CH700965A2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen zur Dämpfung von Störgeräuschen in einem Raum. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen zur Reduktion bzw. Auslöschung von Störgeräuschen in einem Raum. Die Vorrichtung umfasst: ein Flächenelement (2), eine Aktuatoreinheit (4), die mit dem Flächenelement (2) wirkverbunden ist, und eine Trägereinheit (1), wobei das Flächenelement (2) und die Trägereinheit (1) mittels der Aktuatoreinheit (4) gegeneinander verschiebbar sind. Erfindungsgemäss ist das Flächenelement (2) ausserhalb des Raumes angeordnet. Ferner ist das Flächenelement (2) über mindestens ein elastisches Element (3) mit der Trägereinheit (1) wirkverbunden.

Description

  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

  

[0002]    Lärmquellen werden zunehmend als Umweltbelastung wahrgenommen und gelten als Verminderung der Lebensqualität. Insbesondere ist Lärm auch störend in Wohnräumen und Geschäftslokalitäten. Da sich Lärmquellen jedoch häufig nicht vermeiden lassen, wurden bereits Verfahren zur Geräuschreduktion vorgeschlagen, die auf dem Prinzip der Wellenauslöschung basieren.

  

[0003]    Das Prinzip der aktiven Geräuschreduktion (ANC oder "Active Noise Canceling") beruht auf der Auslöschung von Schallwellen durch Interferenzen. Diese Interferenzen werden von einem oder mehreren elektro-akustischen Wandlern, beispielsweise Lautsprecher oder durch Aktuatoren angeregte Flächen, erzeugt. Ein von den elektro-akustischen Wandlern abgestrahltes Signal wird mittels eines dazu geeigneten Algorithmus berechnet und laufend korrigiert. Als Grundlage für die Berechnung des von den elektro-akustischen Wandlern auszustrahlenden Signals dienen die von einem oder mehreren Sensoren gelieferten Informationen. Dies sind zum einen Informationen über die Beschaffenheit des zu minimierenden Signals. Hierzu kann zum Beispiel ein Mikrofon verwendet werden, welches das zu minimierende Geräusch erfasst.

   Zum anderen werden aber auch Informationen über das verbleibende Restsignal benötigt. Auch hierzu können Mikrofone verwendet werden.

  

[0004]    Das bei aktiver Geräuschreduktion angewendete grundlegende Prinzip wurde von Dr. Paul Lueg in einer Patentschrift aus dem Jahr 1935 mit der Offenlegungsnummer AT-141 998 B beschrieben. Durch diese Druckschrift ist offenbart, wie Lärm in einer Röhre mittels Erzeugung eines Signals mit entgegen gesetzter Phasenlage ausgelöscht werden kann.

  

[0005]    Ein System zur aktiven Geräuschreduktion benötigt ein oder mehrere Elemente zur Schallerzeugung (zum Beispiel Lautsprecher) zur Ausgabe des akustischen Auslöschungssignals.

  

[0006]    Die Wirksamkeit und Effizienz eines aktiven Geräuschreduktionssystems in einem Raum hängt nun neben anderen Faktoren, wie beispielsweise Rechenleistung und Verarbeitungsgeschwindigkeit, auch wesentlich von den akustischen Eigenschaften der erwähnten Elemente zur Schallerzeugung ab. So ist bei diesen Elementen ein räumlich gleichmässig verteiltes Abstrahlverhalten und eine möglichst gleichmässige Schallverteilung in einem zu beruhigenden Raum anzustreben, die akustischen Verzerrungen sind tief zu halten, und die Welligkeit des Frequenzgangs soll möglichst klein sein.

  

[0007]    Eine weitere, zentrale Eigenschaft der Elemente zur Schallabstrahlung ist ihre Fähigkeit, in den tiefen Frequenzen den nötigen Schalldruck aufbauen zu können.

  

[0008]    Klassischer Umweltlärm (z.B. von Autos, Flugzeugen, einzeln stehenden Aggregaten wie Kompressoren o.a.) konzentriert fast seine gesamte Energie in den Frequenzen unter 2 kHz, mit einem Maximum typischerweise im Bereich von wenigen 100 Hz. Bei manchen Arten des Umweltlärms liegt das Maximum sogar noch unter 100 Hz.

  

[0009]    Für das richtige und zuverlässige Funktionieren eines aktiven Geräuschreduktionssystems sind die Wahl der verschiedenen Komponenten sowie deren räumliche Platzierung unter Berücksichtigung von installationstechnischen und ästhetischen Kriterien entscheidend. Insbesondere die Konfiguration und Anbringung der Elemente zur Schallerzeugung ist hier von entscheidender Bedeutung, da diese sonst nicht die nötige Wirkung erzielen können.

  

[0010]    Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen solchen Aufbau für Elemente zur Schallerzeugung anzugeben, der die vorstehend genannten Kriterien optimal erfüllt.

  

[0011]    Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

  

[0012]    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen zur Reduktion bzw. Auslöschung von Störgeräuschen in einem Raum, wobei die Vorrichtung umfasst:
ein Flächenelement,
eine Aktuatoreinheit, die mit dem Flächenelement wirkverbunden ist, und
eine Trägereinheit,

  

[0013]    wobei das Flächenelement und die Trägereinheit mittels der Aktuatoreinheit gegeneinander verschiebbar sind. Erfindungsgemäss ist das Flächenelement ausserhalb des Raumes angeordnet. Ferner ist das Flächenelement über mindestens ein elastisches Element mit der Trägereinheit wirkverbunden.

  

[0014]    Durch die diffusen und gleichmässigen räumlichen Abstrahlungseigenschaften erzeugt das Flächenelement ein weitgehend homogenes Schallfeld. Durch die Montage des Flächenelementes wird grösstenteils verhindert, dass störende Schallwellen überhaupt in den zu beruhigenden Raum gelangen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein überwiegend frequenzunabhängiges Abstrahlverhalten erreicht wird, dass keine Membranresonanzen auftreten und die Bildung niederfrequenter Moden und deren Abstrahlung nicht durch die Montage in der Trägereinheit künstlich behindert wird. Das Flächenelement wird dabei derart in Vibrationen versetzt, dass möglichst viele der Eigenmoden angeregt werden, insbesondere auch die niederfrequenten Eigenmodi.

  

[0015]    Das Flächenelement besteht aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Glas oder einem Kunststoff (beispielsweise Plexiglas oder Acrylglas), und ist derart in der Trägereinheit montiert bzw. mit dieser verbunden, dass das Gesamtsystem, bestehend aus Aktuatoreinheit, Flächenelement und Trägereinheit, besonders für die Abgabe tiefer Frequenzen geeignet ist. Die Dicke des Flächenelementes beträgt beispielsweise zwischen 1.5 mm und 3 mm, vorzugsweise 2 mm.

  

[0016]    Eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Trägereinheit ein Fensterrahmen ist, wobei das Flächenelement vorzugsweise transparent ist. Bei einer weiteren Ausführungsvariante ist dann ein Fenster vorhanden, das mit der Trägereinheit fest verbindbar ist.

  

[0017]    Damit ist ein freischwingendes Element, nämlich das Flächenelement, vor dem Fenster vorhanden. Das Flächenelement sorgt dafür, dass störende Geräusche bereits vor dem Eintreten in den zu beruhigenden Raum eliminiert bzw. zumindest reduziert werden können.

  

[0018]    Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass das mindestens eine elastische Element im Randbereich des Flächenelementes mit der Trägereinheit wirkverbunden ist, wobei das mindestens eine elastische Element die Bewegung des Flächenelementes in Bezug auf die Trägereinheit dämpft.

  

[0019]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass das Flächenelement plan und/oder scheibenförmig ist.

  

[0020]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass eine mit der Trägereinheit verbundene Haltevorrichtung vorgesehen ist, die das Flächenelement in dessen Randbereich zumindest teilweise umgreift.

  

[0021]    Das Flächenelement wird also nicht fest in der Haltevorrichtung eingespannt (wie z.B. bei einem herkömmlichen Fenster), sondern es wird zwischen der Haltevorrichtung und dem Flächenelement ein elastisches Element eingebracht (z. B. in der Form eines Gummiprofiles), damit es dem Flächenelement ermöglicht ist, auch innerhalb der Haltevorrichtung, und somit gegenüber der Trägereinheit, eine Auslenkung anzunehmen. Die Haltevorrichtung muss das Flächenelement dabei nicht notwendiger Weise nur am Rand stützen.

  

[0022]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass die Haltevorrichtung das Flächenelement im ganzen Randbereich umgreift, wobei hierzu vorzugsweise eine Nut in der Haltevorrichtung vorgesehen ist, in die das Flächenelement eingelassen ist.

  

[0023]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass ein textiles Material zwischen der Aktuatoreinheit und dem Flächenelement vorhanden ist.

  

[0024]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass das Flächenelement in Übereinstimmung von vorhandenen Eigenschwingungen stimulierbar ist.

  

[0025]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass das mindestens eine elastische Element aus Gummi besteht.

  

[0026]    Weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass das Flächenelement zusätzlich in einem inneren Bereich abgestützt ist.

  

[0027]    Nachstehend ist die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>eine Frontansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung,


  <tb>Fig. 2<sep>einen Schnitt durch eine erste Ausführungsvariante einer Trägereinheit zur Aufnahme eines Flächenelementes,


  <tb>Fig. 3<sep>einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsvariante einer Trägereinheit zur Aufnahme des Flächenelementes und


  <tb>Fig. 4<sep>eine Frontansicht einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung.

  

[0028]    Fig. 1 zeigt in Frontalansicht eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen zur Reduktion bzw. Auslöschung von Störgeräuschen mittels eines aktiven Geräuschreduktionssystems, das innerhalb eines Raumes aktiv ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einer Haltevorrichtung 7 in der Form eines Rahmes, der beispielsweise ein Fensterrahmen ist. Alternativ handelt es sich bei der Haltevorrichtung 7 um eine eigenständige Vorrichtung, die mit einem Fensterrahmen fest verbunden ist. Durch die Haltevorrichtung 7 wird ein Flächenelement 2 gehalten, das beispielsweise transparent ist und das ausserhalb des zu beruhigenden Raumes angeordnet ist.

   Die Haltevorrichtung 7 umgreift das Flächenelement 2 im Randbereich, wobei sich das Flächenelement 2 relativ zur Haltevorrichtung 7 mit Hilfe einer Aktuatoreinheit 4, welche mit dem Flächenelement 2 wirkverbunden ist, bewegen lässt. Die Bewegungen werden insbesondere senkrecht zum Flächenelement 2 durch die Aktuatoreinheit 4 ausgelöst. Hierzu ist das Flächenelement 2 über ein elastisches Element 3, das zwischen den Randbereich des Flächenelementes 2 und der Haltevorrichtung 7 vorhanden ist, in der Haltevorrichtung 7 elastisch abgestützt. Vorzugsweise besteht das elastische Element 3 aus Gummi. Bei herkömmlichen Fenstern wird ein relativ hartes Silikon verwendet, um eine Fensterscheibe im Fensterrahmen zu halten.

   Entsprechend kann sich die Fensterscheibe nur geringfügig relativ zum Fensterrahmen bewegen, weshalb sich Silikon bei der erfindungsgemässen Anordnung zur Stützung des Flächenelementes 2 in der Haltevorrichtung 7 nicht eignet.

  

[0029]    In Fig. 1 greift das Flächenelement 2 im gesamten Randbereich in die Haltevorrichtung 7 ein. Denkbar ist in weiteren Ausführungsvarianten jedoch auch, dass das Flächenelement 2 nur in gewissen Bereichen abgestützt wird. Diese Bereiche werden vorzugsweise vorab durch Bestimmen der Eigenschwingungen des Flächenelementes 2 bestimmt. Damit besteht die Möglichkeit, dass man die Randbereiche, in denen durch eine Abstützung des Flächenelementes 2 in der Haltevorrichtung 7 eine starke Dämpfung entstehen würde, frei schwingen lässt. Auf der anderen Seite können ohne weiteres diejenigen Randbereiche für die Abstützung des Flächenelemente 2 in der Haltevorrichtung 7 verwendet werden, wo aufgrund der Eigenschwingungsverhaltens des Flächenelementes 2 ohnehin keine grossen Auslenkungen zu erwarten sind.

  

[0030]    Die Aktuatoreinheit 4 befindet sich beispielsweise in einem Gehäuse, das auf das Flächenelement 2 aufgeklebt ist. Beispielsweise ist zwischen dem Gehäuse der Aktuatoreinheit 4 und dem Flächenelement 2 eine textile Schicht vorhanden, welche die Übertragbarkeit der Erregerschwingungen der Aktuatoreinheit 4 begünstigt.

  

[0031]    In den Fig. 2 und 3 sind Querschnitte von zwei möglichen Ausführungsvarianten für die Fixierung des Flächenelementes 2 mit einem elastischen Element 3 dargestellt. Während in Fig. 2 ein Zwischenraum zwischen dem Randbereich des Flächenelement 2 und einer Ausnehmung der Haltevorrichtung 7 vollständig durch das elastische Element 3 ausgefüllt ist, ist in Fig. 3 das Flächenelement 2 quasi in Sandwichbauweise zwischen zwei Teilen aus elastischen Elementen 3 eingeklemmt, wobei in einem Bodenbereich der Ausnehmung in der Haltevorrichtung 7 ein Luftspalt 5 verbleibt. Damit ist die Flexibilität der Fixierung des Flächenelementes 2 in der Haltevorrichtung 7 noch weiter erhöht.

  

[0032]    In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, die wiederum in Frontansicht - d.h. senkrecht auf das Flächenelement 2 - gezeigt ist. Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäss Fig. 1ist nunmehr keine Haltevorrichtung 7 (Fig. 1) mehr vorhanden, sondern das Flächenelement 2 ist über mindestens drei elastische Elemente 3 (in Fig. 4sind es vier elastische Elemente 3, nämlich je eine elastisches Element geht von einem Ecken des viereckigen Flächenelementes 2 ab) mit der Trägereinheit 1 verbundenen. Je nach Elastizität der elastischen Element 3 kann das Flächenelement 2 frei schwingen, wobei auch hier wiederum eine Aktuatoreinheit 4 vorgesehen ist, wie dies schon bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 1erläutert worden ist. Die elastischen Elemente 3 können wiederum aus Gummi bestehen.

   Dankbar ist jedoch auch die Verwendung von herkömmlichen Springfedern oder Ringfedern.

  

[0033]    Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch bei Flächenelementen anwendbar ist, die aus mehreren Teilelementen bestehen, wie dies beispielsweise bei Verbundfenstern der Fall ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Schallwellen zur Reduktion bzw. Auslöschung von Störgeräuschen in einem Raum, wobei die Vorrichtung umfasst:

- ein Flächenelement (2),

- eine Aktuatoreinheit (4), die mit dem Flächenelement (2) wirkverbunden ist, und

- eine Trägereinheit (1),

wobei das Flächenelement (2) und die Trägereinheit (1) mittels der Aktuatoreinheit (4) gegeneinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (2) ausserhalb des Raumes angeordnet ist und dass das Flächenelement (2) über mindestens ein elastisches Element (3) mit der Trägereinheit (1) wirkverbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinheit (1) ein Fensterrahmen ist, wobei das Flächenelement (2) vorzugsweise transparent ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fenster vorhanden ist, das mit der Trägereinheit (1) fest verbindbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (3) im Randbereich des Flächenelementes (2) mit der Trägereinheit (1) wirkverbunden ist, wobei das elastische Element (3) die Bewegung des Flächenelementes (2) in Bezug auf die Trägereinheit (1) dämpft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (2) plan und/oder scheibenförmig ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Trägereinheit (1) verbundene Haltevorrichtung (7) vorgesehen ist, die das Flächenelement (2) in dessen Randbereich zumindest teilweise umgreift.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (7) das Flächenelement (2) im ganzen Randbereich umgreift, wobei hierzu vorzugsweise eine Nut in der Haltevorrichtung (7) vorgesehen ist, in die das Flächenelement (2) eingelassen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein textiles Material zwischen der Aktuatoreinheit (4) und dem Flächenelement (2) vorhanden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (2) in Übereinstimmung von vorhandenen Eigenschwingungen stimulierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine elastische Element (3) aus Gummi besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (2) zusätzlich in einem inneren Bereich abgestützt ist.