EP0916817A2

EP0916817A2 - Aktiver Schalldämpfer

Info

Publication number: EP0916817A2
Application number: EP98121799A
Authority: EP
Inventors: Frank Jürgen Dr. Lehringer
Original assignee: Leistritz AG and Co Abgastechnik; Faurecia Abgastechnik GmbH
Current assignee: Faurecia Automobiltechnik GmbH
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 1999-05-19
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: EP0916817B1; EP0916817A3

Abstract

Bei einem aktiven Schalldämpfer mit mindestens einem Hohlkörper (1), der mindestens einen Lautsprecher (6) aufweist und über eine Hohlkörperöffnung mit einem zur Führung von Störschall geeigneten Störschallkanal (3) akustisch gekoppelt ist, ist eine Regeleinheit (10) vorgesehen ist, welche einen einstellbaren Sollwert mit einem im Bereich der akustischen Kopplungsstelle (2) anstehenden Istwert einer Schallfeldimpedanz vergleicht und zur Regelung des Istwertes auf den Sollwert die Bewegung der Lautsprechermembran (7) bestimmt, wobei sich der einstellbare Sollwert von eine maximale Dämpfung des Störschalls bewirkenden Werten bis zu eine minimale Dämpfung des Störschalls bewirkenden Werten erstreckt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer, insbesondere für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen.

Zur Schalldämpfung beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich werden aktiv und passiv arbeitende Systeme eingesetzt. Bei letzteren werden häufig Anordnungen verwendet, bei denen es genau dann zu guter Schalldämpfung kommt, wenn an einer Stelle eines Störschallkanales eine vom Wellenwiderstand dieses Kanals stark abweichende Schallfeldimpedanz erzeugt wird. Durch diese Fehlanpassung entsteht an dieser Stelle eine Reflexion des Störschalles. Deshalb werden derartige Anordnungen als Reflexionsschalldämpfer bezeichnet. Eine vom Wellenwiderstand des Störschallkanales stark abweichende Schallfeldimpedanz ergibt sich z.B. an einem offenen Ausgang eines Hohlkörpers, wenn dieser mit seiner Resonanzfrequenz erregt wird. In diesem Fall geht die Schallfeldimpedanz am Ausgang des Hohlkörpers gegen Null. Eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung dieses Hohlkörpers ist ein sogenannter λ/4-Resonator. Derartige Resonatoren sind z.B. aus

Abgasschalldämpfer für Kraftfahrzeuge", Die Bibliothek der Technik Bd. 83, S. 21, Abb. 13, verlag moderne industrie AG, 1993, ISBN 3-478-93076-6 bekannt. Hierbei ist es bekannt, daß von einem den Störschall führenden Kanal oder einer Rohrleitung ein abgeschlossenes Rohrstück nach Art eines Resonators abgezweigt wird. Die Abzweigungsstelle bildet eine akustische Kopplungsstelle des Resonators. In diesem Resonator ist ein Schallfeld dann in Resonanz, wenn ¼ der Wellenlänge oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon in den Hohlraum des Resonators paßt. Nachteilig an diesem Resonator ist es, daß eine gute Schalldämpfung immer nur dann erreicht wird, wenn exakt ¼ der Wellenlänge oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon gleich der akustisch wirksamen Länge des Resonators ist. Die Ursache hierfür liegt in den entsprechend der konstruktiven Ausgestaltung des Resonators fest vorgegebenen physikalischen Bedingungen an der ein offenes Resonatorende bildenden akustischen Kopplungsstelle und an einem dem offenen Resonatorende gegenüberliegenden geschlossenen Resonatorende: Am geschlossenen Resonatorende werden Schallwellen ohne Phasensprung, am offenen Resonatorenende hingegen mit 180° Phasensprung reflektiert. Daher sind nur bei bestimmten Wellenlängen Resonanzen und damit gute Schalldämpfung möglich. Ein weiterer Nachteil bei diesem Resonator besteht darin, daß zur Dämpfung tiefer Frequenzen besonders große und somit raumaufwendige Resonatorlängen erforderlich sind.

Nicht zuletzt die genannten Nachteile der passiven Systeme führten zur Entwicklung der aktiven Systeme, bei denen Lautsprecher zur Beeinflussung des Störschalls eingesetzt werden. Aus DE-A-4 226 885 ist eine Anordnung zur aktiven Schallabsorption bei Kraftfahrzeugen bekannt. Diese Anordnung enthält einen Helmholtz-Resonator, in dem ein Lautsprecher integriert ist, um unterschiedliche Hohlraumvolumina des Helmholtz-Resonators zu simulieren. Dieser aktive Helmholtz-Resonator absorbiert den in seiner Umgebung, z.B. im Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges vorhandenen Störschall. Hierzu wird dem Schallfeld in der Umgebung des Helmholtz-Resonators Energie entzogen, indem Schallenergie durch den flaschenhalsartigen Eingang des Helmholtz-Resonators in Wärmeenergie umgewandelt wird.

Aus DE-A-4 317 403 und aus WO-A-93 05282 sind Anordnungen zur aktiven Schalldämpfung bekannt, bei denen eine einen Lautsprecher enthaltende Kammer von einem Störschallkanal abgezweigt ist. Der Lautsprecher soll derart Kompensationsschall abstrahlen, daß sich die beiden Schallfelder von Störschall und Kompensationsschall durch Überlagerung gegenseitig möglichst auslöschen bzw. abschwächen. In WO-A-93 05282 wird ein Kontrollmikrofon an einem nicht näher festgelegten Ort positioniert. Dieses Kontrollmikrofon soll in Verbindung mit einer Kontrolleinheit den Kompensationsschall des Lautsprechers so regeln, daß sich am Ort des Kontrollmikrofons die Abschwächung bzw. Auslöschung einstellt.

Den bekannten aktiven Systemen ist gemeinsam, daß sie auf eine möglichst weitgehende Abschwächung eines Störschalls ausgelegt sind. Eine solch weitgehende Schalldämpfung ist jedoch nicht in jedem Fall erwünscht. Ein Kraftfahrzeug beispielsweise muß aus Sicherheitsgründen von anderen Verkehrsteilnehmern hörbare Geräusche entwickeln. Außerdem kann es erforderlich sein, bestimmte störende Frequenzen möglichst gut zu dämpfen, andere aber in einem einstellbaren Maße passieren zu lassen, um z.B. ein bestimmtes Klangbild zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalldämpfer zu schaffen, der mit einfachen Mitteln sowohl eine Dämpfung als auch eine gezielte Veränderung des Klangbildes eines Störschalles erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße aktive Schalldämpfer enthält mindestens einen einen Lautsprecher bzw. eine Lautsprechermembran aufweisenden Hohlkörper, der über eine Hohlkörperöffnung mit einem einen Störschall führenden Kanal akustisch gekoppelt ist. Wenn hier von Lautsprechermembran gesprochen wird, so sind darunter auch andere zu Schwingungen anregbare Körper oder Flächengebilde, beispielsweise Piezo-Elemente zu verstehen. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, welche einen einstellbaren Sollwert mit einem im Bereich der akustischen Kopplungsstelle anstehenden Istwert einer Schallfeldimpedanz vergleicht und zur Regelung des Istwertes auf den Sollwert die Bewegung der Lautsprechermembran bestimmt. Der Sollwert ist dabei innerhalb eines Wertebereiches beliebig einstellbar, der sich von eine maximale Dämpfung des Störschalls bewirkenden Werten bis zu eine minimale Dämpfung bewirkenden Werten erstreckt. Die Möglichkeiten der Störschallbeeinflussung sind dadurch wesentlich größer als bei bekannten Schalldämpfern. Insbesondere läßt sich der Störschall nicht nur hinsichtlich seiner Schallamplitude sondern auch im Sinne eines Sound-Designs qualitativ verändern. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird im Gegensatz zu den bekannten aktiven Systemen nicht nur der Schalldruck, sondern auch die Schallschnelle gemessen, wodurch die Schallfeldimpedanz zwischen sehr kleinen und sehr großen, im Extremfall zwischen Null und Unendlich liegenden Worten einregelbar ist. Der vorgeschlagene Schalldämpfer arbeitet allgemein nach dem Anpassungsprinzip, d.h. im Bereich der akustischen Kopplungsstelle wird künstlich eine im Betrieb veränderbare Schallfeldimpedanz erzeugt, die der jeweiligen Aufgabenstellung, Schalldämpfung und/oder Klanggestaltung, angepaßt ist. Bei der damit erzielten Beeinflussung handelt es sich z.B. um eine Totalreflexion des Störschalls an einer sogenannten Anpassungsstelle im Störschallkanal, so daß sich - in Strömungsrichtung gesehen - hinter der Anpassungsstelle bzw. der Kopplungsstelle kein Störschall mehr ausbreitet. In einem anderen Fall wird ein Sollwert der Schallfeldimpedanz derart eingestellt, daß der Störschall die Anpassungsstelle vollkommen ungedämpft passiert. Falls erforderlich, wird der Sollwert der Schallfeldimpedanz derart eingestellt, daß der Störschall an der Anpassungsstelle teilweise reflektiert und teilweise durchgelassen wird, so daß sich der Störschall hinter der Anpassungsstelle mit einer kleineren Schallamplitude ausbreitet. Die Einstellung des Sollwertes kann abhängig von bestimmten Frequenzen des Störschalles sein. Mit Hilfe der variablen Einstellung der Schallfeldimpedanz entsteht also eine künstliche Geräuschgestaltung (Sound-Design), indem die Schalldämpfung durch Auswahl einer gewünschten Schallfeldimpedanz bewußt beeinflußt werden kann. Somit können mit Hilfe des aktiven Schalldämpfers von einund derselben Störschallquelle wunschgemäß unterschiedliche Klangbilder erzeugt werden. Durch die geschilderte Anpassung der Schallfeldimpedanz - z.B. auch extreme Fehlanpassung - kann also für unterschiedliche Frequenzen des Störschalls eine verschieden große oder bewußt keine Schalldämpfung erzielt werden, wenn dies erwünscht oder erforderlich ist. Hierdurch ist der erfindungsgemäße Schalldämpfer gegenüber vorbekannten Schalldämpfern vielseitiger einsetzbar bei gleichzeitig konstruktiv einfacher und kostengünstiger Ausgestaltung. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Störschall in einem Rohr geführt wird, wie dies z.B. bei Abgasanlagen oder Lüftungskanälen der Fall ist.

Der Schalldämpfer ermöglicht also mit Hilfe der Lautsprechermembran bei einer Vielzahl von Frequenzen einen einstellbaren Reflexionsgrad der Störschallwellen im Bereich der akustischen Kopplungsstelle. Die zeitliche Bewegungsfunktion der Lautsprechermembran wird dabei nach Betrag und Phase derart bestimmt oder geregelt, daß für eine Frequenz oder eine Vielzahl von Frequenzen des Störschalls die Schallfeldimpedanz im Bereich der akustischen Kopplungsstelle je nach Bedarf mehr oder weniger stark an den Wellenwiderstand des Störschallkanales angepaßt ist.

Die Bestimmung des Istwertes der Schallfeldimpedanz erfolgt vorzugsweise durch Messung beider die Schallfeldimpedanz bestimmenden Kenngrößen, nämlich Schalldruck und Schallschnelle. Dies kann mit Hilfe eines Schalldruckwandlers und eines Schallschnellewandlers erfolgen. Die genannten Kenngrößen können aber auch jeweils alleine mit einem Schalldruckwandler oder einem Schallschnellewandler gemessen werden. Die Schallschnelle ist beispielsweise mit einem Druckgradienten-Mikrofon bestimmbar. Vorteilhaft ist der Schalldruckwandler durch ein handelsübliches Bauteil, z.B. durch einen elektromechanischen Wandler, insbesondere durch ein Mikrofon, kostengünstig realisiert. Der Schallschnellewandler kann auch durch zwei voneinander beabstandete Schalldruckwandler realisiert werden. Die Meßvorrichtung bzw. die verwendeten Wandler müssen nicht notwendigerweise im Meßpunkt selbst positioniert sein. Vielmehr ist es auch denkbar, die Wandler vom Meßpunkt entfernt zu positionieren und durch eine Sonde, z.B. eine Rohrsonde, mit dem jeweiligen Meßpunkt zu verbinden. Durch die vom Meßpunkt entfernte Positionierung ist die Meßvorrichtung vor heißen Abgasen oder anderen schädlichen Einflüssen geschützt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält der Schalldämpfer zwei Hohlkörper mit einem gemeinsamen Bereich einer akustischen Kopplungsstelle, wobei die Lautsprechermembranen der beiden Hohlkörper einander gegenüberliegend angeordnet sind. Hierdurch läßt sich der erforderliche Verschiebeweg einer einzigen Membran auf zwei Membrane aufteilen und eine Reduzierung der mechanischen und/oder elektrischen Leistung zur Ansteuerung der einzelnen Lautsprechermembranen erreichen. Vorzugsweise schwingen die beiden Lautsprechermembranen der Hohlkörper gegenphasig zueinander.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1: die Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers,
Fig.2: eine erste Ausführungsform mit einem einzigen Hohlkörper,
Fig.3: eine zweite Ausführungsform mit zwei Hohlkörpern,
Fig.4: einen Querschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV in Fig.2 mit einer Darstellung von höheren Moden des Hohlkörper-Schallfeldes.

Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers sei zunächst anhand Fig. 1 erläutert: Er umfaßt zumindest einen Hohlkörper 1, der über eine akustische Kopplungsstelle 2 nach Art einer Stichleitung mit einem Störschallkanal 3 verbunden ist, der etwa von dem Abgasrohr 4 eines Kraftfahrzeuges gebildet ist. Der Hohlkörper 1 ist beispielsweise im Querschnitt zylindrisch und erstreckt sich mit seiner Mittellängsachse 5 im wesentlichen quer zum Störschallkanal 3. Die Kopplungsstelle 2 wird im einfachsten Fall durch eine Öffnung im Abgasrohr gebildet. Um ein Eindringen von Abgas in den Hohlkörper zu verhindern oder zumindest zu verringern, kann anstelle einer Öffnung ein perforierter oder aus einem schalldurchlässigen Material bestehender Rohrabschnitt vorhanden sein. In die der Kopplungsstelle 2 abgewandte Stirnseite des Hohlkörpers 1 ist ein Lautsprecher 6 mit einer Lautsprechermembran 7 eingesetzt. Im Bereich der Kopplungsstelle 2 ist innerhalb des Hohlkörpers eine Meßvorrichtung 8 zur Bestimmung des Istwertes der in diesem Bereich vorliegenden Schallfeldimpedanz angeordnet. Die Meßvorrichtung ist so ausgelegt, daß mit ihr sowohl der Schalldruck als auch die Schallschnelle bestimmbar ist. Sie enthält beispielsweise einen Schalldruckwandler und einen Schallschnellewandler und ist über eine Signalleitung 9 eingangsseitig an eine Regeleinheit 10 angeschlossen. Falls erforderlich, können auch mehrere Meßvorrichtungen vorhanden sein bzw. die Meßvorrichtung kann mehrere gegebenenfalls an räumlich getrennten Positionen angeordnete Schalldruck- und Schallschnellewandler umfassen. Die Regeleinheit 10 wiederum ist über eine Signalleitung 11 ausgangsseitig mit dem Lautsprecher 6 verbunden. Über eine Wähleinheit 12 ist der an der Kopplungsstelle 2 gewünschte Sollwert der Schallfeldimpedanz einstellbar.

Das Ziel herkömmlicher aktiver Schalldämpfer ist eine möglichst hohe Schalldämpfung im Störschallkanal und dementsprechend eine Einstellung des Schalldrucks und damit der Schallfeldimpedanz auf ein Minimum. Mit einem erfindungsgemäßen Schalldämpfer ist es dagegen möglich, praktisch beliebige Impedanzwerte an der akustischen Kopplungsstelle 2 einzustellen und dadurch im Störschallkanal 3 an einer der Kopplungsstelle benachbarten Anpassungsstelle 3a gezielt das Ausmaß der Schalldämpfung (Totalreflexion, teilweise oder maximale Bedämpfung der Störschallamplitude) zu bestimmen. Wird an der akustischen Kopplungsstelle auf ein Schalldruckminimum geregelt, wird die Schallfeldimpedanz entsprechend der Gleichung Z = p/v ebenfalls minimal. Andererseits kann aber auch eine sehr große Schallfeldimpedanz an der Kopplungsstelle erzielt werden, wenn die Schallschnelle (v) in diesem Bereich auf ein Minimum geregelt wird. In Verbindung mit der Positionierung der Meßvorrichtung läßt somit ganz allgemein eine räumliche Ausrichtung der Schallfeldimpedanz vornehmen. Während eine große Schallfeldimpedanz im Störkanal selbst praktisch eine große Schalldämpfung bewirkt, bedeutet eine solche Impedanz an der akustischen Kopplungsstelle 2, daß der Störschall die Anpassungsstelle 3a unverändert passiert. Aufgrund der zwischen den Extremwerten Null und Unendlich beliebig einstellbaren Schallfeldimpedanz ist somit eine sehr variable Beeinflussung des Störschalles möglich. So kann dieser nicht nur gedämpft, sondern es kann auch dessen Klang verändert werden, indem an der Kopplungsstelle 2 für bestimmte Frequenzbereiche eine diese unverändert lassende hohe Schallfeldimpedanz und für andere Frequenzbereiche ein diese quasi herausfilternde minimale Schallfeldimpedanz eingestellt wird. Die Erzeugung der gewünschten Schallfeldimpedanz erfolgt dadurch, daß die über die Signalleitung 9 an die Regeleinheit 10 weitergeleiteten Signale der Meßvorrichtung 8 mittels eines Algorithmus, z.B. eines LMS-Algorithmus verarbeitet und über die Signalleitung 11 dem Lautsprecher Signale zugeführt werden, die das Schallfeld des Hohlkörpers 1 in Richtung auf den gewünschten Sollwert verändern.

Bei dem Schalldämpfer nach Fig. 1 erstreckt sich die Mittellängsachse 5 des Hohlkörpers 1 quer zur Längserstreckung des Störschallkanals 3. Gleiches gilt im Wesentlichen für die Bewegungsrichtung der Lautsprechermembran 7. Bei den in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnungen erstrecken sich die Hohlkörper 1a,1b in raumsparender Weise in Richtung des Störschallkanals 3. Die etwa tonnenförmige Hohlkörper 1a,1b sind von dem Abgasrohr 4 exzentisch durchsetzt, wobei dieses an der einen Hohlkörper-Stirnseite 13,13a ein- und an der anderen Stirnseite 14,14a wieder austritt und seine Mittellängsachse 16 parallel zur Längserstreckung des Hohlkörpers 1a,1b bzw. zu deren Mittellängsachse 17 verläuft. Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und 3 unterscheiden sich hinsichtlich der Anzahl der Lautsprecher und hinsichtlich der Anordnung der akustischen Kopplungsstelle. Der Hohlkörper der Anordnung nach Fig. 2 weist nur einen Lautsprecher 6a auf, der an der - in Strömungsrichtung 15 gesehen - vorderen Stirnseite 13 angeordnet ist, wobei sich seine Lautsprechermembran 7 im Wesentlichen stromaufwärts der von der Stirnseite 13 aufgespannten Planebene befindet. Der an einen Motor (nicht dargestellt) angeschlossene Abschnitt 4a des Abgasrohres 4 erstreckt sich in Strömungsrichtung 15 in den Hohlkörper hinein und endet mit Axialabstand vor der Stirnseite 14 des Hohlkörpers 1a. Der Bereich zwischen dem stromabwärts gelegenen Ende des Abschnittes 4a und der Stirnseite 14 bildet die akustische Kopplungsstelle 2a. Von der Stirnseite 14 erstreckt sich ein das Abgas in die Atmosphäre leitender Abschnitt 4b des Abgasrohres 4 weg. Die beiden Rohrabschnitte 4a,4b haben dieselbe Mittellängsachse 16. Die Meßvorrichtung 8 ist, wie bei dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch, nahe der akustischen Kopplungsstelle 2 angeordnet.

Solange die Querabmessung des Hohlkörpers 1,1a,1b klein zur Wellenlänge ist, breiten sich im Hohlkörper 1 im wesentlichen ebene Schallwellen aus, so daß für die Positionierung der Meßvorrichtung 8 aus akustischer Sicht jeder Ort in einer parallel zur Schnittebene IV - IV verlaufenden und im Bereich der Kopplungsstelle 2 liegenden Ebene geeignet ist. Im Falle des Hindurchleitens von heißen Abgasen durch den Störschallkanal 3, kann die Meßvorrichtung 8 deshalb quer zur Strömungsrichtung 7 vom heißen Abgas entfernt positioniert werden, ohne daß hierbei die Schallfeldimpedanzregelung an der Kopplungsstelle 2 bzw. die Störschallbeeinflussung an der Anpassungsstelle 3a beeinträchtigt wird. Führen die Rohrabschnitte 4a,4b heiße Abgase, so kann ein zusätzlicher Schutz des Hohlkörpers 1 und des in ihm angeordneten Lautsprechers 6 vor den heißen Abgasen dadurch erreicht werden, daß sich der Abschnitt 4a des Abgasrohres 4 bis zur Stirnseite 14 erstreckt und im Bereich der Kopplungsstelle 2 perforiert ist, insbesondere mit hoher Porosität zur Verbesserung der akustischen Durchlässigkeit.

In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform erfolgt die Schalldruck-und oder Schallschnellemessung an der Kopplungsstelle 2 derart, daß zwar der Meßpunkt weiterhin im Bereich der Kopplungsstelle 2 positioniert ist, die entsprechenden Wandler bzw. Sensoren selbst aber vom Meßpunkt beabstandet positioniert und über eine Sonde damit verbunden ist. Ein Schalldruckwandler ist dabei z.B. als ein Sondenmikrofon ausgebildet.

Der aktive Schalldämpfer gemäß Fig. 3 enthält einen ebenfalls im Wesentlichen tonnenförmigen Hohlkörper 1b, in dessen beiden Stirnseiten 13a,14a jeweils ein Lautsprecher 6a,6b angeordnet ist und der - wie oben beschrieben - von einem Störschallkanal 3 bzw. einem Abgasrohr 4 exzentrisch durchsetzt ist. Der Hohlkörper 1b kann auch als zwei mit ihren offenen Stirnseiten Stoß an Stoß gesetzte Hohlkörper 1c,1d betrachtet werden. Die akustische Kopplungsstelle 2 wird dadurch gebildet, daß zwei beiderseits etwa gleich weit in den Hohlkörper 1b hineinragende Rohrabschnitte 4c,4d mit gleicher Mittellängsachse 16 unter Bildung der akustischen Kopplungsstelle 2a mit Axialabstand voreinander enden. Die Kopplungsstelle kann aber auch durch eine Perforierung o.dgl. gebildet sein. Die beiden Lautsprecher 6a,6b sind ausgangsseitig mit zwei Signalleitungen 11a,11b an die mit einer Wähleinheit 12 verbundene Regeleinheit 10 angeschlossen. Durch die genannte Ausgestaltung läßt sich der erforderliche Hub der Lautsprechermembran eines einzelnen Lautsprechers gemäß Fig. 1 auf die beiden Membranen 7b,7c der Lautsprecher 6b,6c gemäß Fig. 3 aufteilen. Dadurch entsteht vorteilhaft eine Leistungsreduzierung des einzelnen Lautsprechers. Regeleinheit 10 ist ausgangsseitig an beide Lautsprecher 6b,6c angeschlossen, wobei die in der Regeleinheit 10 enthaltenen Übertragungsfunktionen bzw. Algorithmen an den erforderlichen Betrieb der Lautsprecher 6b,6c angepaßt sind.

Treten im Hohlkörper 1,1a,1b Frequenzen oberhalb des Bereichs ebener Schallwellen auf, so entstehen im Schallfeld des Hohlkörpers - abhängig von dessen Querschnittsform - Druckknotenlinien höherer Moden als der Grundmode. Auf diesen Druckknotenlinien ist der Schalldruck der höheren Moden immer Null. In einer bevorzugten Ausführungsform des aktiven Schalldämpfers liegt deshalb zumindest der der Position der Meßvorrichtung 8 entsprechende Meßpunkt auf einer Druckknotenlinie einer höheren Mode. Auch das Querschnittszentrum des Störschallkanales 3 bzw. dessen Mittellängsachse 16 kann auf einer Druckknotenlinie einer höheren Mode liegen. Die vorgenannte Positionierung des Meßpunktes und gegebenenfalls des Störschallkanales ermöglicht es, daß bei der Schalldruckmessung an der akustischen Kopplungsstelle 2,2a,2b ohne aufwendige Kompensationsmaßnahmen (z.B. zusätzliche Algorithmen in der Regeleinheit 10) eine unerwünschte Messung des Schalldruckes der höheren Mode vermieden wird.

So befindet sich z.B. in Fig. 4 der Meßpunkt bzw. die Position der Meßvorrichtung 8 auf der Druckknotenlinie 18 der ersten Radialmode und gleichzeitig auf einer ersten Druckknotenlinie 19 der zweiten Umfangsmode. Das radiale Zentrum bzw. die Mittellängsachse des Störschallkanales 3 liegt etwa im Schnittpunkt von Druckknotenlinie 18 und erster Druckknotenlinie 19 der zweiten Umfangsmode. Eine zweite Druckknotenlinie 20 der zweiten Umfangsmode ist in Fig. 3 ebenfalls dargestellt. Je nach Querschnittsform des Hohlkörpers 1,1a,1b - z.B. kreisrund wie in Fig. 4 oder rechteckig - können der Meßpunkt und die Mittellängsachse 16 des Störschallkanales auf unterschiedlichen Druckknotenlinien einer höheren Mode liegen.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 2 und Fig. 3 verläuft die Bewegungsrichtung der Lautsprechermembran 7a,7b,7c parallel zur Ausbreitungsrichtung 15 des Störschalls, wodurch die Lautsprechermembran innerhalb des Schalldämpfers raumsparend angeordnet werden kann und quer zur Ausbreitungsrichtung kein zusätzlicher Raum berücksichtigt werden muß. Außerdem läßt sich eine in Ausbreitungsrichtung 15 bewegliche Lautsprechermembran gut geschützt gegenüber der akustischen Kopplungsstelle 2,2a positionieren, wenn dies z.B. aufgrund heißer Abgase im Störschallkanal erforderlich ist. Auf diese Weise ist der gegebenenfalls empfindliche Werkstoff der Lautsprechermembran gegen einen vorzeitigen Verschleiß verbessert geschützt. Darüberhinaus besteht bei dieser Anordnung die Möglichkeit, einen Meßpunkt zur Messung eines im Bereich der akustischen Kopplungsstelle anstehenden Istwertes der Schallfeldimpedanz in der Ebene des Hohlkörper-Schallfeldes beliebig zu positionieren, ohne die Messung des Schalldrucks zu verfälschen. Dies ist zumindest bei tiefen Frequenzen, d.h. bei ebenen Schallwellen des Hohlkörper-Schallfeldes möglich. Hierdurch kann der Meßpunkt verhältnismäßig weit entfernt von der akustischen Kopplungsstelle 2,2a positioniert werden, wodurch z.B. eine im Meßpunkt angeordnete Meßvorrichtung 8 (z.B. Druckwandler; Mikrofon) zur Aufnahme des Schalldrucks vor heißen Abgasen im Störschallkanal verbessert geschützt ist.

Abschließend sei angemerkt, daß für die Hohlkörper 1 und für den Störschallkanal 3 sowie für das Abgasrohr 4 sämtliche Bauformen denkbar sind. Diese Bauteile müssen nicht notwendigerweise zylindrisch ausgebildet sein. Vielmehr sind beispielsweise auch rechteckige, elliptische oder halbkreisförmige Querschnitte dieser Bauteile denkbar. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn der in Strömungsrichtung 15 nach der akustischen Kopplungsstelle befindliche Abschnitt 4b,4d des Abgasrohres 4 zumindest im Bereich der Kopplungsstelle einen etwas größeren Innendurchmesser aufweist, als der sich vor der Kopplungsstelle befindliche Rohrabschnitt 4a,4c. Mit dieser Ausgestaltung läßt sich an der Übergangsstelle zwischen den genannten Rohrabschnitten der Eintritt von expandierendem Abgas in den Hohlkörper 1 zumindest verringern. Weiterhin kann es im Hinblick auf eine möglichst kompakte und raumsparende Bauweise zweckmäßig sein, wenn die Lautsprechermembran 7 konzentrisch zum Störschallkanal 3 angeordnet ist, d.h. wenn dieser bzw. das ihn bildende Abgasrohr 4 den oder die Lautsprecher konzentrisch durchsetzt.

Bezugszeichenliste

1: Hohlkörper
2: Akustische Kopplungsstelle
3: Störschallkanal
3a: Anpassungsstelle
4: Abgasrohr
4a,b,c,d: Abschnitt
5: Mittellängsachse
6: Lautsprecher
7: Lautsprechermembran
8: Meßvorrichtung
9: Signalleitung
10: Regeleinheit
11: Signalleitung
12: Wähleinheit
13: Stirnseite
14: Stirnseite
15: Strömungsrichtung
16: Mittellängsachse
17: Mittellängsachse
18: Druckknotenlinie der ersten Radialmode
19: erste Druckknotenlinie der zweiten Umfangsmode
20: zweite Druckknotenlinie der zweiten Umfangsmode

Claims

Aktiver Schalldämpfer mit mindestens einem Hohlkörper (1,1'), der mindestens einen Lautsprecher (6) aufweist und über eine Hohlkörperöffnung mit einem zur Führung von Störschall geeigneten Störschallkanal (3) akustisch gekoppelt ist, wobei eine Regeleinheit (10) vorgesehen ist, welche

einen einstellbaren Sollwert mit einem im Bereich der akustischen Kopplungsstelle (2) anstehenden Istwert einer Schallfeldimpedanz vergleicht und

zur Regelung des Istwertes auf den Sollwert die Bewegung der Lautsprechermembran (7) bestimmt, und

wobei sich der einstellbare Sollwertbereich von eine maximale Dämpfung des Störschalls bewirkenden Werten bis zu eine minimale Dämpfung des Störschalls bewirkenden Werten erstreckt.
Schalldämpfer nach Anspruch 1, wobei eine Meßvorrichtung (8) zur Messung des Istwertes der Schallfeldimpedanz vorgesehen ist, mit der sowohl der Schalldruck als auch die Schallschnelle bestimmbar ist.
Schalldämpfer nach Anspruch 2, wobei die Meßvorrichtung (8) mindestens einen Schalldruckwandler und/oder mindestens einen Schallschnellewandler aufweist.
Schalldämpfer nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Meßvorrichtung (8) im Bereich der akustischen Kopplungsstelle (2, 2a) angeordnet ist.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Hohlkörpern (1b, 1c) und einer gemeinsamen akustischen Kopplungsstelle (2a), wobei die Lautsprechermembranen (7b, 7c) der beiden Hohlkörper (1a, 1b) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Schalldämpfer nach Anspruch 5, wobei die Lautsprechermembranen (7b, 7c) der beiden Hohlkörper (1b, 1c) gegenphasig zueinander schwingen.
Schalldämpfer nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die gemeinsame akustische Kopplungsstelle (2a) etwa gleich weit von den einander gegenüberliegenden Lautsprechermembranen (7b, 7c) entfernt sind.
Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Hohlkörper (1a, 1b, 1c) von dem Störschallkanal (3) in Richtung seiner Mittellängsachse (17) durchsetzt ist.