[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.
The present invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Noise sources are increasingly perceived as environmental pollution and are considered to reduce the quality of life. In particular, noise is also disturbing in living spaces and business locations. However, as noise sources are often unavoidable, noise reduction methods based on the principle of wave cancellation have already been proposed.
The principle of active noise reduction (ANC or "Active Noise Canceling") based on the cancellation of sound waves by interference. These interferences are generated by one or more electro-acoustic transducers, such as speakers or actuator-excited surfaces. A signal radiated by the electro-acoustic transducers is calculated by means of a suitable algorithm and continuously corrected. The basis for the calculation of the signal to be radiated by the electro-acoustic transducers is the information supplied by one or more sensors. These are on the one hand information about the nature of the signal to be minimized. For this purpose, for example, a microphone can be used which detects the noise to be minimized.
On the other hand, information about the remaining residual signal is needed. Again, microphones can be used.
[0004] The basic principle employed with active noise reduction was provided by Dr. med. Paul Lueg in a patent specification from the year 1935 with the disclosure number AT-141998 B described. By this document is disclosed how noise in a tube can be extinguished by generating a signal with opposite phase.
An active noise reduction system requires one or more sound generating elements (eg, speakers) for outputting the acoustic cancellation signal.
The effectiveness and efficiency of an active noise reduction system in a room now depends, among other factors, such as computing power and processing speed, also substantially on the acoustic properties of the mentioned elements for sound generation. Thus, in these elements, a spatially evenly distributed radiation behavior and the most uniform possible sound distribution in a room to be calmed, the acoustic distortion should be kept low, and the ripple of the frequency response should be as small as possible.
Another central feature of the elements for sound radiation is their ability to build the necessary sound pressure in the low frequencies can.
Classical environmental noise (eg of cars, airplanes, stand-alone units such as compressors, etc.) concentrates almost all of its energy in the frequencies below 2 kHz, with a maximum typically in the range of a few 100 Hz. In some types of environmental noise is the maximum even under 100 Hz.
For the correct and reliable functioning of an active noise reduction system, the choice of the various components and their spatial placement in consideration of installation technical and aesthetic criteria are crucial. In particular, the configuration and installation of the elements for sound generation is of crucial importance here, since they can not otherwise achieve the necessary effect.
The object of the present invention is to provide such a structure for sound generating elements, which optimally meets the criteria mentioned above.
This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.
The present invention relates to a device for generating sound waves for reducing or canceling noises in a room, the device comprising:
a surface element,
an actuator unit, which is operatively connected to the surface element, and
a carrier unit,
Wherein the surface element and the carrier unit by means of the actuator unit are mutually displaceable. According to the invention, the surface element is arranged outside the room. Furthermore, the surface element is operatively connected to the carrier unit via at least one elastic element.
Due to the diffuse and uniform spatial radiation properties, the surface element generates a largely homogeneous sound field. By mounting the surface element is largely prevented that disturbing sound waves ever reach the soothing room. The inventive device is characterized in particular by the fact that a predominantly frequency-independent radiation behavior is achieved, that no membrane resonances occur and the formation of low-frequency modes and their radiation is not artificially impeded by the assembly in the carrier unit. The surface element is thereby vibrated so that as many of the eigenmodes are excited, in particular the low-frequency eigenmodes.
The surface element consists of a suitable material, such as glass or a plastic (for example Plexiglas or acrylic glass), and is mounted in such a way in the carrier unit or connected to this, that the overall system consisting of actuator unit, surface element and carrier unit, especially is suitable for the delivery of low frequencies. The thickness of the surface element is for example between 1.5 mm and 3 mm, preferably 2 mm.
An embodiment of the present invention is that the carrier unit is a window frame, wherein the surface element is preferably transparent. In a further embodiment, a window is then present, which is firmly connected to the carrier unit.
This is a free-swinging element, namely the surface element, in front of the window available. The surface element ensures that disturbing noises can be eliminated or at least reduced even before entering the room to be calmed.
Embodiments of the present invention are that the at least one elastic element in the edge region of the surface element is operatively connected to the carrier unit, wherein the at least one elastic element damps the movement of the surface element with respect to the carrier unit.
Further embodiments of the present invention are that the surface element is flat and / or disc-shaped.
Further embodiments of the present invention are that a holding device connected to the support unit is provided, which surrounds the surface element in its edge region at least partially.
Thus, the surface element is not fixedly clamped in the holding device (as in a conventional window, for example), but instead an elastic element is introduced between the holding device and the surface element (for example in the form of a rubber profile), so that it is the same Surface element is also possible to assume a deflection within the holding device, and thus with respect to the carrier unit. The holding device need not necessarily support the surface element only at the edge.
Further embodiments of the present invention are that the holding device surrounds the surface element in the entire edge region, for which purpose preferably a groove is provided in the holding device, in which the surface element is embedded.
Further embodiments of the present invention are that a textile material between the actuator unit and the surface element is present.
Further embodiments of the present invention are that the surface element is stimulable in accordance with existing natural oscillations.
Further embodiments of the present invention are that the at least one elastic element consists of rubber.
Further embodiments of the present invention are that the surface element is additionally supported in an inner region.
Hereinafter, the present invention will be further explained by way of embodiments with reference to drawings. Showing:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a front view of the device according to the invention,
<Tb> FIG. 2 <sep> a section through a first embodiment of a carrier unit for receiving a surface element,
<Tb> FIG. 3 <sep> a section through a second embodiment of a carrier unit for receiving the surface element and
<Tb> FIG. 4 <sep> is a front view of a further embodiment of the device according to the invention.
Fig. 1 shows a frontal view of an inventive device for generating sound waves for the reduction or extinction of noise by means of an active noise reduction system that is active within a room. The inventive device consists of a holding device 7 in the form of a frame, which is for example a window frame. Alternatively, the holding device 7 is a stand-alone device which is fixedly connected to a window frame. By the holding device 7, a surface element 2 is held, which is transparent, for example, and which is arranged outside the room to be calmed.
The holding device 7 surrounds the surface element 2 in the edge region, wherein the surface element 2 can be moved relative to the holding device 7 with the aid of an actuator unit 4, which is operatively connected to the surface element 2. The movements are triggered in particular perpendicular to the surface element 2 by the actuator unit 4. For this purpose, the surface element 2 via an elastic element 3, which is present between the edge region of the surface element 2 and the holding device 7, elastically supported in the holding device 7. Preferably, the elastic element 3 is made of rubber. In conventional windows, a relatively hard silicone is used to hold a window in the window frame.
Accordingly, the window pane can move only slightly relative to the window frame, which is why silicone in the inventive arrangement for supporting the surface element 2 in the holding device 7 is not suitable.
In Fig. 1, the surface element 2 engages in the entire peripheral area in the holding device 7 a. However, it is also conceivable in further embodiments that the surface element 2 is supported only in certain areas. These areas are preferably determined in advance by determining the natural vibrations of the surface element 2. Thus, there is the possibility that one can freely swing the edge regions in which a strong damping would occur by a support of the surface element 2 in the holding device 7. On the other hand, those edge regions for the support of the surface elements 2 in the holding device 7 can be used without further ado, where due to the natural vibration behavior of the surface element 2, no large deflections are to be expected anyway.
The actuator 4 is located for example in a housing which is glued to the surface element 2. For example, a textile layer is present between the housing of the actuator unit 4 and the surface element 2, which promotes the transferability of the exciter vibrations of the actuator unit 4.
2 and 3 are cross sections of two possible embodiments for the fixation of the surface element 2 with an elastic member 3 are shown. While in Fig. 2, a gap between the edge region of the surface element 2 and a recess of the holding device 7 is completely filled by the elastic element 3, in Fig. 3, the surface element 2 is quasi sandwiched between two parts of elastic elements 3, wherein in a bottom portion of the recess in the holding device 7, an air gap 5 remains. Thus, the flexibility of the fixation of the surface element 2 in the holding device 7 is further increased.
4, a further embodiment of an inventive device is shown, which in turn in front view -. perpendicular to the surface element 2 - is shown. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, there is now no holding device 7 (FIG. 1) anymore, but the surface element 2 has at least three elastic elements 3 (in FIG. 4, there are four elastic elements 3, namely one elastic element each) Corners of the quadrangular surface element 2 ab) connected to the carrier unit 1. Depending on the elasticity of the elastic element 3, the surface element 2 can vibrate freely, wherein here again an actuator unit 4 is provided, as has already been explained in the embodiment according to FIG. 1. The elastic elements 3 may in turn be made of rubber.
Grateful, however, is the use of conventional spring springs or ring springs.
It is expressly understood that the present invention is also applicable to surface elements consisting of several sub-elements, as is the case for example with composite windows.