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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beeinflussung von Luftschallereignissen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Für die Anwendung in Fahrzeugen sind unterschiedlichste akustische Systeme zur aktiven Geräuschkompensation (ANC-Active Noise Cancellation) bekannt. Diese Systeme erzeugen einen um 180° phasengedrehten Gegenschall oder Vibration, um ein Schallereignis oder Vibrationen an einem bestimmten Ort in ihrer Energie zu reduzieren bzw. auszulöschen. Hierzu werden meist Lautsprecher oder Körperschallwandler verwendet.
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Diese Systeme sind meist auf tiefe Frequenzbereiche, einen definierten Ort und eventuell eine kamerabasierte Kopfpositionslösung begrenzt, um in einem offenen Raum eine entsprechende Wirkung zu zeigen. Ebenso ist die Positionierung der Lautsprecher und der Referenzmikrofone z.B. dicht am Ohr ebenfalls sehr stark von der erwünschten zu erreichenden Dämpfung eines Schallereignisses abhängig.
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Ferner werden zur Schallunterdrückung bzw. Schallreduzierung in Räumen wie Büros beispielsweise Schallschutzwände verwendet, welche sowohl Platz benötigen als auch eine freie Sicht behindern. Solche Wände, Aufsteller etc. sind hinlänglich bekannt.
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Allerdings haben alle bekannten Systeme Nachteile, wie oben beschrieben. Es werden entweder komplexe, für Störungen empfindliche und teils auf einen definierten Ort beschränkte oder Platz und Sicht raubende Anordnungen benötigt, um Luftschallereignisse zu beeinflussen.
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Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine entsprechende Anordnung bereitzustellen, durch welche diese Nachteile überwunden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Anordnung zur Beeinflussung von Luftschallereignissen in einem Raum, wobei die Anordnung derart gebildet ist, dass durch Anregung von Luftmolekülen eine virtuelle Schallwand derart erzeugt und angeregt wird, dass eine projizierte Fläche im Raum aufgespannt wird, durch welche ein darauf auftreffendes oder durchtretendes Luftschallereignis beeinflusst wird.
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Vorgeschlagen wird ferner, dass die Anordnung mindestens ein Array mit mindestens einem Ultraschalllautsprecher aufweist, wobei das Array dazu eingerichtet ist, durch Aussenden von Ultraschallwellen die virtuelle Schallwand zu erzeugen und anzuregen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die virtuelle Schallwand derart erzeugt und angeregt ist, dass die Beeinflussung derart erfolgt, dass das Luftschallereignis durch die virtuelle Schallwand in eine vorgegebene Richtung reflektiert und/oder abgelenkt wird, und/oder dass das Luftschallereignis durch die virtuelle Schallwand reduziert wird.
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Somit kann das Luftschallereignis im Pegel und/oder der Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden, damit z.B. die Lautstärke auf der anderen Seite der virtuellen Schallwand reduziert werden kann.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass zusätzlich ein Absorptionsmaterial auf einer dem zumindest einen Array gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, so dass sich die virtuelle Schallwand zwischen dem zumindest einen Array und dem Absorptionsmaterial befindet. Somit kann eine unerwünschte Reflexion der ausgesendeten Ultraschallwellen vermieden werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das zumindest eine Array in mehrere Segmente aufgeteilt ist, wobei jedes Segment mindestens einen Ultraschalllautsprecher aufweist, der dazu eingerichtet ist, einen unterschiedlichen Bereich der virtuellen Schallwand zu erzeugen und anzuregen. Somit erfolgt eine schnellere Anregung und die Zykluszeiten der Anregung werden reduziert. Ferner können unterschiedliche Frequenzen pro Bereich beeinflusst werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass jeder Bereich der virtuellen Schallwand derart erzeugt und angeregt ist, dass die Beeinflussung derart erfolgt, dass das darauf auftreffende Luftschallereignis durch den jeweiligen Bereich der virtuellen Schallwand in eine vorgegebene Richtung reflektiert und/oder abgelenkt wird, und/oder dass das Luftschallereignis durch den jeweiligen Bereich der virtuellen Schallwand reduziert wird.
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Somit kann das Luftschallereignis im jeweiligen Bereich im Pegel und/oder der Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden, damit z.B. die Lautstärke auf der anderen Seite der virtuellen Schallwand reduziert werden kann.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Bereiche der virtuellen Schallwand im Raum übereinander oder in einem Abstand zueinander nebeneinander oder in einer Kombination aus übereinander und in einem Abstand nebeneinander angeordnet sind.
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Durch Überlagerung oder nebeneinander und hintereinander Platzieren mehrerer unterschiedlicher Bereiche der virtuellen Schallwand kann die virtuelle Schallwand in ihrer Dicke variiert werden. Dabei kann ein Abstand zwischen den unterschiedlichen Bereichen der virtuellen Schallwand vorgesehen sein, um Schallereignisse einer gewünschten Frequenz zu beeinflussen. Somit können auch tief-frequente Schallereignisse beeinflusst werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass zusätzlich ein Absorptionsmaterial auf einer zumindest einem Segment des Arrays gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, so dass sich die Bereiche der virtuellen Schallwand zwischen dem zumindest einen Segment und dem Absorptionsmaterial befinden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die virtuelle Schallwand derart erzeugt und angeregt ist, dass zusätzlich eine Modulation des Luftschallereignisses erfolgt. Somit kann nicht nur der Pegel und die Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden, sondern es kann auch eine Maskierung des Luftschallereignisses erzielt werden.
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Des Weiteren ist ein Fahrzeug mit einer oder mehreren beschriebenen Anordnungen vorgesehen, wobei jede der Anordnungen an einem Bereich des Dachhimmels derart angeordnet ist, dass zumindest ein Insasse des Fahrzeugs von zumindest einem anderen Insassen durch die virtuelle Schallwand getrennt ist.
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Des Weiteren ist ein Raum mit einer oder mehreren beschriebenen Anordnungen vorgesehen, wobei jede der Anordnungen an einem Bereich des Raumes an der Decke und/oder dem Boden und/oder einer Wandseite angeordnet ist.
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Die Vorteile, welche für ein einzelnes Array gelten, sind ebenfalls auf mehrere Arrays oder auf ein Array anwendbar, der aus unterschiedlichen Segmenten gebildet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung
- 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen unterschiedlicher Anordnungen zur Beeinflussung von Luftschallereignissen S, wobei in 1 zusätzlich die Wirkungsweise dargestellt ist. Die Beeinflussung des Luftschallereignisses S erfolgt dabei prinzipiell, indem durch die Anordnung eine virtuelle Schallwand 2 derart erzeugt wird, dass eine projizierte Fläche im Raum aufgespannt wird. Diese ist derart gebildet, dass ein auf sie treffendes Luftschallereignis S entweder eine Ablenkung Sout1, Sout3 oder eine Reduzierung Sout2, d.h. Abschwächung, erfährt, wenn es die virtuelle Schallwand 2 passiert. Ein Luftschallereignis S wird durch eine Quelle 40 wie beispielsweise einen Lautsprecher oder eine oder mehrere Personen erzeugt und ist in 1 durch die Pfeile S dargestellt.
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Nachfolgend wird die Erfindung detailliert beschrieben, wobei zum Aufspannen der projizierten Fläche, d.h. zur Erzeugung der virtuellen Schallwand 2 die Verwendung von Ultraschallautsprechern 11 beschrieben wird. Allerdings ist die Erfindung nicht auf Ultraschalllautsprecher 11 beschränkt. Es können jegliche Vorrichtungen verwendet werden, mit denen die Luftmoleküle der aufzuspannenden Fläche, welche die virtuelle Schallwand bildet, derart angeregt werden, dass eine virtuelle Schallwand 2 gebildet werden kann. Dies können sowohl Schallwellen unterschiedlichster Art, z.B. die nachfolgend exemplarisch beschriebenen Ultraschallwellen, sein. Aber es kann auch lediglich die Raumluft angeregt werden, z.B. durch Erwärmen oder Abkühlen.
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Um die virtuelle Schallwand 2 zu erzeugen ist die Anordnung, wie in 1 gezeigt, in einer ersten Ausführung aus einem einzelnen Array 1 gebildet, welches mindestens einen, bevorzugt mehrere Ultraschalllautsprecher 11 aufweist. Das Aufspannen der Schallwand 2 kann je nach Art des Ultraschalllautsprechers 11 auch durch lediglich einen einzelnen erfolgen. Vorzugsweise werden mindestens zwei Ultraschalllautsprecher 11 verwendet, um die Schallwand 2 als Fläche im Raum aufspannen zu können.
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Der bzw. die Ultraschalllautsprecher 11 sind in den 1 bis 3 jeweils als Kreise in dem Array 1 bzw. den Arraysegmenten 1, wie nachfolgend beschrieben, dargestellt. Die Anzahl und Anordnung der Ultraschalllautsprecher 11 wird vom Fachmann derart gewählt, dass diese bei Aussenden der Ultraschallwellen US, welche in den 1 bis 3 als gestrichelte Linien dargestellt sind, eine definierte virtuelle Fläche, auch als virtuelle Schallwand 2 bezeichnet, im Raum aufspannen. Durch die Anordnung der Ultraschalllautsprecher 11 kann eine gezielte, gerichtete Aussendung der Ultraschallwellen US erfolgen, so dass eine klar definierte virtuelle Schallwand 2 erzeugt wird. Das Luftschallereignis S kann dadurch im Pegel und/oder der Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden, damit z.B. die Lautstärke auf der anderen Seite der virtuellen Schallwand 2 reduziert werden kann.
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Zum Aufspannen der virtuellen Schallwand 2 erfolgt eine zyklische Anregung der Luftmoleküle der aufzuspannenden virtuellen Fläche 2 durch die Ultraschalllautsprecher 11, damit die Luftmoleküle in Schwingungen versetzt werden, so dass die Änderung der Luftmoleküle in ihrer Dichte und Geschwindigkeit gegenüber der umgebenden Luft resultiert. Je nach Anregung der Luftmoleküle, d.h. verwendeter Energie zum Aufspannen der Fläche, Größe der Fläche, etc., wird ein auf diese virtuelle Schallwand 2 auftreffendes Luftschallereignis S beeinflusst. Wie bereits erwähnt kann die Anregung der Luftmoleküle auch z.B. durch Abkühlen oder Erwärmen der Luft in dem Bereich der virtuellen Schallwand erfolgen, so dass keine Schallwellen verwendet werden müssen.
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Beispielsweise wird ein Luftschallereignis S durch die virtuelle Schallwand 2 im Pegel und/oder der Ausbreitungsrichtung abgelenkt Sout1, reduziert Sout2 und/oder reflektiert Sout3, wie in 1 schematisch dargestellt. Hinter der projizierten Fläche, also der virtuellen Schallwand 2, wird somit ein verringerter Pegel bezogen auf das ursprüngliche Luftschallereignis S wahrgenommen. Dies kann beispielsweise durch ein hinter der virtuellen Schallwand 2 aufgestelltes Mikrofon 50, wie in 1 gezeigt, gemessen werden oder ist durch eine Person hinter der virtuellen Schallwand 2 subjektiv erfassbar.
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Zudem kann das Ultraschallsignal, also die Ultraschallwellen US, zusätzlich zur Anregung z.B. mit einem (Rausch-)Signal moduliert werden, um das durch die projizierte Fläche 2 tretende Luftschallereignis S mit seinem ursprünglichen Informationsgehalt zu verändern, zu maskieren bzw. zu beeinflussen. Somit können nicht nur der Pegel und die Lautstärke beeinflusst werden, sondern es kann auch eine Maskierung erfolgen, d.h. die Gesamtwahrnehmung des Luftschallereignisses S kann beeinflusst werden, also auch z.B. Tonhöhe, Klangfarbe etc. Die Modulation erfolgt bevorzugt direkt bei der Erzeugung der Ultraschallwellen US im Array 1.
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Ferner ist es optional möglich, ein Absorptionsmaterial 3 auf der gegenüberliegenden Seite des Ultraschallarrays 1 zu positionieren, um eventuell auftretende Reflektionen des Ultraschallsignals US in seiner Ausstrahlrichtung zu vermeiden. Somit kann eine definierte Projektionsfläche bzw. Schallwand 2 aufgespannt werden.
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Alternativ zu der in 1 gezeigten Anordnung können auch mehrere Arrays 1 (nicht gezeigt) oder, wie in 2 oder 3 gezeigt, ein in mehrere Segmente unterteiltes Array 1 verwendet werden, wobei jedes Array bzw. jedes Segment ebenfalls mindestens einen Ultraschalllautsprecher 11 aufweist. Durch die Verwendung von mehreren Arrays 1 oder einem Array mit mehreren Segmenten 1 können unterschiedlich angeregte Bereiche 21, 22, 23 der virtuellen Schallwand 2aufgespannt werden, so dass beispielsweise unterschiedliche eingehende Frequenzen beeinflusst werden. Je nach Anordnung der unterschiedlich angeregten Bereiche 21, 22, 23 zueinander können unterschiedliche Wirkungen erzielt werden.
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Durch (räumliches) übereinander Platzieren der Bereiche 21, 22, 23 der virtuellen Schallwand 2, wie in 2 gezeigt, wird die Gesamtfläche der Schallwand 2 verringert, da sie in mehrere Bereiche 21, 22, 23 aufgeteilt ist. Somit können unterschiedliche Frequenzen je Bereich 21, 22, 23 angeregt werden und es ist eine schnellere Anregung möglich.
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Durch Überlagerung bzw. nebeneinander und hintereinander Platzieren der Bereiche 21, 22, 23 der virtuellen Schallwand 2, wie in 3 gezeigt, kann die virtuelle Schallwand 2 in ihrer Dicke variiert werden. Dabei kann ein Abstand A zwischen den unterschiedlichen Bereichen 21, 22, 23 der virtuellen Schallwand 2 vorgesehen sein. Der Abstand wird je nach zu beeinflussender Frequenz vom Fachmann gewählt. Somit können auch tief-frequente Schallereignisse S beeinflusst werden.
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In einer weiteren Ausführung (nicht gezeigt) können die in 2 und 3 gezeigten Ausführungen kombiniert werden, so dass die Schallwand 2 in einem, mehreren oder allen der übereinander liegenden Bereiche 21, 22, 23 dicker ausgeführt ist. Somit können noch mehr unterschiedliche Frequenzen inklusive tiefer Frequenzen beeinflusst werden.
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Eine Aufteilung in mehrere Arrays 1 oder Arraysegmente 1 ist also vorteilhaft, da dadurch unterschiedliche Bereiche der projizierten Gesamtfläche, d.h. der virtuellen Schallwand 2, je nach Luftschallereignis S angeregt werden. Diese Flächen sind kleiner als bei einem Array ohne Segmente, so dass die Gesamtfläche der virtuellen Schallwand 2 schneller angeregt und die Zykluszeiten der Anregung reduziert werden können.
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Auch bei dieser Anordnung mit mehreren Arrays oder einem in mehrere Segmente aufgeteilten Array 1 kann eine Modulation wie oben beschrieben erfolgen. Ebenfalls kann zusätzlich zur Anordnung mit mehreren Arrays oder einem in mehrere Segmente aufgeteilten Array 1 und/oder einer Modulation ein Absorptionsmaterial 3 wie oben beschrieben angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann im Prinzip frei an Decke, Boden oder Wänden eines Raums oder an anderen geeigneten Flächen angeordnet werden, z.B. am Boden oder Decke eines Büros, wobei in diesem Fall ein vorhandener Teppich als Absorptionsmaterial 3 dienen kann. Dadurch, dass eine Schallwand 2 erzeugt wird, welche virtuell aufgespannt ist, wird weder die Sicht zwischen Personen beeinflusst, noch wird zusätzlicher Platz benötigt. Im Gegenteil, es wird weniger Platz als bei bisher üblichen Schallschutzwänden, welche z.B. in Büros verwendet werden, benötigt.
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Auch im Fahrzeug kann eine solche virtuelle Schallwand 2 beispielsweise im Dachhimmel des Fahrzeugs angeordnet werden, so dass sich z.B. der Fahrer vom Beifahrer oder anderen Insassen entsprechend abschotten kann, um sich auf das Fahren zu konzentrieren und dabei aber den Insassen zu ermöglichen, Telefonate zu führen, ohne darauf achten zu müssen, den Fahrer zu stören.
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Weitere Anwendungen der Anordnung sind beispielsweise virtuelle Trennwände 2 in einem Zugabteil, im Flugzeug oder anderen Räumen oder Bereichen, in denen es wünschenswert ist, Luftschallereignisse zu beeinflussen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann also eine Reduktion des Gesamtpegels eines Luftschallereignisses, eine Veränderung bzw. Beeinflussung der Ausbreitungsrichtung des Schallsignals S und auch eine Maskierung des Informationsgehaltes eines Luftschallereignisses S erfolgen. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass diese Schallwand 2 virtuell ist, also kein optisches oder physisches Hindernis darstellt, d.h. dass ein durch sie Hindurchgehen möglich ist und eine klare Sicht durch die virtuell projizierte Fläche /Schallwand 2 möglich ist, wie oben bereits beschrieben.
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Durch eine Anordnung einer in mehrere Bereiche 21, 22, 23 aufgeteilten Schallwand 2 (räumlich gesehen) übereinander und/oder nebeneinander kann ein größeres Spektrum an Frequenzen, unter anderem auch tiefe Frequenzen, beeinflusst werden.
