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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung in einem Innenraum eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, umfassend zumindest eine solche Vorrichtung.
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Aus der
DE 10 2014 018 300 A1 sind Fahrzeuge bekannt, welche eine Fahrgastzelle umfassen, die in mindestens zwei Fahrgastbereiche aufgeteilt sind. Bei einem Fahrzeug, bei welchem jedem Fahrgast seine Privatsphäre gewahrt bleibt, umfasst jede der mindestens zwei Fahrgastbereiche einen eigenen Zugang von außen, wobei jeder Fahrgastbereich einen Sitzplatz für einen Fahrgast aufweist und die Fahrgastbereiche durch durchgehende Trennwände vollständig voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht eine physische Abtrennung von Bereichen, jedoch ist eine Dämmung von Schall durch andere Nutzer schwierig, da die Wände aufgrund des begrenzten Platzangebotes nicht beliebig viel Innenraum einnehmen können.
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Ebenso sind aus dem Stand der Technik Kopfhörer bekannt, welche eine sogenannte Active Noice Reduction nutzen. Dabei werden durch Mikrofone störende Schallwellen außerhalb des Kopfhörers aufgenommen und mit einer Phasenverschiebung um 180° zusätzlich zu einem Kopfhörersignal an einem Kopfhörerlautsprecher ausgegeben. Dadurch werden die störenden Schallwellen im Ohr durch Interferenz ausgelöscht. Dieses Prinzip ist ebenso in Räumen möglich. Dies ist jedoch nur mit einem sehr hohen technischen Aufwand und mit einer hohen Anzahl an Mikrofonen und Lautsprechern möglich, welche alle aufeinander abgestimmt sein müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung in einem Innenraum eines Fahrzeugs und ein verbessertes Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Fahrzeugs durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung in einem Innenraum eines Fahrzeugs umfasst zumindest zwei Fahrgastbereiche, wobei die Fahrgastbereich durch mindestens eine Trennwand getrennt sind und ein Geräusch in mindestens einem physikalisch lokalisierten Bereich mindestens eines Fahrgastbereiches unterdrückbar ist. Erfindungsgemäß ist zur Geräuschunterdrückung mindestens ein akustisches Metamaterial in der mindestens einen Trennwand angeordnet.
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Unter einem akustischen Metamaterial wird vorliegend ein Material verstanden, welches ausgebildet ist, Geräusche, d. h. Schallwellen, zu steuern, auszurichten und zu manipulieren. Dabei umfasst das Metamaterial beispielsweise zumindest eine Membraneinheit zur zumindest nahezu vollständigen Auslöschung des entsprechenden Geräuschs.
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Hierdurch wird eine Abgrenzung von Fahrgastbereichen, sowie eine Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung realisiert, mittels welcher in zuverlässiger Weise eine aktive Geräuschunterdrückung innerhalb eines Fahrgastbereiches realisiert werden kann. Dabei wird mittels einer aus dem akustischen Metamaterial gebildeten Auslöschvorrichtung zumindest ein Gegenschall, auch als Antischall bezeichnet, erzeugt, welcher zu einem zu unterdrückenden Geräusch phasenverschoben ist, beispielsweise um 180 °, und mittels destruktiver Interferenz einen Schall des Geräuschs auslöscht oder zumindest dämpft. Somit ist es beispielsweise möglich, eine Lautstärke von Geräuschen von auf Rücksitzen des Fahrzeugs sitzenden Insassen, beispielsweise ein Geschrei von Kindern, für auf Vordersitzen des Fahrzeugs sitzende Insassen zu senken und somit einen Fahrkomfort signifikant zu erhöhen. Auch wird ermöglicht, dass von auf den Rücksitzen befindlichen Insassen geführte Gespräche von auf den Vordersitzen befindlichen Insassen nicht verstanden werden können. Auch ist es möglich, bei einer entsprechenden Anordnung der Trennwand, die Lautstärke von Geräuschen von im Fahrzeug neben einem Insassen sitzenden weiteren Insassen zu senken, so dass beispielsweise zwei sich gegenübersitzende Insassen ungestört von Sitznachbarn ein Gespräch führen können. Ferner ist es möglich, die Geräuschunterdrückung für Außengeräusche, d. h. außerhalb des Fahrzeugs auftretende Geräusche, durchzuführen. Dabei ist die Realisierung der Geräuschunterdrückung ohne massive Wand oder massive Glasscheibe möglich und die Insassen müssen keine Kopfhörer tragen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Trennwand,
- 2 schematisch eine weitere Ansicht des Innenraums gemäß 1,
- 3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Trennwand,
- 4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines als Membraneinheit ausgebildeten akustischen Metamaterials in einem ersten Zustand,
- 5 schematisch eine perspektivische Ansicht eines als Membraneinheit ausgebildeten akustischen Metamaterials in einem zweiten Zustand und
- 6 schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung, welche eine beliebige Anzahl an Membraneinheiten umfasst.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 2 ist in verschiedenen Ansichten ein Innenraum I eines Fahrzeugs 1 mit einer Vorrichtung 2 zur Geräuschunterdrückung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Trennwand 3 dargestellt. Weiterhin ist ein Fahrzeugkoordinatensystem mit einer Längsachse X, einer Querachse Y und einer Hochachse Z des Fahrzeugs 1 dargestellt.
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Die Vorrichtung 2 ist dabei dazu ausgebildet, eine aktive Geräuschunterdrückung innerhalb des Fahrzeugs 1 zwischen einem vorderen Fahrgastbereich F1, und einem hinteren Fahrgastbereich F2, zu realisieren. In einer möglichen Ausführungsform kann es sich bei dem vorderen Fahrgastbereich F1 um einen Bereich mit einem Fahrersitz 4 und einem Beifahrersitz 5, und bei dem hinteren Fahrgastbereich F2 um einen Bereich mit Rücksitzen 6, 7 handeln.
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Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung 2 eine Auslöschvorrichtung 8 zur Erzeugung eines Auslöschsignals, insbesondere eines Gegenschalls, auch als Antischall bezeichnet, welcher zu dem zu unterdrückenden Geräusch phasenverschoben ist, beispielsweise um 180 °, und mittels destruktiver Interferenz einen Schall des Geräuschs auslöscht oder zumindest dämpft.
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Die Auslöschvorrichtung 8 umfasst zwei Anordnungen von akustischen Metamaterialien 9, 10, welche jeweils an der Trennwand 3 angeordnet sind und dem hinteren Fahrgastbereich F2 und/oder dem vorderen Fahrgastbereich F1 zugewandt sind. Ebenso ist eine andere, in 1 nicht näher dargestellte Positionierung der Anordnungen von akustischen Metamaterialien 9, 10 auf der Trennwand 3 denkbar.
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Die Trennwand 3 kann beispielsweise aus einem gewichtssparenden Material, wie zum Beispiel Kunststoff oder Leichtmetall oder anderen Metallen oder Kohlefaserstrukturen oder einer Kombination aus diesen Werkstoffen, ausgebildet sein. Dabei verläuft die Trennwand 3 zumindest im Wesentlichen parallel zu der Querachse Y des Fahrzeugs 1. Es ist dabei denkbar, dass die Trennwand 3 in Richtung der Hochachse Z des Fahrzeugs 1 von oben nach unten ausziehbar ist. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen sind auch andere Befestigungspositionen der Trennwand 3 möglich, wobei die Trennwand 3 auch von unten nach oben oder in Richtung der Querachse Y des Fahrzeugs 1 seitlich ausziehbar ausgebildet sein kann.
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In weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Trennwand 3 mittels eines verschiebbar im Innenraum I angeordneten Plattenelements, beispielsweise einer Glas- oder Kunststoffscheibe, ausgebildet.
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Die Trennwand 3 ist an eine Form der Sitze 4, 5 des vorderen Fahrgastbereiches F1 sowie an eine Form des Innenraums I angepasst, um zwischen beispielsweise dem Fahrersitz 4 und dem Beifahrersitz 5 sowie zwischen jeweils zwischen dem Fahrersitz 4 und den Innenraum I begrenzenden Teilen und dem Beifahrersitz 5 und den Innenraum I begrenzenden Teilen vorhandene Freiräume zu schließen. Dabei ist die Trennwand 3 an den entsprechenden Positionen in Führungen gelagert. Hierdurch wird eine zumindest nahezu vollständige Abtrennung der Fahrgastbereiche F1, F2 erzielt. Auch eine vollständige Abtrennung zwischen den Fahrgastbereichen F1, F2 ist denkbar.
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Zur Geräuschunterdrückung ist die Trennwand 3 im aufgerichteten Zustand mit den akustischen Metamaterialien 9, 10 der Auslöschvorrichtung 8 mittels einer formschlüssigen Verbindung gekoppelt. Die formschlüssige Verbindung ist beispielsweise mittels einer Klipsverbindung und/oder einer magnetischen Verbindung und/oder einer mittels Unterdruck erzeugten Verbindung ausgebildet.
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Weiterhin ist zur Geräuschunterdrückung in nicht näher dargestellter Weise in zumindest einem Fahrgastbereich F1, F2 zumindest ein Mikrofon angeordnet, mittels welchem ein Schall erfasst wird, zu welchem die Auslöschvorrichtung 8 einen Gegenschall erzeugt.
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Um im aufgerichteten Zustand der Trennwand 3 eine Sicht der Insassen nicht zu beeinträchtigen oder eine Beeinträchtigung zumindest zu verringern, ist die Trennwand 3 in einer möglichen Ausgestaltung zumindest abschnittsweise transparent ausgebildet. Beispielsweise ist die Trennwand 3 dabei aus so genanntem Kunstglas oder aus einem Kunststoff gebildet.
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Mittels der im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigten Vorrichtung 2 ist es möglich, eine Lautstärke von Geräuschen von auf den Rücksitzen 6, 7 des Fahrzeugs 1 sitzenden Insassen, beispielsweise ein Geschrei von Kindern, für auf dem Fahrersitz 4 und Beifahrersitz 5 des Fahrzeugs 1 sitzende Insassen zu senken. Auch wird ermöglicht, dass von auf den Rücksitzen 6, 7 befindlichen Insassen geführte Gespräche von auf dem Fahrersitz 4 und Beifahrersitz 5 befindlichen Insassen nicht verstanden werden können.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Innenraums I eines Fahrzeugs 1 mit einer Vorrichtung 2 zur Geräuschunterdrückung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Trennwand 3.
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Im Unterschied zu der Darstellung in den 1 und 2 sind im Innenraum I des Fahrzeugs 1 vier Sitze 11 bis 14 angeordnet, wobei jeweils zwei Sitze 11, 12 und jeweils zwei weitere Sitze 13, 14 sich gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei sind die Sitze 11, 13 sowie die Sitze 12, 14 jeweils nebeneinander angeordnet. Ebenso ist eine Ausführungsform denkbar, in welcher ein Fahrgastsitzbereich F1 bis F4 einen einzelnen Sitz umfasst.
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Weiterhin unterscheidet sich das dargestellte Ausführungsbeispiel in 3 von dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Vorrichtung 2 dazu ausgebildet ist, eine aktive Geräuschunterdrückung innerhalb des Fahrzeugs 1 zwischen einem ersten seitlichen Fahrgastbereich F3 mit den Sitzen 11, 12 und zweiten seitlichen Fahrgastbereich F4 mit den Sitzen 13, 14 zu realisieren.
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Zu diesem Zweck ist die Trennwand 3 an einer Innenseite eines Dachs des Fahrzeugs 1, beispielsweise an einem Dachhimmel, befestigt und verläuft zumindest im Wesentlichen parallel zu der Längsachse X des Fahrzeugs 1. Dabei ist es denkbar, dass die Trennwand 3 in Richtung der Hochachse Z des Fahrzeugs 1 von oben nach unten ausziehbar ausgestaltet ist. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen sind auch andere Befestigungspositionen der Trennwand 3 möglich, wobei die Trennwand 3 auch von unten nach oben oder in Richtung der Längsachse X des Fahrzeugs 1 seitlich ausziehbar ausgebildet sein kann. Ebenso ist eine unbewegliche Ausführungsform der Trennwand 3 denkbar.
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Die Trennwand 3 ist an eine Form von Rückenlehnen des Fahrersitzes 4 und des Beifahrersitzes 5 sowie an eine Form von angrenzenden Strukturen im Innenraum I angepasst, um zwischen den Fahrgastbereichen F3, F4 vorhandene Freiräume möglichst vollständig zu schließen.
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Die akustischen Metamaterialien 9, 10 sind dabei jeweils in einem Bereich zwischen den benachbart angeordneten Sitzen 11, 13 bzw. den benachbart angeordneten Sitzen 12, 14 an der Trennwand 3 angeordnet.
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Die Funktion der Vorrichtung 2 ist dabei analog zu der in den 1 und 2 beschriebenen Funktion, mit dem Unterschied, mittels der Vorrichtung 2 eine Lautstärke von Geräuschen von im Fahrzeug 1 neben einem Insassen sitzenden weiteren Insassen zu senken, so dass beispielsweise zwei sich auf den Sitzen 11, 12 bzw. den Sitzen 13, 14 gegenübersitzende Insassen ungestört von Sitznachbarn ein Gespräch führen können.
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In den 4 und 5 ist eine perspektivische Ansicht eines akustischen Metamaterials 9 dargestellt, wie es beispielsweise in der in den 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung 2 zur Anwendung kommt. Das akustische Metamaterial 9 umfasst dabei in der vorliegenden Ausführungsform eine Membraneinheit 9.1.
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Die Membraneinheit 9.1 umfasst einen Magneten 15, welcher innerhalb von einem inneren Ring 16 angeordnet ist. Der innere Ring 16 ist dabei von einem mittleren Ring 17 umgeben. Um den Magneten 15, den inneren Ring 16 und den mittleren Ring 17 ist zusätzlich ein äußerer Ring 18 angeordnet. Beispielsweise ist der Abstand zwischen dem inneren Ring 16 und dem mittleren Ring 17 dabei deutlich geringer als der Abstand zwischen dem inneren Ring 16 und dem Magneten 15 und als der Abstand zwischen dem mittleren Ring 17 und dem äußeren Ring 18. Darüber hinaus kann der äußere Ring 18 breiter ausgebildet sein als der innere Ring 16 und der mittlere Ring 17.
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Ebenso ist der Magnet 15 über einem Elektromagneten 19 angeordnet. Der Elektromagnet 19 ist dabei mit den Ringen 16 und 18 über mindestens einen Verbindungssteg 20 verbunden. Innerhalb des äußeren Ringes 18 ist zusätzlich in nicht näher dargestellter Form eine Membran gespannt. Die Membran verläuft dabei oberhalb des zumindest einen Verbindungssteges 20, des inneren Ringes 16 und des Elektromagneten 19, sowie unterhalb des mittleren Ringes 17 und des Magneten 15.
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Die Membraneinheit 9.1 wird durch eine elektrische Spannung an dem Elektromagneten 19 zwischen einem gelösten Zustand, wie es in 4 dargestellt ist, und einem angehefteten Zustand, wie es in 5 dargestellt ist, geschaltet. Dies erfolgt durch einen Wechsel der Polarität der Spannung an dem Elektromagneten 19. In einem gelösten Zustand ist der Magnet 15 von dem Elektromagneten 19 gelöst und die Membran ist nur an dem äußeren Ring 18 fixiert. Dies ist durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt. In einem angehefteten Zustand ist der Magnet 15 an den Elektromagneten 19 angeheftet. Dadurch liegt die Membran zusätzlich neben ihrer Fixierung am äußeren Ring 18 auf dem inneren Ring 16 auf. Dies ist durch die gestrichelte Linie in 5 dargestellt. Der mittlere Ring 17 ist als ein unterstützendes Element des Elektromagneten 19 ausgebildet.
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Die Membran der Membraneinheit 9.1 wird in Schwingung versetzt, sobald sie von einer Schallwelle angeregt wird. Wird durch einen Wechsel der Polarität der an den Elektromagneten 19 angelegten Spannung der Magnet 15 an den Elektromagneten 19 angeheftet oder gelöst, so ändert sich auch die Schwingung der Membran. Diese Schwingung wird dabei beispielsweise von 850 Hz in einem angehefteten Zustand zu 450 Hz in einem gelösten Zustand und umgekehrt geändert.
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Eine einfallende Schallwelle mit einer Frequenz oberhalb oder unterhalb der Resonanzfrequenz der Membran erfährt beim Durchqueren durch die Membran eine Phasenverschiebung. Durchläuft beispielsweise eine Schallwelle mit einer Frequenz von 600 Hz eine Membran in einem angehefteten Zustand, so erfährt sie eine positive Phasenverschiebung. Durchläuft eine Schallwelle mit einer Frequenz von 600 Hz eine Membran in einem gelösten Zustand, so erfährt sie eine negative Phasenverschiebung. Der Unterschied in den Phasenverschiebungen beträgt nahezu 180 ° und führt zu einer destruktiven Interferenz.
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Zu einer Auslöschung eines Geräuschs sind in einer möglichen Ausgestaltung mehrere Membraneinheiten 9.1 bis 9.n vorgesehen, wobei mittels einer Membraneinheit 9.1 bis 9.n mit einem Magnet 15 im angehefteten Zustand die Schallwelle positiv phasenverschoben und mittels einer Membraneinheit 9.1 bis 9.n mit einem Magnet 15 im gelösten Zustand die gleiche Schallwelle negativ phasenverschoben wird, so dass als Ergebnis eine destruktive Interferenz, d. h. eine Auslöschung, auftritt.
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In 6 ist schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Auslöschvorrichtung 8, welche eine Mehrzahl von Membraneinheiten 9.1 bis 9.n umfasst, dargestellt. Die Membraneinheiten 9.1 bis 9.n können dabei wie in 6 dargestellt sowohl in Reihen als auch in Spalten angeordnet sein. Ebenso können die Membraneinheiten 9.1 bis 9.n auch in nicht näher dargestellter Form nur in einer Reihe oder nur in einer Spalte angeordnet sein.
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In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Membraneinheiten 9.1 bis 9.n zu einer Einheit zusammengefast und durch eine nicht näher dargestellte programmierbare Elektronik gesteuert. Durch ein nicht näher dargestelltes Mikrofon erfolgt eine Messung von Schallwellen in einem Fahrgastbereich F1, F2, F3 und/oder F4. Die Messung liefert eine Rückkopplung zu einem nicht näher dargestellten Kontrollsystem, welches die Membraneinheiten 9.1 bis 9.n bestimmt, die aktiviert werden, um eine Geräuschunterdrückung in mindestens einem physikalisch lokalisierten Bereich des Fahrgastbereiches F1, F2, F3 und/oder F4 zu bewirken.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass in dem Fahrgastbereich F1, F2, F3 und/oder F4 ein Sensor angebracht ist, welcher zum Beispiel zur Gestensteuerung genutzt wird und eine Position eines Kopfes einer anwesenden Person erkennt. Durch diesen Sensor ist es möglich, eine für eine anwesende Person geeignete Position für den physikalisch lokalisierten Bereich zu ermitteln. Bei einem solchen Sensor handelt es sich beispielsweise um eine Kamera, ein LIDAR-System oder ein RADAR-System. Durch eine aktive Steuerung der akustischen Metamaterialien 9, 10 ist es möglich, dass eine Geräuschunterdrückung in dem physikalisch lokalisierten Bereich auf den Kopf der anwesenden Person fokussiert wird. Dadurch wird unabhängig von der Größe der Person oder einer aktuellen Sitzposition der Person eine optimale Geräuschunterdrückung erzielt.
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Ebenso ist es denkbar, dass das Fahrzeug 1 als ein autonom fahrendes Fahrzeug ausgebildet ist, welches beispielsweise zu einem so genannten Ride-Sharing genutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Vorrichtung
- 3
- Trennwand
- 4
- Fahrersitz
- 5
- Beifahrersitz
- 6
- Rücksitz
- 7
- Rücksitz
- 8
- Auslöschvorrichtung
- 9
- akustisches Metamaterial
- 9.1 bis 9.n
- Membraneinheit
- 10
- akustisches Metamaterial
- 11 bis 14
- Sitz
- 15
- Magnet
- 16 bis 18
- Ring
- 19
- Elektromagnet
- 20
- Verbindungssteg
- F1 bis F4
- Fahrgastbereich
- I
- Innenraum
- X
- Längsachse
- Y
- Querachse
- Z
- Hochachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014018300 A1 [0003]
