen Absorbers mit geringer Bauhöhe. Ausserdem lässt sich dieser Absorber in stark verschmutzenden Umgebungen einsetzen, ist nicht feuchtigkeitsempfindlich und lässt sich kostengünstig herstellen. Als besonderer Vorteil erweisen sich diese Eigenschaften bei der Fahrzeugmontage. Dabei können diese Schallabsorber zusammen mit dem Fahrzeugchassis in ein Farbbad getaucht werden ohne dieses zu verschmutzen und ohne selber Schaden zu nehmen.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1a-d
erfindungsgemässe Anordnungen zwischen einem röhrchenförmigen Absorber und einer schallreflektierenden Fläche;
Fig. 2
wabenförmige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 3a,b
flächige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 4a,b
ziegelartige Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 5
bevorzugte Verteilung unterschiedlich langer Resonatoren.
Die Figuren 1a bis 1d zeigen die grundsätzliche Anordnung der Resonatoren in Bezug auf die schallreflektierende Fläche A. In Figur la steht der λ/4-Resonator senkrecht zur schallreflektierenden Fläche A. Dabei liegt seine Mündungsöffnung Ao in dieser Fläche A. Es lässt sich experimentell nachweisen, dass die Schallabsorption in dem Masse nachlässt, in dem die Mündungsöffnung Ao die schallreflektierende Fläche A überragt. Erfindungsgemäss kann der Resonator 3 aber auch schräg oder dachziegelartig zur schallreflektierenden Fläche A stehen. Damit kann die Baudicke des gesamten Resonators reduziert werden. Diese Anordnung bietet sich insbesondere wegen deren einfachen Herstellungsweise an und eignet sich für die Verwendung als modulartiger Bausatz. Die Länge der einzelnen Resonatoren 3 und deren Durchmesser kann den gewünschten Absorptionseigenschaften in einfacher Weise angepasst werden. Eine bevorzugte Anordnung ist in Figur lc ersichtlich. Hier liegen die Resonatoren 3 parallel auf der schallreflektierenden Fläche A. Diese Anordnung funktioniert erfindungsgemäss, d.h. erzeugt im Bereich Aw lokal eine starke Luftströmung. Die in Figur ld dargestellte Anordnung entspricht derjenigen aus Figur lc, ist in der Praxis jedoch einfacher herzustellen. Dabei kann, wie in Figur lc dargestellt, die Schallöffnung Ao des Resonators 3 an dessen Stirnseite liegen oder kann, wie in Figur ld gezeigt, im Mantel des röhrchenförmigen Resonators 3 angebracht sein. Es versteht sich, dass die Querschnittfläche des Resonators 3 jede beliebige Form aufweisen kann und insbesondere die Resonatoren 3 selbst nicht notwendigerweise einen geradlinigen Verlauf haben müssen, sondern auch mit einem gekrümmten Verlauf ausgebildet sein können.
Figur 2 zeigt eine einfache Ausführungsform des erfindungsgemässen Schallabsorbers in Aufsicht. Eine Gruppe von Resonatoren 10 sind als gerade Hohlkörper ausgebildet, die entweder stirnseitig 13 oder bodenseitig 15 eine Schallöffnung aufweisen. Die wabenförmige Grundfläche 12 erlaubt eine flächendeckende Beschichtung. Bei dieser ca. 100 mm breiten Ausführungsform weisen die einzelnen Resonatoren 10 eine Länge von 43 mm bis 84 mm auf, d.h. sind auf Frequenzen zwischen 1 und 2 kHz abgestimmt. Diese λ/4-Absorber lassen sich beispielsweise aus hartem und glattem Kunststoff herstellen oder aus Blechfolien formen.
Figur 3a zeigt eine schachtelförmige Ausführungsform aus einem extrudierten Kunststoff-Formteil 16. Der Querschnitt der einzelnen Resonatoren 10 ist hier annähernd rechteckig. Die schallwirksamen Mündungsöffnungen 17 sind mantelseitig angebracht. In dieser Ausführungsform können die Stirnwände 18 der Resonatoren 10 in gewünschter Weise verschoben werden. Dies erlaubt eine gezielte Optimierung der akustischen Absorptionswirksamkeit. Es versteht sich, dass auch diese λ/4-Absorber in mehreren Schichten angeordnet sein können.
In Figur 3b ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Resonatoren 16 im wesentlichen aus zwei Formteilen 7, 9 aufgebaut sind. Ein erstes Formteil 7 ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt und weist parallel zu einander verlaufende Rippen 8 auf. Dieses Formteil 7 kann direkt aus Aluminiumschaum oder aus einem Aluminiumblech geformt sein. Die Rippen 8 dieses Formteils 7 sind mit einem zweiten Formteil 9, insbesondere einer Folie oder einem Blech, vorzugsweise aus Aluminium, abgedeckt und bilden gemeinsam die erfindungsgemässen Hohlkörper 6. Die Öffnungen 5 können aus dem zweiten Formteil 9 ausgestanzt sein. Einfacherweise werden nach dem Zusammenfügen der beiden Formteile 7, 9 Teilbereiche des zweiten Formteils 9 so in die Hohlkörper 6 eingedrückt, dass Resonatoröffnungen 5 entstehen und gleichzeitig, zwischen den einzelnen Resonatoren 6 Stirnwände 4 gebildet werden. Die Stirnwände 4 können aber auch direkt in das erste Formteil 7 eingeformt sein. Eine derartige Ausführungsform lässt sich problemlos an die jeweils gewünschten Konturen anpassen und ist deshalb kostengünstig. Es versteht sich, dass durch das Einformen von Rippen und Stirnwänden im ersten Formteil 7, dieses eine hohe mechanische Eigensteifigkeit erhält und damit auch mit relativ dünnem Material die gewünschte akustische Schallhärte erzielt werden kann.
Figur 4a zeigt eine weitere modulare Ausführungsform des erfindungsgemässen λ/4-Absorbers. Dieser besteht aus blockartigen Bauteilen 25, in welchen die röhrchenförmigen Resonatoren 27 liegen. Diese können nachträglich ausgebohrt oder mit einem entsprechenden Spritzgussverfahren direkt ausgeformt werden. In einer bevorzugten Form verlaufen die Hohlräume der Resonatoren 27 parallel zur Blockgeometrie und werden diese Blöcke 25 bei der Montage dachziegelartig aufeinander gelegt und fixiert. Es versteht sich, dass die optimale Dimensionierung der röhrchenförmigen Resonatoren 23 im Bereich des fachmännischen Könnens liegt. Ebenso können für die Herstellung dieser λ/4-Absorberblöcke verschiedene schallharte Materialien verwendet werden. So kommen für den Fahrzeugbau vorerst nur leichtgewichtige Materialien, wie harte Kunststoffe, offen- oder geschlossenporige Schäume, insbesondere Aluminiumschaum, beschichtete Papiere oder Folien, insbesondere Aluminiumfolien in Betracht. Für andere Anwendungen, z.B. im Gebäude- oder Strassenbau, können selbstverständlich die dort üblichen Materialien eingesetzt werden, so lange auf eine glatte und schallharte Oberfläche innerhalb der Resonatoren geachtet wird.
In einer Variante dieser Ausführungsform gemäss Figur 4b verlaufen die Resonatoren 27 schräg zur Blockgeometrie. Dabei kann selbstverständlich die Winkelstellung der einzelnen Resonatoren zueinander verschieden sein.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung zur Verteilung der verschieden langen Resonatoren. Dabei liegen die Schallöffnungen 21, 22, 23, 24 der einzelnen Resonatoren jeweils auf dem Knotenpunkt eines Netzes, welches im wesentlichen auf gleichschenkligen Dreiecken aufgespannt ist. Aus der Figur 5 wird deutlich, dass bei dieser Konfiguration die Wechselwirkungszone Aw der für eine bestimmte Wellenlänge angelegten λ/4-Absorber nicht wesentlich überlappen und eine flächendeckende Anordnung der wellenlängenabhängigen Wechselwirkungszonen Aw erreicht wird.
Es versteht sich, dass aus der Beschreibung der Wirkungsweise vom Fachmann viele verschiedene Ausführungsformen und Anwendungsgebiete in Betracht gezogen werden. So stellt die Minderung von Fahrzeuglärm nach Aussen eine wichtige Aufgabe dar, für welche der Fachmann Schallabsorber in die unmittelbare Nähe der schallerzeugenden Aggregate, insbesondere um den Motor und das Getriebe anordnet. Die höchsten und damit störendsten Schalldrücke werden von diesen Aggregaten im Frequenzbereich von 1-2 kHz erzeugt. Wenn man für die Schallfortpflanzungsgeschwindigkeit einen Wert von 340 m/s einsetzt, ergibt dies λ/4-Resonatoren mit einer Länge von 85-42,5 mm. Resonatorengruppen in diesem Längenbereich und mit einer Querschnittsfläche von 0,25 bis 2 cm2 können kostengünstig hergestellt werden, indem eine Kunststoff- oder Metallfolie derart verformt wird, dass sich halbröhrchenförmige Senken bilden und diese geformte Folie gegen eine Trägerschicht- oder Trägerplatte montiert resp. aufgeklebt wird. Derartig geformte Resonatoren sind auch noch bei Verwendung dünner Folien wegen der inhärenten Steifigkeit gekrümmter Flächen schallhart und weisen als Resonatoren einen hohen Qualitätsfaktor auf.
Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet im Bereich der Fahrzeugakustik besteht in der Minderung des in der Fahrzeugzelle erzeugten Innenlärms. Dazu können die erfindungsgemässen Resonatoren resp. die oben genannten mit röhrchenförmigen Senken versehenen Folien auf die Innenfläche der Wände oder des Daches von bspw. Kastenwagen geklebt werden. Dabei wirken die λ/4-Resonatorfolien zusätzlich versteifend und erzeugen bei geeigneter Wahl des Klebers auch eine schwingungsdämpfende Wirkung.
Ein besonderes technisches Problem im Fahrzeugbau bilden Hohlräume, die durch den besonderen Aufbau des Chassis entstehen. Dabei muss insbesondere den Hohlräumen in Türen zwischen Blech und Verkleidung besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Auch in diesem Bereich kann die erfindungsgemässe λ/4-Absorberfolie sowohl auf das Türblech als auch auf die Türverkleidung aufgebracht werden. Beim Verkleben mit dem Türblech kann wiederum von der versteifenden und schwingungsdämpfenden Wirkung profitiert werden.
Die erfindungsgemässen Absorber sind, ihrer Konzeption entsprechend, in erster Linie für Anwendungen geeignet, in welchen der störende und zu absorbierende Lärm in einem beschränkten Frequenzbereich auftritt. Insbesondere erzeugen Getriebe oder Zahnriemen, welche bei konstanter Geschwindigkeit laufen, Gebläse von Ventilatoren, elektrische Motoren oder Propellermotoren bei Flugzeugen, Lärmquellen mit einem genau definierten schmalen Frequenzbereich.
Die Verwendung der erfindungsgemässen Absorber an schallisolierenden Wänden, wie sie manchmal seitlich von Autobahnen aufgestellt werden, soll hier nur am Rand erwähnt werden. Dazu würden sich die Ausführungsformen mit der extrudierten Platte oder den modularen Ziegeln besonders eignen. Ein analoger Einsatz der erfindungsgemässen Absorber ist auch für schallabsorbierende Auskleidungen von Verkehrstunnels denkbar. Es versteht sich, dass die Verwendung der erfindungsgemässen Absorber nicht auf den Fahrzeugbereich eingeschränkt werden soll. So ist deren Einsatz auch in Schwimm- oder Sporthallen oder in Fabriken als Wand- oder Deckenverkleidung denkbar.

Claims (10)

  1. Schallabsorber bestehend aus mehreren röhrchenförmigen, mindestens eine Schallöffnung (13) aufweisende Resonatoren (10), und mit einer schallreflektierenden Fläche (A), wobei die Schallöffnungen (13) an die schallreflektierende Fläche (A) angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von Bereichen, in denen eine destruktive Interferenz zwischen einer an der schallreflektierenden Fläche (A) reflektierten Welle und einer im röhrchenförmigen Resonator (10) phasenverschobenen Welle stattfinden kann, die jeweiligen Schallöffnungen (13) um mindestens den Radius der dazugehörigen Wechselwirkungszone (Aw) voneinander beabstandet sind, also die Wechselwirkungszonen (Aw) nicht wesentlich überlappen, und dass diese Wechselwirkungszonen (Aw) möglichst flächendeckend über die schallreflektierende Fläche (A) verteilt sind.
  2. Schallabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die röhrchenförmigen Resonatoren (10) unterschiedliche Länge aufweisen.
  3. Schallabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallöffnungen stirnseitig der röhrchenförmigen Resonatoren angebracht sind.
  4. Schallabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallöffnungen mantelseitig der röhrchenförmigen Resonatoren angebracht sind.
  5. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallöffnungen verschieden gross sind.
  6. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren (10) im montierten Zustand nach unten offen sind.
  7. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren zur Fläche (A) parallel angeordnet sind.
  8. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren in eine schallharte Matrix (16,25) oder in schallharte Formteile (7,9) eingeformt sind.
  9. Schallabsorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schallharte Matrix oder jedes der Formteile aus Kunststoff oder einem Leichtmetall besteht.
  10. Schallabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Innenseite der röhrchenförmigen Resonatoren (10) eine glatte Oberfläche aufweist.
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