CN1173937A - 入/4的声吸收器 - Google Patents

Abstract

由多个管形的共振器(10)构成的声吸收器,其中,共振器(10)的声孔(Ao)贴邻到一个共同的面(A)上,这些声孔(Ao)的分布准则在于,这些声孔(Ao)的相互作用区(Aω)尽可能全面覆盖地分布并且同时基本不重叠。优选的实施形式由挤压的塑料成型件(16)或相互刚性连接的金属成型件(7、9)构成,这些成型件具有相宜的机械刚性和隔声性能。

Description

λ/4的声吸收器

本发明涉及一种权利要求1的前叙部分所述的声吸收器，特别是一种用于汽车的声吸收器，该声吸收器由多个有利地具有不同长度的、管形的共振器构成。

减少或甚至完全消除汽车产生的噪声是现代汽车工业的努力目标。为了对声进行吸收，目前主要是采用用纤维隔音材料或开孔的泡沫材料制作的垫，把该垫围住噪声源或装在紧靠噪声源的周围。可是，譬如在DE-3428157中所描述的、这些开孔的声吸收器在机器空间的应用被证明是成问题的，因为这些开孔的声吸收器受油、水、灰尘和其它污染物的污染并据此其声吸收效果很快变差。

因此，譬如DE-4011705、DE-4241518或DE-4305281建议设置一种由为数很多的亥姆霍兹共振器构成的、耐油和水的装置。这些公开的装置由盒状的空心体构成，这些空心体具有一个孔或一个颈部。空心体的体积连同孔或颈的尺寸确定吸收器的谐振频率。这些公开的装置基本上是为1至2千赫的频率范围设定的并且可装在发动机罩上、车轮罩中或油底壳上。此外，这些装置不合乎人们愿望地需要很大的占地，就是说，在地方窄小的条件下不能得到采用。

在这种吸收器的实际应用中，制作的、盒状的空心体的壁必须轻，即很薄。但是，这些薄壁的空心体易于因声压波动而变形并据此限制共振器的品质因数。由于品质因数是吸收器的效率的主要确定因素之一，所以采用轻型结构总也须承受降低吸收器的声吸收效率的后果。

因为接收声的开口的数量受各个空心体的几何尺寸的限制，因此，这些吸收器的声吸收效力从根本上受到限制。在典型的情况下，这些空心体具有15×15mm²至60×60mm²的基面，其结构高度为5至25mm，开口的直径为4至11mm。据此，明显的是，这些亥姆霍兹共振器只能有限制地连接到造成干扰的声场上，因为在覆盖全面的应用中，与品质因数Q成正比的、孔的面积至多可占暴露于声波的总面积的2.5％至4％。

此外，在把所述的亥姆霍兹吸收器装到汽车的油底壳上时，孔是朝上的并且水和污物会因此易于充满空腔，这又有损于对声的吸收。

DE-3913347也公开了一种隔声件，该隔声件具有为数很多的、密排设置的、蜂房式的空腔，这些空腔在一侧开口。借助该隔声件，入射的声场的能量主要通过在材料中的不规则的反射、吸收和干涉效应受到散逸。

这种隔声件也只在一定程度上适于在汽车制造业中应用，特别是因为这种隔声件易于受污染并因缺乏固有稳定性很快磨损。

因此，本发明的任务在于提供一种克服公开的吸收器的缺点的声吸收器，特别是提供一种小型的声吸收器，该声吸收器具有更好的声吸收效力，声吸收效力在采用轻型结构时和在很脏的环境中也能得以保持。

按照发明，解决以上任务的技术方案在于一种具有权利要求1的特征的声吸收器，即一种由多个最好具有不同长度的、管形的共振器构成的声吸收器，共振器的至少一个声孔邻近于一个声反射面，共振器特别也可置于该反射声的面上。

如果声的波前接触到反射声的面上，则在紧靠该面前形成最大声压。该最大声压是通过在该处的射入波和反射波的叠加生成的。在发明的装置中，管的开口直接置于该声反射面上。据此，入射的声波进入管中，在管的端部被反射，并返回开口。其波长为小型管的长度的四倍的声波相移半个波长地显现在开口上。这导致与在开口范围内被反射的相同波长的波的相消性干涉，因为在管内产生的驻波在开口具有最低的声压，而在开口区域内被反射的波在开口具有最高声压。据此，在开口范围内产生了一个很大的声压降，该声压降在局部促成高的气流速度并从而促成所需要的声能散逸。

在理解此点的情况下，明显的是，λ/4的管是可沿任意方向设置的并且也不一定非要是线性的。这些管的横断面也可为任意形状。对专业人员而言，显而易见的是，可使管的长度与所选的形状和谐振频率相适配。但专业人员将选择具有基本上恒定的截面积的形状。

对本发明的有效的工作原理而言，主要是那些在其中发生相消性干涉的范围的构成。下面把这些范围称作相互作用区Aω，其尺寸可与具体的声孔的面积Ao及品质因数Q相关，因为实践证明，相互作用区Aω的面积和声孔面积Ao之间的比与品质因数Q成正比。

                     Q＝K·Aω/Ao

所以，本发明的实施形式的目标在于，要注意各个相互作用区是尽可能分布在整个面积上的并且同时基本不会重叠的，因为这样的重叠会减少提及的声压降并从而减少散逸用的、局部的气流。为了做到相互作用区Aω的尽可能覆盖整个表面的、对声吸收有效的设置，把管形的共振器的开口优选地分布到一个考虑好的、由等腰三角形构成的网的角点上。如果声吸收须在一个宽的频率范围内进行，则多组有差别地谐调的管形吸收器可被相互套合。本发明的λ/4的吸收器与传统的吸收器相结合用于某些场合也可能是绝对相宜的。

在优选的应用领域中，各个管形的共振器被调谐至1至2千赫范围内的声场，即具有约为80至40mm的、相当于四分之一波长的长度。在这些λ/4的共振器中可形成驻波，这些驻波相对于在开口范围内被反射了的、相同波长的波前相移λ/2并与该波前发生相消性干涉。为能有效地吸收汽车所特有的噪声频谱，发明的、其长度为λ/4的吸收器具有至少一组具有不同长度的小型管形共振器。其中，声孔开在端面或开在侧面并不重要。

在一个优选的实施形式中，各个共振器水平地分布在一个面上。所指出的声吸收装置的效力主要也与构成空腔的材料的声反射特性有关。软的和柔性的材料导致反射损失并对上述声吸收装置起负作用。因此，显而易见的是，制作本发明的共振器，只考虑采用气密的、光洁的和隔声的，即声反射性能好的材料。

在一个特殊的实施形式中，λ/4的共振器是由金属膜或塑料片形成的。通过共振器的成组设置，这些共振器可贴砖式地被固定在汽车上并相应定位，使污水或油不会聚积，即会直接地再流出。可用公开的手段实施对该发明的声吸收器的安装。通过置上隔声的吸收器，可提高有谐振和振动倾向的汽车部件的刚性和减振能力。

在另一实施形式中，空腔一体地成形在一个隔声的矩阵中，最好是一个由塑料、金属或陶瓷构成的、轻结构的矩阵中。

对专业人员而言，本发明的设备的优点是显而易见的，这些优点特别是在于提供了一种可精确地调谐的、轻结构的、结构高度低的声吸收器。此外，该声吸收器可用在很脏的环境中，对水不敏感并且其造价较低。在安装在汽车中的情况下，这些性能被证明是特别优越的。在装在汽车中的情况下，这些声吸收器可与汽车底盘一起浸入涂漆槽，届时，不污染涂漆槽并且不损及自身。

下面借助附图以实施例的形式详细说明本发明，附图所示为：

图1a至1d本发明的、管形的声吸收器相对于声反射面A的原则配置，

图2本发明的设备的蜂窝形的实施形式，

图3a、3b本发明的设备的扁平的实施形式，

图4a、4b本发明的设备的砖式的实施形式，

图5不同长度的共振器的优选的分布。

图1a至1d示出了共振器相对于声反射面A的原则配置。在图1a中，其长度为λ/4的共振器垂直于声反射面A。其中，共振器的开口Ao贴靠在声反射面A上。实验可证明，开口Ao越是突出于声反射面A，则声吸收效力变得越小。按照发明，共振器3也可倾斜地或房瓦式地与声反射面A相对。据此，可减少整个共振器的结构厚度。采用这种配置特别是因为可简单地建立这种配置，并且这种配置适于作为组合式结构组件的应用。各个共振器3的长度和直径可简单地与所希望的吸收性能相适配。在图1c中可看到一种优选的配置状况。在图1c中，各个共振器3平行地置在声反射面A上。这种配置具有本发明的功能，即在范围Aω内生成一个强气流。在图1d中所示的配置相当于图1c所示的配置，而在实践中可更便于建立。其中，如图1c所示，共振器3的声孔Ao可开在共振器3的端面上或者如图1d所示，可开在管形的共振器3的侧面上。可以理解的是，共振器的截面可为任意形状并且特别是共振器本身不一定是线性的，而且也可为弯曲结构。

图2示出了发明的声吸收器的一个简单的实施形式的俯视图。一组共振器10为直的空心体结构，这些共振器或是在端面13有一开口，或是在低侧15有一开口。蜂窝形的底面12可为全面覆盖提供可能。在该宽约100mm的实施形式中，各个共振器的长度为43mm至84mm，即与1至2千赫的频率范围相谐调。这些λ/4的吸收器可譬如由硬的、光滑的塑料制作或由金属膜成形制作。

图3a示出了一个由挤压的塑料成型件16构成的、匣形的实施形式。在该实施形式中，各个共振器的断面近似矩形。有声吸收效力的开口17开在侧面。在该实施形式中，共振器10的端壁18可按需要位移。这为有的放矢地获得最佳的声吸收效力提供了可能。可以理解的是，这些λ/4的吸收器也可是多层地设置的。

在图3b中示出了一个实施形式，在该实施形式中，共振器16基本上由两个成型件7、9构成。第一个成型件7是优选地由铝制作的并具有相互平行伸展的筋8。该成型件7可直接由泡沫铝或由铝板成型而成。该成型件7的筋8被第二个成型件9，特别是被一个薄膜或一块板，尤其是铝板覆盖并共同形成一个本发明的空心体6。可从第二个成型件9上冲出开口5，在两个成型件7、9合并后，可简单地把第二个成型件9的一部分压入空心体6，以便形成共振器开口5并同时在各个共振器6之间形成端壁4。端壁4也可直接地成形在第一个成型件7上。这种实施形式可没有问题地与具体要求的形状相适配并因此造价较低廉。可以理解的是，通过筋和端壁与第一个成型件7的一体成形，使第一个成型件7获得高的固有刚性并且据此也可用较薄的材料取得所需的隔声性能。

图4a示出了本发明的、λ/4的吸收器的另一组合式的实施形式。该吸收器由方块式的构件25构成，管形的共振器27处在这些构件25中。可事后镗出这些共振器27，或用适当的注塑方法直接注塑出这些共振器27。在一个优选的实施形式中，共振器27的空腔平行于方块的几何轮廓伸展，并且这些方块25在装配时房瓦式地被相互搭放和固定。显而易见，选择管形的共振器的最佳尺寸处在专业人员的力所能及的范围之内。也可用不同的隔声材料制作这些λ/4的吸收块。在汽车制造业中应用时，首先只考虑轻的材料，如硬的塑料、开孔的或闭孔的泡沫材料，特别是泡沫铝、有镀膜的纸或薄膜，特别是铝薄膜。对于其它应用场合，如建筑和筑路行业，在假定在共振器内具有平的、隔声的表面的条件下，当然可采用当地普通的材料。

在图4b中所示的这个实施形式的一个派生形式中，共振器27倾斜于方块的几何轮廓伸展。其中，各个共振器相互的角度位置当然可以不同。

图5示出了长度不同的共振器的分布示意图，其中，各个共振器的声孔21、22、23、24分别处于一个网的节点上，该网基本上是基于很多的等腰三角形的。从图5中可清晰看出，在这种配置时，与确定的波长相谐调的、其长度为λ/4的吸收器的相互作用区Aω不很重叠并可使与波长有关的相互作用区Aω实现全面覆盖的设置。

显而易见，专业人员可从对工作原理的说明中，考虑许多不同的实施形式和应用领域。减少汽车向外发射的噪声就是一项重要任务，为此，专业人员把声吸收器设置在紧靠生成声的单元附近，特别是发动机和变速箱的周围。这些单元在1至2千赫的频率范围内生成最高的和从而干扰最严重的声压。如果传生速度为340米/秒，则λ/4的共振器的长度为85至42.5mm。通过以下措施，即在使极薄的塑料板或金属板变形时形成半管形的沟并把该成型件贴装或粘贴到一个支持层或支持板上，就能以适宜的成本制作该长度范围的、其截面积为0.25至2cm²的共振器组。即使在应用极薄的板料的情况下，如此成型的共振器因其弯曲面的固有刚性仍是隔声的并具有高的品质因数。

在汽车声学范围内的另一重要应用领域在于减少在汽车车箱内生成的内部噪声。为此，可把本发明的共振器或上述具有管形槽的薄膜粘贴到譬如箱式汽车的壁或顶的内表面上。据此，长为λ/4的共振器薄膜起到加固作用并在相宜地选择粘贴剂的情况下也可产生减振作用。

通过底盘的特殊结构所形成的空腔在汽车构造方面构成一个特殊的技术问题。其中，特别须注意门的门板及衬里之间的空腔。在该范围内也可把发明的、λ/4的、构成吸收器的薄膜既粘贴到门板上又粘贴到门的衬里上。据此，也能获得加固和减振效果。

根据其结构设计，本发明的吸收器首先适用于那些在有限的频率范围内出现干扰和待吸收的噪声的应用领域。特别是变速箱或在恒定速度下运行的带齿皮带、风机的风扇、电动机或飞机上的螺旋桨发动机是具有精确确定的、窄的频率范围的噪声源。

最后须提及的是，本发明的吸收器也用在隔声壁(有时设在高速公路房)上，对此，具有挤压的板或组合式房瓦的实施形式会是特别适宜的。也可把发明的吸收器类似地用于交通隧道的吸音内衬。显而易见，本发明的吸收器的应用不应被限制在汽车领域。譬如可考虑把发明的吸收器用在室内游泳馆或体育馆或工厂内，作为墙壁或天花板的内衬。

Claims (10)

1、用于减少汽车的噪声的、由多个管形的共振器(10)构成的声吸收器，其中，共振器(10)有利地具有不同的长度并具有至少一个声孔(13)，其特征在于，每个声孔(13)贴邻到一个声反射面(A)上。

2、按照权利要求1所述的声吸收器，其特征在于，声孔(13)的相互距离至少为所属的相互作用区(Aω)的半径。

3、按照权利要求1或2所述的声吸收器，其特征在于，声孔开在管形的共振器的端面上。

4、按照权利要求1或2所述的声吸收器，其特征在于，声孔开在管形的共振器的外壁侧上。

5、按照权利要求1至4之一所述的声吸收器，其特征在于，声孔的大小是不同的。

6、按照权利要求1至5之一所述的声吸收器，其特征在于，共振器(10)在装好的状况下是开口朝下的。

7、按照权利要求1至6之一所述的声吸收器，其特征在于，共振器是平行于面(A)设置的。

8、按照权利要求1至7之一所述的声吸收器，其特征在于，共振器是成形在一个隔声的矩阵(16、25)中或隔声的成型件(7、9)中的。

9、按照权利要求8所述的声吸收器，其特征在于，隔声的矩阵或每个成型件是由塑料或轻金属制作的。

10、按照权利要求1至9之一所述的声吸收器，其特征在于，管形的共振器(10)的至少内侧具有平的表面。

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