DE102004019788A1 - Aktive Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes eines Flugzeuges oder eines Land- bzw. Wasserfahrzeuges, deren Elemente entweder im Passagiersitz integriert oder in dessen unmittelbarer Nähe installiert sind. In unmittelbarer Nähe des Kopfbereiches eines Passagiersitzes ist zumindest ein Messmikrophon angeordnet, dessen Messsignal einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeleitet wird. Dort wird ein zum Messsignal gegenphasiges und verstärktes Ausgangssignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Wiedergabeeinrichtung dient, die in der Nähe des Kopfbereiches des Passagiersitztes angeordnet ist. Wenigstens ein Kontrollmikrophon ist in der Nähe des Kopfbereiches des Passagiersitzes vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem weiteren Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes. Der Passagierraum von Verkehrsflugzeugen ist während eines Fluges verschiedenen Geräuschemissionen ausgesetzt. Gerade auf Langstreckenflügen, bei denen während der Flugzeit auch Ruhephasen für die Passagiere vorgesehen sind, wird die ständige Geräuschemission als besonders störend empfunden.
  • Geräusche entstehen dabei durch die Antriebsmotoren, durch Hilfsaggregate wie beispielsweise Hydraulikaktuatoren, durch Windgeräusche der Zelle und der Tragflächen und durch Strömungsgeräusche der Klimaanlage. Die Geräuschemission ist von Flugzeugtyp zu Flugzeugtyp unterschiedlich. Selbst innerhalb einer Baureihe des gleichen Typs können unterschiedliche Emissionsarten auftreten.
  • Die Quellen der Geräuschemissionen teilen sich auf in Luftschall und in Körperschall. Da die in der Zelle eingebauten Isolierstoffe speziell zur Verbesserung der Wärmeisolierung dienen, besitzen diese einen geringen Dämpfungsfaktor gegen Geräuschemissionen. Die Schallisolation in Verkehrsflugzeugen ist bekanntermaßen ein Kompromiss aus Wirksamkeit der Schallisolationsmaßnahmen und dem Gewicht dieser Maßnahmen. Eine Körperschalldämpfung ist mit den eingebauten Isolierstoffen kaum möglich.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe das Geräuschniveau im Bereich von Passagiersitzen, insbesondere im Kopfbereich, erheblich gesenkt werden kann, wobei die Übertragung von Audiosignalen zum Passagier nicht eingeschränkt sein soll und wobei die Installation der Einrichtung nur zu einer sehr geringen Erhöhung des Gesamtgewichts führen darf.
  • Die Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, dass in unmittelbarer Nähe des Kopfbereiches eines Passagiersitzes zumindest ein Messmikrophon angeordnet ist, dessen Messsignal einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeleitet wird, die ein zum Messsignal gegenphasiges verstärktes Ausgangssignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Wiedergabeeinrichtung dient, die in der Nähe des Kopfbereichs des Passagiersitzes angeordnet ist, wobei wenigstens ein Kontrollmikrophon in der Nähe des Kopfbereiches des Passagiersitzes vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem weiteren Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt wird.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ohne weitere Maßnahmen im Bereich des Passagiers, insbesondere im Bereich des Kopfes, eine Geräuschreduktion von bis zu 10 dB(A) erreicht werden. Dies entspricht etwa einer Halbierung des subjektiven Geräuschendruckes beim Passagier.
  • Vorteilhaft ist die Digitalisierung der analogen Messsignale und die anschließende digitale Filterung dieser Signale, so dass aus dem aufgenommenen Frequenzspektrum diejenigen Frequenzen extrahiert werden können, die typisch für bestimmte Störgeräuschquellen sind. Das Ergebnis dieser Frequenzanalyse wird dann zur Steuerung derjenigen Schaltungsteile verwendet, die letztlich das zum Störgeräusch gegenphasige Signal erzeugen.
  • Von großem Vorteil ist es, dass dem Ausgangssignal der Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung auch ein Audiosignal wie beispielsweise Durchsagen oder Musik beigemischt werden kann, ohne dass es zu Störgeräuschen kommt. Als Wiedergabeeinrichtung für die Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung kommen verschiedene Lösungen in Frage. Zum einen bietet sich die Nutzung eines am Passagiersitz angebrachten Kopfhörerausganges an, zum anderen kann ein im Bereich des Passagiersitzes angeordneter Lautsprecher genutzt werden. Damit wird der besondere Vorteil offenkundig, dass eine ohnehin in Flugzeugen schon vorhandene Einrichtung auch zur Abstrahlung von Antischall genutzt werden kann und dass deshalb der Gewichtszuwachs durch die Installation der Erfindungsgemäßen Einrichtung zur Geräuschminderung äußerst gering ausfällt. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass diese Einrichtung leicht in bestehende Kabinensysteme integrierbar ist und dass die Nachrüstung in bereits bestehende Flugzeuge oder Fahrzeuge problemlos möglich ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Wiedergabeeinrichtung ist deren Integration in der bestehenden Kabinenverkleidung oder einer Karosserieverkleidung. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass ein Signalgeber Verwendung findet, der sich aufgrund seiner flächigen Bauform leicht an vorgegeben Kabinenverkleidungsformen anpassen oder sich in ihnen integrieren lässt.
  • Eine weitere besondere Ausgestaltung besteht darin, dass am Passagiersitz eine Vorrichtung, beispielsweise in der Form eines Reglers, vorgesehen ist, mit dessen Hilfe der Passagier die Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung individuell beeinflussen kann.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes in einem Flugzeug oder Fahrzeug, wobei unter der Bezeichnung Fahrzeug sowohl Land- wie auch Wasserfahrzeuge verstanden werden können.
    •
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren Ausgestaltungsdetails sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1: ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung,
  • 2: ein Blockschaltbild einer erweiterten Schaltung nach 1,
  • 3: einen Schnitt durch eine Flugzeugkabine mit einer Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung
  • 4: einen Passagiersitz mit Funktionselementen einer Einrichtung zur Geräuschminderung.
  • Prinzipiell liegt der erfindungsgemäßen Einrichtung folgender Gedanke zugrunde. Jedes störende Geräusch lässt sich zumindest bis zu einem bestimmten Grad durch eine gegengekoppelte Schwingung gleicher Frequenz auslöschen. Dieser Antischall muss ohne zeitliche Verzögerung gegenphasig mit gleicher Amplitude auf den Störschall treffen. Im Idealfall wird dabei der Störschall komplett ausgelöscht.
  • In der Praxis wird die komplette Auslöschung des Störschalls nicht stattfinden, da sich das Spektrum des Störschalls aus einer Vielzahl von Frequenzen zusammensetzt. Eine Verringerung des lokalen Störschalls um 10 dB(A) ist jedoch realisierbar. Dies bedeutet immerhin eine Halbierung der Lautstärke des Störschalls. Um beispielsweise Durchsagen oder Musikdarbietungen im Bereich des Passagiers nicht mit in die Geräuschminderung einzubeziehen, muss der Anteil der Störfrequenzen analysiert werden. Nur diese extrahierten Frequenzanteile dürfen für die Erzeugung des Antischalls herangezogen werden.
  • In der 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes dargestellt. Diese enthält eine Signalverarbeitungseinrichtung 4, deren Eingangssignal 3 von einem Messmikrophon 2 stammt. Das Mikrophonsignal kann auch bereits mit Hilfe eines Vorverstärkers 2a auf die als Eingangsgröße für die Signalverarbeitungseinrichtung 4 notwendige Amplitudenhöhe verstärkt worden sein. Bei einem Kondensatormikrophon dient der Vorverstärker 2a auch gleichzeitig der Gleichspannungsspeisung. Das Messmikrophon 2 erfasst den Störschall. Es ist zu diesem Zweck in der Nähe des Passagiers angebracht.
  • Das Ausgangssignal 3 des Mikrophons 2 wird dem Analog-/Digital-Wandler 10 als Eingangsgröße zugeführt. Der A/D-Wandler 10 wandelt die analogen Signale in digitale Signale 11 um, damit diese an das nachfolgende digitale Filter 12 weitergegeben werden können. In dem digitalen Filter 12 werden die Nutzsignale von den Störsignalen getrennt.
  • Die Steuerung des digitalen Filters 12 übernimmt die Signalverarbeitungseinrichtung 4. Diese enthält zu diesem Zweck eine Schaltung zur Frequenzanalyse 17 und einen Signalprozessor 18. Die ausgefilterten Störsignale 13 werden anschließend in einem Digital-/Analog-Wandler 14 in analoge Signale umgewandelt und unmittelbar einem 180 Grad-Phasenschieber 15 als Eingangsgröße zugeführt. Durch die Phasendrehung entsteht am Ausgang des Phasenschiebers 15 das zum Eingangssignal der Signalverarbeitungsschaltung 4 gegenphasige Signal 5, das sogenannte Antischallsignal. Über einen Verstärker 16 findet die Amplitudenanpassung des Antischallsignals statt, so dass das verstärkte Ausgangssignal 6 schließlich einer Wiedergabeeinrichtung 7, beispielsweise einem Lautsprecher, zugeleitet werden kann, welche in der Regel in der Nähe des Passgiersitzes montiert und auf den Passagier ausgerichtet ist. Die Amplitudensteuerung des Antischallsignals 6 wird vom digitalen Signalprozessor 18 übernommen.
  • Weiterhin ist ein im Bereich des Passagiers montiertes Kontrollmikrophon 8 vorgesehen, dessen Ausgangssignal 9 zu einem weiteren Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung 4 führt. Diese Kontrollmikrophon überwacht die fortlaufende Geräuschminderung. Damit können auch Mitkopplungen vermieden werden, die zu unerwünschten Schwingungen führen können. Der digitale Signalprozessor 18 greift somit steuernd auf eine oder mehrere der weiteren Einrichtungen der Signalverarbeitungseinrichtung 4 zu. Dies sind der Analog-Digital-Wandler 10, der digitale Filter 12, der Digital-/Analog-Wandler 14, der Phasenschieber 15 und schließlich der Verstärker 16. Somit überwacht der Signalprozessor 18 den gesamten Regelkreis.
  • In 1 ist noch ein Audioeingangsignal 19 vorgesehen. Dieses Audiosignal steht stellvertretend für diverse Nutzsignale, wie beispielsweise Durchsagen oder Musikdarbietungen, die von der Geräuschminderung nicht beeinflusst werden sollen. Deshalb werden diese Audiosignale mit den schmalbandig gefilterten gegenphasigen Antischallsignalen 5 gemischt. Dadurch werden die Nutzsignale nur unmerklich durch den Antischall beeinflusst.
  • Eine Variante hierzu zeigt die 2. Das Nutzsignal 19 wird wiederum mit dem Antischallsignal 5 gemischt und zusätzlich einem Verstärker 20 zugeleitet. Über die am Passgiersitz vorgesehene Steckverbindung 21 wird ein Kopfhörer 22 angeschlossen. Damit kann der Passagier ungestört Videoeinspielungen oder Musik genießen. Bei abgeschalteter Audioquelle empfindet der Passagier einen sehr niedrigen Geräuschpegel.
  • Die 3 zeigt einen vereinfachten Schnitt durch eine Flugzeugkabine 26, in der eine Reihe von Passagiersitzen 1 eingebaut ist. In dieser Kabine treten während des Flugbetriebs eine Reihe von Störgeräuschen auf, die im Bereich des Passagiers, insbesondere im Bereich seines Kopfes als konkretes Spektrum von Frequenzen mit einer typischen Amplitude messbar sind. Diese Summe von Störgeräuschen ist in der 3 als gezackter Pfeil 28 symbolisch dargestellt und tritt im Bereich eines jeden Sitzes als für den Einbauort des Sitzes typisches Spektrum auf. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung werden in der bereits beschriebenen Weise Antischallsignale 6 erzeugt, die mittels geeigneter Wiedergabeeinrichtungen 7 in Richtung auf den Passagiersitz 1 abgegeben werden. In Flugzeugen kann hierfür in einfacher Weise der jeweils über den Passagiersitzen neben der Platzbeleuchtung und der Ausströmöffnung für die Frischluft vorgesehene Lautsprecher 23 verwendet werden. Damit kann viel unnötiges Gewicht für zusätzlich erforderliche Wiedergabeeinrichtungen gespart werden. Das entsprechend erzeugte und abgestrahlte Antischallsignal ist in der 3 mit weiteren gezackten Pfeilen 27 symbolisch dargestellt.
  • Als Wiedergabeeinrichtung 7 kommen auch andere Bauformen von Signalgebern in Frage. Beispielhaft hierfür ist in der 3 in der Kabinenverkleidung 24 ein Signalgeber 25 integriert. Besonders gut eignen sich hierfür flach bauende Signalgeber auf Piezobasis oder dünne flächige Signalgeber, die als Kunststoff-Folie aufgebaut sind und sich hervorragend zur lokalen Abgabe von Antischall eignen.
  • Die 4 zeigt schließlich vereinfacht einen einzelnen Passagiersitz zusammen mit denjenigen Einrichtungen, die in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung notwendig oder nützlich sind. Die Darstellung hat rein informativen Charakter, so dass Varianten mit gleichwirkende Anordnungen im Bereich der vorliegenden Erfindung möglich sind.
  • An dem Passagiersitz 1 gemäß dem dargestellten Beispiel sind im Bereich des Kopfes des Passagiers oder der Kopfstütze das Messmikrophon 2 und auch das Kontrollmikrophon 8 angebracht. Beide können unauffällig im Passagiersitz 1 integriert sein. damit wird möglichst nahe am Kopf des Passagiers der Störschall erfasst und auch das Ergebnis der Geräuschminderung kontrolliert. Weiterhin ist am Passagiersitz beispielsweise an der Armlehne die Steckverbindung 21 für den Kopfhörer 22 integriert. Dies entspricht der heute übliche Bauform von Passagiersitzen, so dass auch das Nachrüsten einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Geräuschminderung in dieser Beziehung keinen großen Aufwand bedeutet. Ebenfalls im Bereich der Armlehne ist eine Vorrichtung 26 zur aktiven Beeinflussung der aktiven Geräuschminderung durch den Passagier eingebaut. Auch diese Installation bedeutet keinen erheblichen Aufwand, da an diesem Einbauort ohnehin Steuerelemente für andere Funktionen vorhanden sind.
  • Zusammenfassend kann zum Ausdruck gebracht werden, dass sich die erfindungsgemäße Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung hervorragend zum Einbau im Passagierraum von Verkehrsflugzeugen eignet. Es ist jedoch genauso gut möglich, diese Einrichtung in einem Fahrzeug zur Anwendung zu bringen, bei dem sich die Notwendigkeit einer lokalen Geräuschminderung als notwendig erweist. Unter Fahrzeug wird hierbei nicht nur ein Landfahrzeug verstanden, Wasserfahrzeuge sind in gleicher Weise als Einbauort möglich.

Claims (11)

  1. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nähe des Kopfbereiches eines Passagiersitzes (1) zumindest ein Messmikrophon (2) angeordnet ist, dessen Messsignal (3) einer Signalverarbeitungseinrichtung (4) zugeleitet wird, die ein zum Messsignal (3) gegenphasiges (5) und verstärktes (6) Ausgangssignal erzeugt, das zur Ansteuerung einer Wiedergabeeinrichtung (7) dient, die in der Nähe des Kopfbereichs des Passagiersitzes (1) angeordnet ist, wobei wenigstens ein Kontrollmikrophon (8) in der Nähe des Kopfbereiches des Passagiersitzes (1) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal () einem weiteren Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung (4) zugeführt wird.
  2. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (4) eingangsseitig einen Analog-Digitalwandler (10) aufweist, dessen Ausgangssignal (11) einem digitalen Filter (12) zugeleitet wird, wobei dessen digitales Ausgangssignal (13) einen Digital-Analogwandler (14) durchläuft und anschließend zur Erzeugung eines gegenphasigen (15) verstärkten (16) Ausgangssignals (6) genutzt wird.
  3. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (4) eine Einrichtung zur Frequenzanalyse (17) und einen mit dieser verbundenen Signalprozessor (18) aufweist, wobei der Signalprozessor (18) und die Einrichtung zur Frequenzanalyse (17) steuernd auf wenigstens eine der Einrichtungen Analog-Digitalwandler (10), digitales Filter (12), Digital-Analogwandler (14), Phasenschieber (15) und Leistungsverstärker (16) zugreifen.
  4. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Frequenzanalyse (17) für Geräuschquellen spezifische Frequenzen oder Frequenzbereiche detektiert und den digitalen Filter (12) derart ansteuert, dass nur die ermittelten Frequenzen oder Frequenzbereiche zur aktiven Geräuschminderung weiterverarbeitet werden
  5. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal (5) des Phasenschiebers (15) mit einem Audiosignal (19) gemischt wird.
  6. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gemischte Signal (5) über einen Verstärker (16) zu dem am Passagiersitz angeordneten Anschluss (21) für einen Kopfhörer (22) geführt wird.
  7. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedergabeeinrichtung (7) wenigstens ein im Bereich des Passagiersitzes (1) angeordneter Lautsprecher (23) ist.
  8. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedergabeeinrichtung (7) als ein im Bereich des Passagiersitzes (1) im Bereich der Kabinenverkleidung (24) angeordneter Signalgeber (25) ausgeführt ist.
  9. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (25) flächig in der Kabinenverkleidung angeordnet ist.
  10. Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Passagiersitz (1) eine Vorrichtung (26) zur aktiven Beeinflussung der aktiven Geräuschminderung vorgesehen ist.
  11. Verwendung einer Einrichtung zur aktiven Geräuschminderung im Bereich eines Passagiersitzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Flugzeug oder Fahrzeug.
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