EP3510590B1

EP3510590B1 - Flächiges element zur aktiven kompensation von störschall in einem innenraum sowie antischallmodul dazu

Info

Publication number: EP3510590B1
Application number: EP17737722.3A
Authority: EP
Inventors: Reto SCHLÄPFER; Markus PINKPANK
Original assignee: Oaswiss AG
Current assignee: Oaswiss AG
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: US20190147846A1; WO2017216250A1; JP2019525223A; DE102016007391A1; EP3510590A1; US10388266B2; CN109328379A

Description

Diese Erfindung betrifft ein flächiges Element zur aktiven Kompensation von Störschall in einem Innenraum, wobei dieses flächige Element als Vorhang für ein Fenster, als Stellwand, als Trennwand oder als Deckenteil ausgeführt sein kann. Zur Kompensation des Störschalls wird Antischall erzeugt, das heisst ein gezielter und künstlich erzeugter Schall, der dem Störschall überlagert wird und dessen Phase gegenüber dem Störschall so verschoben ist, sodass der Störschall ausgelöscht oder stark abgeschwächt wird. Im Idealfall beträgt die Phasendifferenz des Antischalls 180 Grad und auch dessen Lautstärke bzw. Amplitude entspricht jener des Störschalls, sodass letzterer dann theoretisch zu 100% ausgelöscht wird. Im Englischen sind dafür die Bezeichnungen Active Noise Reduction [ANR] oder Active Noise Cancellation [ANC] üblich. Das zu diesem flächigen Element zugehörige Antischallmodul ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
"Schall-Reduktions-Geräte" bzw. "active noice cancellation devices" sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, auch solche, die mit einem analogen Schaltkreis arbeiten. Es geht im Wesentlichen darum, eine Gegenwelle zu erzeugen, mit gleicher Frequenz, Intensität bzw. Schalldruck, aber um 180 Grad verschobener Phase. Solche bekannte Antischallanordnungen, mit Ausnahme der bekannten Kopfhörer, zeichnen sich durch eine mehr oder minder grosse Komplexität aus und erfordern oft erhebliche konstruktive Massnahmen und/oder komplexe Signalverarbeitungen, um ihre Wirkung zu entfalten. Solche bekannten Antischallanordnungen lassen sich prinzipiell in drei Gruppen unterteilen: Antischall-Kopfhörer, Antischallanordnungen für den Aussenbereich und Antischallanordnungen für Innenräume. Bei letzteren gibt es einerseits Anordnungen für Fahrzeuge, bei denen meist vom Fahrzeug selbst erzeugter Lärm unterdrückt werden soll, z.B. in Flugzeugen oder Autos. Andererseits gibt es Anordnungen für Innenräume, bei denen einerseits im Raum selbst erzeugter Störschall vermindert werden soll, z.B. in Büros, oder andererseits von aussen durch Fenster und Türen eindringender Störschall wie etwa Strassenlärm in Wohnräumen, Arbeits- und Büroräumen reduziert werden soll.
US 2011/0274283 A1 beschreibt Systeme zur Schallreduktion für verschiedenste Anwendungen und erwähnt auch analoge Schaltkreise (Seite 1, rechte Spalte, 8. Zeile). Auch die Anordnung einer Reihe von Schall-Eliminations-Einheiten ist erwähnt und gezeigt (Seite 1, rechte Spalte, 7, Zeile von unten). Eine einzelne Schall-Eliminations-Einheit besteht aus einem direktionalen Mikrophon, einem direktionalen Lautsprecher sowie einem Signal-Verarbeitungs-Modul (Seite 2, linke Spalte, Zeile 2-3). Solche Module können in einem ein-, zwei- oder dreidimensionalen Muster bzw. Raster angeordnet werden (Seite 2, linke Spalte, Abschnitt [0012], Zeile 5-6). Die Schallauslöschung wird mathematisch durch die Formel vor dem Abschnitt [0037] beschrieben. Und in Abschnitt [0037] werden die Variablen definiert. Ein unidirektionales Mikro von Panasonic sei z.B. geeignet (Seite 5, Abschnitt [0045]). Der Lautsprecher werde im Wesentlichen hinter dem Mikrophon positioniert (Abschnitt 45, Zeile 13-16), und die Anordnung könne auch sehr klein (very small) ausgeführt werden. Als Lautsprecher-Treiber eigne sich ein Modell von Tang Band Comp. - Abschnitt [0049]. In Abschnitt [0055] heisst es, man könne unterhalb der Resonanzfrequenz des Systems eine Schallreduktion von 15dB erzielen (ab 6. Zeile). In Abschnitt [0068], ab sechster Zeile wird die nötige Elektronik beschrieben, u.a. auch eine analoge. Spezifische Anwendungen mit zum Beispiel einer Reihe von Modulen oder mit sonstigen Anordnungen der Module werden in den Abschnitt [0077] bis [0084] beschrieben.
US 4 025 724 stammt aus den 70iger Jahren und beschreibt sound cancellation units. In Figur 5 ist eine matrix-förmige Anordnung solcher Einheiten gezeigt. In Spalte 2 ab erster Zeile heisst es, dass ein Muster oder eine Reihe von Schall-Eliminierungs-Einheiten nahe einer Oberfläche angeordnet werden und je ein Output-Signal generieren, das abhängig vom akustischen Schall ist, der von der unmittelbaren Umgebung auf der Oberfläche generiert wird. In Spalte 2, Zeile 29 heisst es, dass im Grundsatz ein Signal erzeugender Schaltkreis eingesetzt wird, welcher die Signale um 180° phasenverschiebt und dann an einen Lautsprecher schickt. Das System wird in Spalte 3, ab Zeile 59 bis Spalte 4 Zeile 10 beschrieben. In Spalte 4, Zeile 30 heisst es, dass auch mehr als ein Modul verbaut sein kann, d.h. zum Beispiel eine Reihe (array). Und in Zeile 46 heisst es: Die Mikrophone sind in einem symmetrischen Array angeordnet, hier um den Lautsprecher herum. In Spalte 7 heisst es in Zeile 34: Die horizontale und vertikale Distanz zwischen nebeneinander angeordneten Schall-Eliminations-Modulen liegt im Bereich von ca. 1.56 feet (= ca. 47cm) oder weniger.
US 2012/0155669 A1 offenbart eine Lärmreduktionseinheit wie in Figur 8a gezeigt in einer Kombination von passiver und aktiver Lärmbekämpfung - wie das etwa aus Abschnitt [0028] hervorgeht. Es wird ein Stapel von Balken eingesetzt, wobei jeder Balken eine Reihe von Lärm-Eliminations-Einheiten mit Mikros 62 und Lautsprechern 61 enthält, und eine Anzahl solcher Balken parallel angeordnet sind. Im Innern der Balken gibt es lärmdämmendes Material. Die Einheit kann bei geöffnetem Fenster in dasselbe hineingestellt werden, um den Lärm von aussen weitgehend zu eliminieren, wie das [0032] und [0037] weiter ausgeführt wird.
Die US-Patentanmeldung US2007/0223714 A1 betrifft in erster Linie Antischall-Massnahmen im freien Raum. Dabei wird sowohl der an der Oberkante einer schalldämmenden Wand gebeugte Störschall als auch der direkte, das heisst unmittelbar auf den Empfänger einwirkende Störschall betrachtet. Dazu sind jeweils einerseits Lärm-Sammel-Mikrofone, sogenannte "noise collection microphones", nahe an der Störschallquelle angeordnet, und andererseits Lärm-Korrektur-Mikrofone "noise correction microphones" in der Nähe des Empfängers, das heisst im vom Schall zu schützenden Bereich. Die in den Figuren 7 bis 11 dieser Patentanmeldung gezeigten Beispiele für Antischallwände und die zugehörige Beschreibung sind zwar nicht ganz deutlich, aber es sind offensichtlich solche "noise collection" Mikrofone nahe der Störschallquelle angeordnet oder auf diese hin gerichtet, andererseits sind "noise correction microphones" im schallgeschützten Bereich vorgesehen. Es fällt auf, dass nach diesem Dokument die Antischall-Lautsprecher s0cheinbar senkrecht zur Schall-Eingangsrichtung angeordnet sind, was wegen der Abstrahlcharakteristik von Lautsprechern aber auch wegen ihres Abstandes wohl eine weniger effektive Anordnung ist. Dazu kommt, dass die gesamte Anordnung, das heisst alle Mikrofone und Lautsprecher, über ein ausgedehntes Netzwerk miteinander verbunden sind und dadurch gesteuert und fest installiert werden.
Die US-Patentanmeldung US2006/0285697 A1 von M. Nishikawa et al. zeigt eine weitere Reihe höchst unterschiedlicher Beispiele bzw. Ausführungen. Allerdings beziehen sich diese prinzipiell auf Antischall-Massnahmen im freien Raum, wobei ausschliesslich der gebeugte Schall beeinflusst bzw. ausgelöscht werden soll. In einigen Figuren, besonders in den Figuren 33 bis 36, ist eine Art Antischallwand angedeutet. Allerdings beziehen sich auch diese Ausführungsformen nur auf Störschall, der an der Oberkante einer massiven Schallschutzmauer gebeugt wird. Dieser "gebeugte Schall" soll durch entsprechenden Antischall minimiert werden. Dazu dienen zwei Gruppen von mehreren Mikrofonen, eine Gruppe auf der Oberkante der Schallschutzmauer zur Sammlung des Lärms bzw. "noise collection", und eine andere Gruppe zur Fehlerkorrektur bzw. "error correction" im schallgeschützten Bereich, das heisst nahe der Empfängerperson und nahe mehrerer Lautsprecher. Das Ganze ist wiederum über ein ziemlich komplexes und fest installiertes Netzwerk von Sendern, Empfängern und Verarbeitungseinheiten verbunden. Ein analoges Netzwerk ist in Figur 31, ein digitales in Figur 32 dieses Dokumentes gezeigt.
Das japanische Patent JP 4 742 064 B2 , veröffentlicht als JP2008/241899 A , zeigt einen Vorhang von streifenförmigen Flachlautsprechern, die von einer gemeinsamen Kontrolleinheit angesteuert werden. Letztere empfängt Signale von einem drahtlosen Mikrofon. Der von diesem einen zentralen Mikrofon aufgenommene Schall soll aktiv kompensiert werden. Dieses Patent zeigt offensichtlich keine Lösung für von draussen in einen Innenraum eintretenden Lärm oder Schall. Es wird allein das Innengeräusch an einem einzigen Mikrofon beim Nutzer kompensiert, sodass dort ganz lokal ein schallgeschützter Bereich erzeugt wird.
Das US-Patent US 9 230 534 B2 von Xu betrifft im Wesentlichen eine Anordnung mit je einem Richt-Mikrofon aussen und innen und einer HiFi-Lautsprecher-Anlage innen, wobei der Schwerpunkt auf der Signalverarbeitung der Mikrofone und der Ermittlung eines passenden Antischalls liegt. Immerhin ist hier eine "Outdoor/Indoor"-Lösung für die Behandlung von Lärm von draussen gezeigt, der in einen Innenraum eindringt. Wiederum wird ein Netzwerk mit einem aussen angebrachten Mikrofon und einer ziemlich komplexen Steuerung eingesetzt.
Ein weiteres Beispiel für eine "Outdoor/Indoor"-Lösung findet man in Form eines vor einigen Jahren unter dem Handelsnamen "Sono" gezeigten Antischall-Gerätes. Dieses etwa handgrosse Gerät soll an Fensterscheiben angebracht werden und es soll die Vibrationen der Außenscheibe wahrnehmen und an der Innenscheibe ein gegengleiches Signal erzeugen. Offenbar soll die Innenscheibe selbst als Membran für die Schallerzeugung dienen. Experimentell sei gezeigt worden, dass damit eine Reduktion des Störschalls um 12 db erreichbar sei. Weiterhin soll das Sono-Gerät ein gewünschtes angenehmes Geräusch erzeugen können, was natürlich kein Antischall ist, sondern eine Überdeckung oder Maskierung des Störschalls. Allerdings ist das Gerät derzeit nicht auf dem Markt zu finden. Der prinzipielle Aufbau des Geräts ist im Internet publiziert und kann hier gefunden werden: http://www.technikjournal.de/cms/front content.php?idcat=59&idart=823
Ob die beschriebenen Funktionen und Leistungen tatsächlich erzielt werden, ist mangels Erhältlichkeit jedoch nicht nachprüfbar. WO 01/37256 A1 als nächstliegender Stand der Technik zeigt eine vorhangähnliche Einrichtung zur Kompensation von Störschall in Innenräumen. Einzelne Module sind zu einem Vorhang verbunden und sie schliessen je ein Mikrophon, einen Verstärker und einen Vibrator ein, gesteuert von einer zentralen elektronischen Schaltung in einer Kombination mit Filtern. Desweiteren offenbart DE 21 39 941 A1 ein hochmodularisiertes Antischallsystem. wie das aus Anspruch 1 und Figur 1a des Dokumentes hervorgeht, und welches jeweils im Wesentlichen aus einem Schallsensor 2, einem Regelglied 3 und dem eigentlichen Antischallgeber 4 besteht und gitterförmige mechanische und elektrische Verbindungen 5 einschliesst. WO 02/095725 A1 offenbart ein Antischallsvstem in Form von dünnen Lamellen, wie in Anspruch 1 und den Figuren 1 und 5 gezeigt. Und CN 205 144 265 U offenbart einen Antischall-Vorhang vor einem Fenster mit mehreren Mikrophonen und Lautsprechern, wie das aus Anspruch 1 und Figur 3 hervorgeht. Schliesslich offenbart US 5 315 661 eine Antischallwand aus verbundenen AntischallModulen.
Insgesamt ergibt sich als Befund, dass elektronische Baueinheiten für das Reduzieren oder gar Eliminieren von Schall - auch analog funktionierende aus Mikro, Elektronik und Lautsprecher bekannt sind. Auch die Anordnung solcher Einheiten in Reihen oder auch matrixförmig ist bekannt. Diese bekannten Lösungen weisen indessen alle zu grosse und/oder zu schwere Antischall-Module auf, als dass diese geeignet wären, unauffällig in einen Vorhang eingebaut zu werden.
Die oben genannten Beispiele geben zwar viele Hinweise, aber sie zeigen einige mehr theoretische als effektiv praktikable Antischall-Lösungen auf. Die erwähnten Lösungen fanden bisher kaum Verbreitung, wenn sie denn überhaupt je kommerziell umgesetzt wurden. Sie sind auch durchwegs recht kompliziert aufgebaut und - mit Ausnahme des funktionell unbekannten Sono-Geräts - aufwändig anzubringen und relativ schwierig an die jeweilige Lärmsituation anzupassen. Insgesamt sind diese Lösungen weit entfernt von einer Antischall-Lösung, die nicht nur eine besonders einfache, höchste kompakte und leichte Bauweise aufweist, sondern sich auch nachträglich und ohne profunde Sachkenntnisse installieren lässt, und die dennoch beeindruckend wirkungsvoll Störschall zu reduzieren oder gar fast zu eliminieren vermag.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es angesichts dieser Ausgangslage, ein flächiges Element zur aktiven Kompensation von Störschall in einem Innenraum zu schaffen, wobei dieses flächige Element als Vorhang für ein Fenster, als Stellwand oder Trennwand oder als Deckenteil ausgeführt sein kann. Zur Kompensation des Störschalls soll Antischall erzeugt werden, das heisst ein gezielter und künstlich erzeugter Schall, der dem Störschall überlagert wird und dessen Phase gegenüber dem Störschall so verschoben ist, dass der Störschall ausgelöscht oder stark vermindert wird. Dieses flächige Element soll besonders kostengünstig herstellbar sein und somit eine preiswerte Antischalleinrichtung für Innenräume schaffen, die einfach an verschiedene Örtlichkeiten und ihre besonderen Gegebenheiten anpassbar ist und daher für nahezu beliebige Innenräume geeignet ist. Eine wesentliche Vorgabe für dieses flächige Element ist dabei, dass es die Möglichkeit einer unkomplizierten, insbesondere nachträglichen Installation durch Nichtfachleute bieten soll, vor allem im Falle eines Vorhanges sowie einer Stell- oder Trennwand. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines geeigneten Antischallmoduls für den Einbau in ein solches flächiges Element. Die Antischall-Lösung in Form dieses flächigen Elementes soll also eine besonders einfache, sehr kostengünstig herstellbare, höchste kompakte und leichte Bauweise aufweisen, sich auch nachträglich und ohne profunde Sachkenntnisse von Laien installieren lassen, und dennoch beeindruckend wirkungsvoll Störschall reduzieren oder gar eliminieren können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem flächigen Element gemäß dem Patentanspruch 1, sowie Antischallmodul gemäss dem Patentanspruch 13.
Kurz gesagt besteht dieses flächige Element als Antischallanordnung aus einer Mehrzahl von darin enthaltenen, gleichartig aufgebauten, voneinander unabhängigen, gewissermassen autarken Antischallmodulen - im Gegensatz zu einem bekannten komplexen Netzwerk. Diese Antischallmodule sind kompakt und enthalten - im Gegensatz zu verteilten Komponenten wie bisher praktiziert - alle notwendigen Bauteile für die Erzeugung des erforderlichen Antischalls, d.h. mindestens je ein Mikrofon, eine elektrische Schaltung und einen Lautsprecher. Einzig für die Stromversorgung und eine externe Lautstärkeregelung ist gegebenenfalls ein äusserer Anschluss erforderlich, sofern nicht eine Batterie-, Akku- oder Solar-Lösung und/oder eine fest eingestellte Lautstärke gewählt wird. Diese Antischallmodule können in einer beispielsweise zweidimensionalen Anordnung beliebig kombiniert, konfektioniert und im Abstand zueinander optimiert werden. Dies erlaubt eine Anordnung, die sich weitgehend an die Form einer Störschall-Eintrittsstelle anpassen lässt, zum Beispiel als eine umgekehrte U-Form, die den durch ein gekipptes Fenster eintretenden Störschall kompensiert. Irgendwelche "Korrektur-Mikrofone" mit entsprechender elektrischer Vernetzung sind unnötig. Die Anpassung an die gegebenen Störschall-Verhältnisse erfolgt einfach durch die Auswahl, Anordnung und Einstellung der Lautstärke beziehungsweise durch den Verstärker-Effekt der einzelnen Antischallmodule. Dadurch kann die gewünschte Störschall-Kompensation einerseits bei der Installation durch einfaches Ausprobieren eingestellt und andererseits bei irgendeiner Änderung der Störschall-Verhältnisse jederzeit mit geringem Aufwand nachgebessert werden. Durch die mögliche unsichtbare Integration der Antischallmodule in andere funktionale Einrichtungsgegenstände, die sich als flächige Elemente ausführen lassen, zum Beispiel in einen Lamellenvorhang, bleibt im Gegensatz zu Apparaturen, die zum Beispiel am Fenster kleben, die Wohn-Atmosphäre und Ambiance des Innenraumes optisch ungestört.
Die vorliegende Erfindung zeigt daher eine Lösung, die in erster Linie das zuletzt beschriebene Problem angeht, nämlich die Reduktion oder Auslöschung von unerwünschtem Aussenlärm und meist ortsfestem Innenlärm in Innenräumen, und sie bietet sozusagen eine reine Innenraum-Lösung, die nicht nur einfach aufgebaut ist, sondern sich auch nachträglich und ohne grosse Sachkenntnis installieren lässt. Hervorstechende Merkmale und Vorteile eines solchen flächigen Elementes gemäss der Erfindung sind in folgenden Sachverhalten zu sehen:

1. Ultraflacher, leichter und kompakter Aufbau der Einheiten von Antischallmodulen, sodass sie in einen Vorhang elegant integrierbar sind - kaum sichtbar.
2. Spezielle, parallel geschaltete Energieversorgung von ganzen Reihen von Einheiten bzw. Antischallmodulen, elegant ausgeführt, mit minimalem Aufwand, und ebenfalls kaum sichtbar.
3. Aufbau der Einheiten besonders kostengünstig, mit einfacher analoger Schaltung und effizienter Wirkung.
4. Dank des modularen Aufbaus und der einfachen Konfektionierung, beliebige und unkomplizierte Anpassung an die Grösse und Geometrie (z.B. Fenster aufgeklappt oder ganz offen) des Schalleintritts.
5. Von Laien mit einfacher Anleitung problemlos selbst verbaubar.
6. Die Matrix mit Abständen von ca. 15cm zwischen den Einheiten ist besonders wirksam über ein breites Frequenzband und erzielt eine maximale Schallreduktion im Frequenzbereich von 500 Hz bis 1200Hz, und bei 703.2 Hz gar optimale Schallreduktion von bis zu 20dB.
7. Die Antischall-Module sind eingebettet in Polyesterfilz, je mit Gummikappe - und eine geklebte Montage der Einheiten ist besonders einfach, gewichtssparend, schnell und kostengünstig in der Anwendung.

Durch den Aufbau mit autarken Antischallmodulen ist keine weitere Signalverarbeitung nötig, um z.B. Lärm aus unterschiedlichen Richtungen zu kompensieren. Auch erlaubt dies die Herstellung kostengünstiger Varianten, z.B. optimiert auf die Grösse des Bereiches des Schalleintritts. So können für die Anbringung an einem Fenster unterschiedliche Modulanordnungen entwickelt werden, je nachdem, ob das Fenster nur gekippt bzw. aufgeklappt oder ganz geöffnet werden kann oder soll. Zur Kompensation von Störschall, der im Raum entsteht, z.B. in einem Grossraumbüro mit lauten Maschinen oder einem geräuschvollen Meeting-Bereich, können die autarken Antischallmodule in bewegliche oder feste Trennwände oder Vorhänge als flächige Elemente integriert werden. Weiter ist es möglich, Antischallmodule in flächige Elemente zu integrieren, die als Decken-oder Wandkonstruktionen ausgeführt sind, um Störschall aus einem darüber liegenden Stockwerk bzw. aus einem Nebenraum zu kompensieren.
Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, den Zeichnungen und den Patentansprüchen entnommen werden. Nachfolgend sind anhand dieser Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Übersichtszeichnung eines typischen Antischallmoduls für die Ausrüstung eines flächigen Elementes gemäss der Erfindung;
Fig. 2: ein Blockschaltbild der in einem Antischallmodul des flächigen Elementes vorgesehenen elektrischen Bauteile;
Fig. 3: ein Beispiel für ein Antischallmodul für das flächige Element mit mehreren Mikrofonen und/oder Lautsprechern;
Fig. 4: eine typische Anordnung mehrerer Antischallmodule in einem als Vorhang ausgeführten flächigen Element an einem Fenster;
Fig. 5: eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der Antischallmodule eines Vorhanges bei aus senkrecht zum Vorhang einfallendem Lärm, in einer Ansicht von oben gesehen dargestellt;
Fig. 6: eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der Antischallmodule eines Vorhanges bei aus unterschiedlichen Richtungen einfallendem Lärm, in einer Ansicht von oben gesehen dargestellt;
Fig. 7: ein Ausführungsbeispiel eines flächigen Elementes als Vorhang für ein aufgeklapptes Fenster;
Fig. 8: ein Ausführungsbeispiel eines flächigen Elementes als Lamellenvorhang;
Fig. 9: Einen Deckel, in seine Innenseite hineingesehen;
Fig. 10: Den Deckel in perspektivischer Ansicht auf seine Innenseite gesehen;
Fig. 11: Den Deckel auf seine Rückseite gesehen;
Fig. 12: Einen Fliz-Einsatz;
Fig. 13: Einen Elastomer-Einsatz auf seine Rückseite gesehen;
Fig. 14: Einen Elastomer-Einsatz auf seine Vorderseite gesehen;
Fig. 15: Einen Lautsprecher in perspektivischer Ansicht dargestellt;
Fig. 16: Den Lautsprecher auf seine Rücksehen gesehen;
Fig. 17: Den Lautsprecher auf seine Vorderseite gesehen;
Fig. 18: Eine Platte in perspektivischer Ansicht dargestellt;
Fig. 19: Eine Draufsicht auf diese Platte;
Fig. 20: Die Platte von hinten gesehen;
Fig. 21: Das zusammengebaute Modul in einer perspektivischen Ansicht dargestellt;
Fig. 22: Das zusammengebaute Modul in einer Draufsicht auf die Vorderseite, von welcher der Antischall abgestrahlt wird.

Die Figur 1 zeigt schematisch die äussere Gestaltung eines Antischallmoduls 12 zum Einbau in ein flächiges Element gemäss der Erfindung, sei dieses flächige Element nun ausgeführt als Vorhang, als Stellwand oder Trennwand, als in einen Raum einbaubares Deckenteil oder als Wandteil. Das Antischallmodul 12 umfasst in einer ersten Ausführung als Kernstück eine Schaltungsplatine, welche zusätzlich als Verbindungselement für die einzelnen Bauteile zur Erzeugung des Antischalls dient, insbesondere für den Lautsprecher 2. Kunststoffelemente, beispielsweise ein Deckel 26 und eine Platte 29 sind günstig aus ABS, das heisst aus Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren herstellbar. Es handelt sich um thermoplastische Terpolymere, die jedoch relativ aufwändig in der Entwicklung sind. Diese Kunststoffelemente stabilisieren dank optimiertem Design effektiv die inliegende Platine und geben zum Beispiel einem als Lamellenvorhang gestalteten Vorhang die richtige Form. Zudem dient ein grössenoptimiertes Kunststoffelement (z.B. ein Deckel 26) als Resonanzkörper für den Lautsprecher. Der verwendete Kunststoff wurde erfolgreich einem UV-Stresstest unterzogen. Das Antischallmodul weist zur Aufhängung und gegebenenfalls Verbindung mit weiteren Antischallmodulen Aufhängungselemente 3 auf, an denen sich Verbindungselemente anbringen lassen. Diese Verbindungselemente können auch zur Stromzuführung und/oder elektrischen Regelung, insbesondere zur Lautstärkeregelung dienen. Zur Befestigung des Lautsprechers kann ein günstig produzierbares und widerstandsfähiges Elastomer eingesetzt werden, das dank einem besonderen Design den Lautsprecher mit minimaler Übertragung der Vibrationen fixiert. UV-Stresstests bewiesen die Widerstandsfähigkeit und Dauerhaftigkeit dieses Elastomers. Ein Polyesterfilz in optimierter Dicke und Dichte, in welchen der Lautsprecher 2 eingebettet ist, dämpft die Vibrationen des Lautsprechers 2, sodass die Vibrationen nicht auf die Platine und die Kunststoffelemente übertragen werden.
Auf der dem Lautsprecher 2 abgewandten Rückseite ist mindestens ein Mikrofon 4 angeordnet, das der Störschallquelle zugewandt ist. Es können auch mehrere Lautsprecher 2 und/oder Mikrofone 4 in einem Antischallmodul 12 angeordnet sein. Die Tiefe des Antischallmoduls 12 ist in erster Linie durch die Abmessungen des oder der - falls mehrere verwendet werden - Lautsprecher 2 bedingt. Beispielhafte Abmessungen eines Antischallmoduls 12 mit einem Lautsprecher 2 sind 150x100_mm, mit einer Tiefe von 30-50 mm oder weniger. Als solche Lautsprecher 2 eignen sich günstige, kleine, flache Lautsprecher mit guter Leistung, vor allem bei tieferen Frequenzen, und mit zum Beispiel einer Nennbelastbarkeit von 4W sowie einer Nennimpedanz von 8 Ohm, welche allerdings als Kehrseite relativ grosse Abweichungen der Phase und der Amplitude über den Frequenzverlauf aufweisen. Diese Abweichungen wurden in der Entwicklung aufwändig und innovativ durch Filter kompensiert. Mit Ausnahme von vier Lötvorgängen für die Stromversorgung der einzelnen Lautsprecher 2 kann das Antischallmodul 12 entweder lose zusammengefügt werden oder seine Bestandteile können mit unelastischem Sekundenkleber miteinander verklebt werden. Alle Komponenten sind optimal aufeinander abgestimmt, um die notwendige Effektivität zu erreichen. Die einzelnen Anti Noice Components ANC bzw. Anti-Lärm-Einheiten 12 können durch stromleitende, relativ stabile und vor allem tragfähige Kupferbänder untereinander verbunden werden. Dies erfolgt ausschliesslich durch Stanzvorgänge zum Anpassen der Kupferbänder, zum Beispiel mit zwei bis vier pro Platine. Die einzelnen Antischallmodule werden also mit dünnen Kupferstreifen verbunden, deren Enden durch Stanzen mit den Antischallmodulen 12 fest verbunden werden können und dann wirken diese Kupferstreifen einerseits als Befestigungsstreifen wie auch andererseits gleichzeitig als elektrische Versorgungsleitungen.
In einer ersten Ausführungsform des Antischallmoduls 12 für das flächige Element ist eine Lautstärkeregelung über Fernsteuerung per Funk oder Kabel vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform des Antischallmoduls 12 wird die Lautstärke, das heisst praktisch die Verstärkung des Mikrofon-Signals, bei der Produktion fest eingestellt. Auf einer Schaltungsplatine 1 befindet sich eine elektrische Schaltung, die nachfolgend beschrieben wird.
Die Figur 2 zeigt das Blockschaltbild dieser elektrischen Schaltung für die Antischallmodule, die in ein flächiges Element integrierbar sind. Diese Schaltung wird mit günstigen Surface-Mounted-Devices, d.h. SMD-Komponenten bestückt, inklusive Mikrofon. Das Mikrofon 4, zum Beispiel ein unidirektionales Audio-Mikrofon wie das AUM-5047L-3-LW100-R der Firma PUI Audio, 3541 Stop Eight Rd. in Dayton, OH 45414, USA, speist einen Vorverstärker 6, der über eine Filter/Anpass-Schaltung 7 und einen Lautstärkeregler 8 mit einer Endstufe 9 verbunden ist. Letztere liefert das phasenverschobene, dem Störschallpegel angepasste Ausgangssignal an den Lautsprecher 2, der bereits in Figur 1 gezeigt wurde. Die elektrische Schaltung kann - komplett oder teilweise - als integrierte Schaltung (IC) auf einer Schaltungsplatine 1 ausgebildet sein oder aus handelsüblichen elektronischen Komponenten aufgebaut sein. Es kommen dabei ausschliesslich (oder mit wenigen Ausnahmen) günstige SMD-Komponenten inklusive Mikrofon zum Einsatz. In einer Variante kann das Antischallmodul 12 einzig aus einer geeignet geformten Schaltungsplatine 1 bestehen, die mit den verschiedenen SMD-Komponenten bestückt ist, also auch als Halterung für den Lautsprecher 2 dient, um Kosten und Gewicht zu sparen. In dieser Ausführung wird kein eigentliches geschlossenes Gehäuse, sondern ein Deckel 26 sowie eine Platte 29 zur Unterbringung der einzelnen Komponenten bzw. Bauteile benötigt.
Das Mikrofon 4 ist, wie in der obigen Beschreibung zur Figur 1 erwähnt, auf der dem Lautsprecher 2 gegenüberliegenden Seite des Antischallmoduls 12 angeordnet. Die Verwendung eines Richtmikrofons, beziehungsweise eines Mikrofons mit einer relativ engen Richtcharakteristik ist empfehlenswert, um die akustische Rückkopplung mit dem im gleichen Antischallmodul 12 untergebrachten Lautsprecher 2 auszuschliessen bzw. zu minimieren. Trotz der Phasendrehung des akustischen Ausgangssignals, das heisst des Antischalls, muss diese mögliche Rückkopplung wegen des relativ breiten genutzten Frequenzbandes, üblicherweise bis zu 2000Hz, vermieden werden.
Die Filter/Anpass-Schaltung 7 enthält vorzugsweise einen Tiefpassfilter mit einer oberen Grenzfrequenz von zum Beispiel f_g = 2kHz, sowie weitere Filter, die den Phasen-und Amplitudenverlauf der Verstärkungsschaltung und insbesondere den Phasen- und Amplitudenverlauf des oder der Lautsprecher 2 kompensieren. Dadurch wird die erforderliche Phasendrehung von - im Optimalfall - 180 Grad erzeugt. Versuche zeigten, dass mit einer Phasendrehung von rund 180 Grad bei 703.2 Hz eine maximale Schallreduktion von bis zu 20 dB erzielt werden kann.
Die Lautstärke regelt der Lautstärkeregler 8 vorzugsweise nichtlinear mit Hilfe der externen Spannungsversorgung, nämlich mittels der Speiseschaltung 10. Dabei wird eine minimale Stromaufnahme angestrebt, da gegebenenfalls eine Vielzahl von Antischallmodulen 12, zum Beispiel 50 Antischallmodule 12 in einem flächigen Element, versorgt werden muss. Wie im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt kann jedoch auch eine manuelle beziehungsweise voreingestellte Lautstärkeregelung erfolgen.
Die Endstufe 9 ist im Beispiel für ca. 4W ausgelegt. Mit dieser Leistung wird als Beispiel ein 8-Ohm-Lautsprecher 2 betrieben, z.B. der Typ SC 4.9 FL der Firma VISATON GmbH & Co. KG., Ohligser Str. 29-31, D-42781 Haan, Deutschland. Dieser 4W-Lautsprecher zeichnet sich durch eine geringe Grösse mit Aussenmassen von 90 mm x 40 mm und vor allem einer Bautiefe von nur 14 mm aus, womit ein recht flaches, leichtes Antischallmodul 12 verwirklicht werden kann. Es können selbstverständlich ähnliche Lautsprecher eingesetzt werden, womöglich noch kompaktere. Insgesamt bringt dann ein komplettes einzelnes Antischallmodul 12 dieser Bauart weniger als 200 Gramm auf die Waage, nämlich bloss 150 Gramm. Dieses geringe Gewicht erlaubt es, die Antischallmodule 12 in einer Vielzahl in einen textilen Vorhang, einen Lamellenvorhang oder andere flächige Elemente zu integrieren.
Die Stromversorgung der Antischallmodule 12 des flächigen Elementes erfolgt mit Niedervolt-Spannung über zwei elektrische Versorgungskabel mit einem einzigen Lautstärkeregler für die gesamte Installation, entweder über einen hier nicht gezeigten externen Anschluss, oder es ist eine Batterie oder ein Akku im Antischallmodul 12 vorgesehen, und die Niedervolt-Spannung wird aus einer Batterie oder einem Akku bezogen. Ebenso kann ein externer Anschluss vorgesehen werden, falls eine kabelgebundene Lautstärkeregelung verwendet wird.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines einzelnen Antischallmoduls 12 für einen Vorhang als flächiges Element. In dieser Ausführungsform sind im Antischallmodul 12 ausser dem Lautsprecher 2 und der Schaltungsplatine 1 zwei Mikrofone 4 und 4' angeordnet, wobei die Mikrofone wie schon in Figur 1 gezeigt dem Lautsprecher 2 gegenüberliegen. Dadurch kann die elektrische Schaltung auf der Schaltungsplatine 1 dem Lautsprecher 2 ein ausgewogeneres Signal übermitteln, um den Antischall zu erzeugen. Durch den Abstand zwischen Mikrofon und Lautsprecher ergibt sich eine Phasenverschiebung bei schräg von oben oder unten einfallendem Schall zwischen dem Ort des Mikrofons und des Lautsprechers. Durch geeignete Verschaltung zweier Mikrofone 4, 4' mit gleichem Abstand zum Lautsprecher 2 lässt sich diese Phasenverschiebung kompensieren. Alternativ sind auch Kombinationen von vier Mikrofonen und einem Lautsprecher möglich, oder von zwei Mikrofonen mit zwei Lautsprechern. Auch andere Kombinationen sind möglich.
Die Figur 4 stellt eine typische Anordnung der Antischallmodule 12 in einem Vorhang als flächiges Element 24 dar, geeignet für die Ausrüstung eines zweiflügeligen, vollständig geöffneten Fensters 13 oder einer entsprechenden Öffnung. Im Innenraum sind, im Wesentlichen mittig innerhalb des Fensters 13 angeordnet, fünf Reihen von je fünf senkrecht miteinander verbundenen Antischallmodulen 12 im Vorhang integriert. Die den Antischall erzeugenden Lautsprecher 2 sind schematisch dargestellt. Die Antischallmodule 12 sind an optisch kaum bemerkbaren Drähten 11 als gleichzeitige Versorgungsleitungen aufgehängt beziehungsweise miteinander verbunden. Je nach Bauweise der Antischallmodule 12 - wie oben beschrieben - dienen diese Drähte 11 auch zum Ein- und Ausschalten, zur Steuerung/Regelung, insbesondere Lautstärkeregelung und/oder zur Stromversorgung der Antischallmodule 12. Anzahl und Anordnung der Antischallmodule 12, hier in einem 5x5-Raster gezeigt, sind natürlich frei und werden so gewählt, dass der gewünschte Grad der Störschall-Auslöschung oder der Störschall-Verminderung über den angestrebten Frequenzbereich erreicht wird. So ist es durchaus möglich, eine entsprechende Anzahl Antischallmodule 12 nur am Rand eines Fensterflügels anzuordnen, wie in Figur 7 gezeigt und gemäss der zugehörigen Beschreibung, um zum Beispiel Kosten zu sparen und die Durchsicht durch das Fenster nicht unnötig zu behindern, wenn auch so die gewünschte Störschall-Auslöschung oder Störschall-Verminderung erreicht wird.
Die Figuren 5 und 6 zeigen schematisch die Wirkungsweise bei unterschiedlichen Richtungen und Eigenschaften (z.B. statisch versus dynamisch) des einfallenden Lärms. Das erfindungsgemässe flächige Element 24 als Schallschutzanordnung, hier in Form eines Vorhangs mit autarken Antischallmodulen 12, erlaubt es, die Dynamik des zu korrigierenden Störschalls, zum Beispiel des Lärms eines vorbeifahrenden Autos, "nachzuempfinden" und eine passende Kompensation zu erreichen.
Die Figur 5 zeigt senkrecht von aussen einfallenden Störschall 14 mit Einfallsrichtung 17, welcher durch ein Fenster oder eine Öffnung dringt. Dargestellt sind die Begrenzungswände 13 des Fensters, und an deren Rändern wird der auftreffende Schall teilweise gebeugt, wonach es sich um gebeugten Störschall 15 handelt. Die Antischallmodule 12 des flächigen Elementes 24 erzeugen einen gleichmäßigen Antischall 16, der mit 180 Grad Phasenverschiebung dem einfallenden Störschall 15 überlagert wird und so die erwünschte Lärmreduktion erzielt.
Die Figur 6 zeigt schräg von aussen einfallenden Störschall 14' mit Einfallsrichtung 17', welcher durch das Fenster oder eine Öffnung dringt. Die Öffnung ist wiederum dargestellt durch die Begrenzungswände 13. Im Innenraum tritt der Störschall mit gebeugten Störschallwellen 15' auf. Die Antischallmodule 12 erzeugen einen der räumlichen Dynamik angepassten Antischall 16', der mit 180 Grad Phasenverschiebung den Störschallwellen 15' überlagert wird und dadurch die gewünschte Lärmreduktion erzielt. Durch die Verteilung der Antischallmodule 12 im flächigen Element 24 wird der Phasenunterschied der einfallenden Störschallwellen - zum Beispiel zwischen dem linken und rechten Rand des Fensters oder der Öffnung - bei der Erzeugung des Antischalls berücksichtigt.
Wie oben bereits erwähnt, ist ein einzelnes Antischallmodul 12 etwa 150 mm x 100 mm gross, mit einer Tiefe oder Dicke von 30-50 mm oder weniger. Die horizontale und/oder vertikale Anordnung soll etwa alle 100 mm bis 200 mm ein Antischallmodul 12 vorsehen. Dies hängt wesentlich von der - auch durch den zu kompensierenden Frequenzbereich abhängigen - Gesamtanordnung der Antischallmodule 12 im flächigen Element 24 ab, zum Beispiel in einem Vorhang. In einem Lamellenvorhang, wie er weiter unten gezeigt und beschrieben ist, wird zum Beispiel eine solche Anordnung vorgesehen.
Die Figur 7 zeigt ein Beispiel einer Anwendung für ein gekipptes, also nicht voll geöffnetes Fenster 18, für eine Tür oder einen Durchgang zwischen zwei Räumen, der zum Beispiel mit einem schalldämmenden Vorhang als flächiges Element 24 versehen ist. Da der Störschall in den zu schützenden Innenraum primär durch Öffnungen eintritt, können diese dank dem modularen Aufbau gezielt mit dem erfindungsgemässen flächigen Element 24 in Form eines Vorhangs abgedeckt und somit der Lärm effektiv und kostengünstig, das heisst mit weniger Antischallmodulen 12, reduziert werden. Beim in Figur 7 gezeigten, nur gekippten und somit nicht voll geöffneten Fenster 18, müssen nur diejenigen Bereiche, welche direkt vor den Öffnungen liegen, mit Antischallmodulen 12 bestückt werden. Die auf dem Kopf stehende U-Formation der Antischallmodule 12 erfüllt diese Forderung. Natürlich muss die Antischallanordnung bei einer Tür oder einem Durchgang genügend Freiraum lassen, damit Personen hindurch gehen können.
Es ist vorteilhaft, die Antischallmodule 12 innerhalb des flächigen Elementes 24 bzw. Vorhangs durch eine Aufhängung miteinander zu verbinden, die sowohl die mechanische Stabilität gewährleistet als auch die Stromversorgung und gegebenenfalls die Lautstärkesteuerung beinhaltet. In den meisten Fällen wird es von Vorteil sein, diese Aufhängung insgesamt flexibel zu gestalten, etwa durch die Verwendung von Kabeln oder Drähten als Verbindungselemente. Aus gestalterischen Überlegungen heraus können die Antischallmodule 12 als Attrappen konfektioniert werden oder mit einer bestimmten Art Vorhang kombiniert oder in einen besonderen Vorhang integriert werden, zum Beispiel in einen Lamellenvorhang.
In Figur 8 ist ein Beispiel für einen solchen Lamellenvorhang gezeigt. In einer Gewebe- oder Stoffbahn 25 ist eine der Länge der Bahn 25 entsprechende Anzahl von Antischallmodulen 20 fest angeordnet, zum Beispiel in länglichen Taschen eingenäht oder eingeklebt, unter Umständen ergänzt durch ein zusätzlich formgebendes Kunststoff- oder Leichtmetallgestell. Diese Bahn 25 mit den Antischallmodulen 20 bildet eine Lamelle 19, wie sie ähnlich in Vertikal-Lamellen-Vorhängen verbreitet sind. Im gezeigten Beispiel zeigen die Antischallmodule 20 einen linsenförmigen oder ovalen Querschnitt. Untereinander sind die Antischallmodule 20 per Kabel 21 zur Stromversorgung und/oder Regelung der Lautstärke elektrisch parallelgeschaltet verbunden. Die obere Aufhängung 22 ist neben der mechanischen Befestigung als Versorgungsleitung ausgebildet, sodass die Stromversorgung und/oder die Regelung elektrisch übertragen erfolgen kann. Ebenso ist die Vorhangschiene 23 so gestaltet, dass ausser der Verschiebe- und Drehbarkeit der Lamellen auch die Stromversorgung und/oder die Regelung möglich ist. Beides ist in Figur 8 nur angedeutet, ebenso wie eine zweite Lamelle 19', die ebenfalls mit Antischallmodulen bestückt sein kann. Natürlich können auch Modul-Lamellen abwechselnd mit Lamellen ohne Antischallmodule angeordnet werden, die dann zusammen insgesamt das flächige Element bilden, oder es können beliebige Kombinationen aus Modul-Lamellen und Lamellen ohne Antischallmodule gebildet werden, ganz nach der gewünschten Kapazität der Störschallkompensation. Hier zeigt sich wiederum die einfache, auch durch Nichtfachleute mögliche Anbringung des erfindungsgemässen flächigen Elementes bzw. Vorhangs als Antischallanordnung, wobei die gewünschte Störschall-Kompensation einmal bei der Installation durch einfaches Ausprobieren eingestellt und bei einer Änderung der Störschall-Verhältnisse jederzeit leicht und mit geringem Aufwand nachgebessert werden kann.
Statt eines mit Antischallmodulen versehenen Lamellenvorhangs können auch mobile Stellwände mit Antischallmodulen als flächige Elemente gemäss der Erfindung realisiert und in ähnlicher Weise verwendet werden. Dies wäre zum Beispiel dann sinnvoll, wenn sich in einem Grossraumbüro lärmige Maschinen befinden, deren Störschall kompensiert werden soll. Solche als Stellwände ausgeführte flächige Elemente haben einen ähnlichen Aufbau wie die bisher gezeigten Ausführungsbeispiele von Vorhängen und sind daher nicht explizit gezeigt. Mobile Stell- oder Trennwände als flächige Elemente, welche die Antischallmodule in optimiertem Abstand zueinander versteckt enthalten, erlauben es, in einer flexiblen Art bestimmte Raumteile gegen Lärm zu schützen, die Privatsphäre sicherzustellen und/oder Schallreflexionen einzudämmen.
Gleiches gilt für eine flächiges Deckenteil oder Deckenelement oder ein flächiges Wandteil oder Wandelement als flächiges Element mit integrierten Antischallmodulen, mit dem beispielsweise Störschall von einem über dem betreffendem Raum liegenden Stockwerk oder von einem benachbarten Raum kompensiert werden kann. Dazu werden solche einzelne oder auch mehrere solcher Decken- oder Wandelemente verbaut. Die Antischallmodule können auch in Jalousien oder Fensterläden integriert werden, die dann zu flächigen Elementen mit Antischallwirkungs-Funktion werden. Der kundigen Fachperson werden solche Implementierungen keine Schwierigkeiten bereiten.
In den nachfolgenden Figuren ist nicht bloss eine schematische Darstellung der einzelnen Komponenten eines solchen flächigen Elementes gezeigt, sondern ein Beispiel einer effektiven Umsetzung des flächigen Elementes mit seinen Antischallmodulen und den Komponenten hierfür, wie diese Komponenten aussehen oder aussehen können. Es ist klar, dass der Aufbau des flächigen Elementes wie auch der einzelnen Antischall-Module variiert werden kann, und namentlich auch deren Dimensionierung. Aber der hier vorgestellte Aufbau des flächigen Elementes erweist sich als funktionell und für die Praxis geeignet und tauglich. Zunächst zeigt die Figur 9 einen Deckel 26 für ein einzelnes Antischallmodul, mit Blick in seine Innenseite hinein gesehen. Man erkennt hier eine gitterartige Rippenstruktur 5 zu Verstärkung der Rückwand. Dieser Deckel 26 ist dazu bestimmt, die Rückseite des Lautsprechers abzudecken. In Figur 10 sieht man den Deckel 26 in einer perspektivischen Ansicht auf die Innenseite der Rückwand gesehen dargestellt, und in Figur 11 ist er mit dem Blick auf die Aussenseite seiner Rückwand dargestellt. Es handelt sich um ein gespritztes Kunststoff-Teil.
Als weiteres Montageteil dient ein Filz-Einsatz 28 mit Ausnehmung 34 wie in Figur 12 dargestellt, der zur Dämpfung der Lautsprechervibrationen dient. Weiter gehört zu den Bestandteilen des Antischall-Moduls 12 ein weicher Elastomer-Einsatz 27 wie in Figur 13 gezeigt, wo man ihn auf seine Rückseite gesehen sieht. Der innere Bereich 33 bildet eine Ausnehmung, also einen freien Durchgang, und an den vier Ecken ragen Arme 32 über den Rand hinaus und diese sind mit Steckstiften 30 aus Kunststoff oder Metall durchsetzt. In Figur 14 ist die glatte Vorderseite dieses Elastomer-Einsatzes 27 gezeigt.
In Figur 15 ist der Lautsprecher 2 in perspektivischer Ansicht dargestellt, wie er sich zum Einbau in dieses Antischall-Modul eignet. Es handelt sich um einen besonders leicht und flach gebauten Lautsprecher 2. Er misst zum Beispiel 150 mm x 100 mm, mit einer Tiefe von 30 mm bis 50 mm oder weniger, und mit einer Nennbelastbarkeit von 4 W sowie einer Nennimpedanz von 8 Ohm. Die Figur 16 zeigt diesen Lautsprecher 2 auf seine Rückseite gesehen gezeigt. Man erkennt hier den elektrischen Teil 38 des Lautsprechers 2, und die Figur 17 zeigt seine Vorderseite. Die Lautsprechermembran 37 ist mit einer weichen, rundumlaufenden Gummilippe 35 gehalten und gelagert. Weiter erkennt man in Figur 18 eine gitterartige Platte 29 in perspektivischer Ansicht dargestellt, mit einer zentralen Aussparung 36 und in Figur 19 in einer Draufsicht dargestellt, sowie in Figur 20 von der anderen Seite her gesehen gezeigt.
Alle diese oben erwähnten und gezeigten Teile werden zu einem einzelnen Antischall-Modul 12 zusammengebaut, wie das in Figur 21 und Figur 22 dargestellt ist. Zuerst wird der Filz-Einsatz 13 von hinten über den Lautsprecher 2 gestülpt, sodass der elektrische Teil 38 des Lautsprechers 2 in die Ausnehmung 34 am Filz-Einsatz 28 zu liegen kommt. Dieser Filz-Einsatz 28 dient zum Dämpfen der Vibrationen des Lautsprechers 2 auf seiner Rückseite. Über die Frontseite des Lautsprechers wird hernach die Platte 29 mit Aussparung 36 gelegt und dann wird der Elastomer-Einsatz 27 mittels seiner Steckstifte 30 an ihren Armen 32 an der Platte 29 befestigt. Der Lautsprecher 2 mit Platte 29 wird mit seiner Frontseite gegen oben, von welcher der Schall abgestrahlt wird, also mit der in Figuren 21 und 22 sichtbaren Lautsprechermembran 37 auf die für sie vorgesehene Ausnehmung an der Schaltungsplatine 1 aufgesetzt, sodass seine Lautsprechermembran 37 über der deckungsgleichen Ausnehmung an der Schaltungsplatine 1 zu liegen kommt. Der Lautsprecher 2 wird hernach mit dem Deckel 26 von hinten abgedeckt, wobei dieser Deckel 26 (wie auch die Platte 29 auf der gegenüberliegenden Seite der Schaltungsplatine 1) mit der Schaltungsplatine 1 verklebt wird. Ausserhalb des Deckels befinden sich dann die verschiedenen Schaltelemente auf der Schaltungsplatine 1. Aus solchen AntischallModulen 12 kann durch Verbindung an den Befestigungselementen 31 eine ganze Kette gebildet werden. Eine Mehrzahl solcher nebeneinander angeordneter Ketten bildet schliesslich ein flächiges Element nach der Erfindung und dieses kann zum Beispiel in einen Vorhang aus Stoff oder anderen Materialien integriert werden bzw. das flächige Element bildet einen Vorhang.
Da der Betrieb eines solchen einzelnen Antischallmoduls oder einer ganzen Antischallanordnung aus mehreren Antischallmodulen 12 in Form eines flächigen Elementes auf diejenige Zeit beschränkt werden kann, in welcher Personen im vor dem Lärm zu schützenden Raum anwesend sind, ist ein geschalteter Betrieb durchaus sinnvoll. Dabei kann das Ein- und Ausschalten der Antischallanordnung durch einen oder mehrere in einem Antischallmodul oder ausserhalb angeordneten Bewegungsmelder erfolgen. Auch eine Zeitschaltung bietet sich an, die in den Figuren allerdings nicht explizit eingezeichnet ist. Solche Bewegungsmelder oder Zeitschaltungen werden üblicherweise für die automatische Licht-Einschaltung und Licht-Ausschaltung benutzt. Der kundigen Fachperson bereitet es keine grosse Mühe, das erfindungsgemässe Konzept eines flächigen Elementes mit Anitschallmodulen 12 auch anders als hier explizit beschrieben zu implementieren.
Die vorliegende Erfindung zeigt daher eine relativ einfache Lösung auf, die sich mit vergleichsweise geringem Aufwand insbesondere auch nachträglich in Innenräumen anbringen lässt und die an die spezifische Lärmsituation anpassbar ist.

Ziffernverzeichnis

1: Schaltungsplatine
2: Lautsprecher
3: Befestigungselement/Versorgungsleitung
4: Mikrofon
5: gitterartige Rippenstruktur
6: Vorverstärker
7: Filter/Anpass-Schaltung
8: Lautstärkeregler
9: Endstufe
10: Speiseschaltung
11: Draht, Versorgungsleitung
12: Antischallmodul
13: Begrenzungswand Fenster
14, 14': Störschall in Figur 5 bzw. 6
15, 15': gebeugter Störschall in Figur 5 bzw. 6
16, 16': Antischall in Figur 5 bzw. 6
17, 17': Einfallsrichtung Störschall in Figur 5 bzw. 6
18: offenes Fenster
19: Lamelle
20: Antischallmodul in Kabel 21
21: Kabel mit Antischallmodulen 20
22: Aufhängung, Versorgungsleitung
23: Vorhangschiene
24: Flächiges Element in Figuren 5, 6 und 7
25: Flächiges Element in Figur 8
26: Deckel
27: Elastomer-Einsatz
28: Filz-Einsatz
29: Platte
30: Steckstifte
31: Befestigungselement zum Zusammenhängen und Versorgen einzelner Antischall-Module
32: Arme am Elastomer-Einsatz 27
33: Aussparung am Elastomer-Einsatz
34: Aussparung am Filz-Einsatz
35: Gummilippe als Lautsprecher-Membranhalterung
36: Aussparung an der Platte
37: Lautsprechermembran
38: elektrischer Teil des Lautsprechers 2

Claims

Flächiges Element (24, 25), ausgeführt als Vorhang für ein Fenster, als Stellwand oder Trennwand, als Deckenteil oder Wandteil zur aktiven Kompensation von Störschall in einem Innenraum, mit einer Mehrzahl von miteinander verbundenen, gleichartigen Antischallmodulen (12) mit jeweils mindestens einem Mikrofon (4), einer zugehörigen elektronischen Schaltung mit einer Kombination von Filtern (7) zur Anpassung von Phase und Amplitude und je einem zugehörigen oder dem Antischallmodul (12) zugeordneten zentralen elektronisch regelbaren Verstärker (6, 9) und je einem zugehörigen Lautsprecher (2), dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Element (24, 25) über seine Breite auf mehreren verschiedenen Linien je eine Mehrzahl von analog ansteuerbaren Antischallmodulen (12, 20) aufweist, die höchstens 50 mm dick sind, höchstens 150 mm lang und höchstens 100 mm breit, mit einem maximalen Gewicht von 200 Gramm pro Antischallmodul (12, 20), sodass sie in das flächige Element (24, 25) integriert sind und gemeinsam je eine längs dieser Linien verlaufende Kette von Antischallmodulen (12, 20) bilden, die über gemeinsam sie verbindende elektrische Versorgungsleitungen (3, 11, 22) in Form von je einzig zwei längs dieser Linie verlaufenden elektrischen Kabeln aufeinander folgend angeordnet sind, wobei die Kette mit ihren Versorgungsleitungen (3, 11, 22) parallel geschaltet ist und von zwei elektrischen Versorgungskabeln oder Versorgungsschienen (23) mit einer Niedervolt-Spannung versorgt ist, die quer zu den Linien der Ketten verlaufen.
Flächiges Element (24, 25) nach Anspruch 1, ausgeführt als Vorhang für ein Fenster dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang über seine Breite auf mehreren verschiedenen Fall-Linien je eine Mehrzahl von analog ansteuerbaren Antischallmodulen (12, 20) aufweist, die je ein Gewicht von von höchstens 200 Gramm aufweisen und die in den Vorhang integriert sind und gemeinsam je eine fallende hängende Kette von Antischallmodulen (12, 20) bilden, die über gemeinsam sie verbindende elektrische Versorgungsleitungen (3, 11, 22) in Form von je einzig zwei längs der Fall-Linie verlaufenden elektrischen Kabeln aneinander hängend angeordnet sind, wobei die Kette mit ihren Versorgungsleitungen (3, 11, 22) parallel geschaltet von zwei elektrischen Versorgungskabeln oder Versorgungsschienen (23) unter einer Niedervolt-Spannung steht, die quer zu den Fall-Linien der fallenden Ketten verlaufen.
Flächiges Element (24, 25) nach Anspruch 1, ausgeführt als Stell- oder Trennwand, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stellwand oder Trennwand über ihre Breite oder Höhe verteilt mehrere parallele Linien mit je eine Mehrzahl von analog ansteuerbaren Antischallmodulen (12, 20) integriert sind, sodass sie in die Stell- oder Trennwand integriert sind und gemeinsam je eine Kette von Antischallmodulen (12, 20) bilden, die über gemeinsam sie verbindende elektrische Versorgungsleitungen (3, 11, 22) in Form von je einzig zwei längs der Linie der Kette verlaufenden elektrischen Kabeln miteinander verbunden angeordnet sind, wobei die Kette mit ihren Versorgungsleitungen (3, 11, 22) parallel geschaltet von zwei elektrischen Versorgungskabeln oder Versorgungsschienen (23) unter einer Niedervolt-Spannung steht, die quer zu den Linien der Ketten verlaufen.
Flächiges Element (24, 25) nach Anspruch 1, ausgeführt als Deckenelement, dadurch gekennzeichnet, dass in das Deckenelement über seine Breite oder Länge oder Höhe verteilt mehrere parallele Linien mit je eine Mehrzahl von analog ansteuerbaren Antischallmodulen (12, 20) integriert sind, sodass sie in das Deckenelement integriert sind und gemeinsam je eine Kette von Antischallmodulen (12, 20) bilden, die über gemeinsam sie verbindende elektrische Versorgungsleitungen (3, 11, 22) in Form von je einzig zwei längs der Linie der Kette verlaufenden elektrischen Kabeln miteinander verbunden angeordnet sind, wobei die Kette mit ihren Versorgungsleitungen (3, 11, 22) parallel geschaltet von zwei elektrischen Versorgungskabeln oder Versorgungsschienen (23) unter einer Niedervolt-Spannung steht, die quer zu den Linien der Ketten verlaufen.
Flächiges Element (24, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärker (6, 9) der Antischallmodule (12, 20) bis 4W leisten und die Lautsprecher (2) eine Belastbarkeit von 4W mit einer Impedanz von 8Ω aufweisen, sowie Aussenmassen von 100mm × 50 mm und eine Bautiefe von max. 20 mm.
Flächiges Element (25), ausgeführt als Vorhang für ein Fenster oder als Stell-oder Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang oder die Stellwand aus mehreren diskreten, streifenförmigen, hängenden Elementen oder um die Hochachse schwenkbare Lamellen (19, 19') besteht, in welche je eine Kette von mehreren parallel geschaltet versorgten Antischallmodulen (20) eingebaut ist.
Flächiges Element (24), ausgeführt als Vorhang für ein Fenster oder als Stell-oder Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhang oder die Stell- oder Trennwand von einem durchgehenden flachen oder gewellten Vorhang aus Textilstoff gebildet ist, in welchen mehrere voneinander beabstandete Ketten von je mehreren parallel geschaltet versorgten Antischallmodulen (12) eingebaut sind.
Flächiges Element (24, 25), ausgeführt als Vorhang für ein Fenster oder als Stell- oder Trennwand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (4, 4') jedes Antischallmoduls (12, 20) am Vorhang oder der Stell- oder Trennwand mit ihrer sensitiven Seite auf die eine Seite des Vorhangs hin ausgerichtet sind, sodass der Vorhang oder die Stell-oder Trennwand mit diesen sensitiven Seiten der Mikrofone (4, 4') auf eine Seite hin gerichtet aufhängbar oder aufstellbar ist, während die Lautsprecher (2) dann mit dem von ihnen abgegebenen Schall auf die andere Seite des Vorhangs hin von diesem weg gerichtet sind, zur Beschallung eines Innenraumes.
Flächiges Element (24, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgeführt als Vorhang für ein Fenster, als Stellwand oder Trennwand oder als Deckenteil, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung jedes Antischall-Antischallmoduls (12, 20) so optimiert ist, dass die elektrischen Signale des von seinem Mikrofon (4, 4') aufgenommenen Schalls durch analog erzeugte 180° Phasenumkehr mit Amplitudenverstärkung an den zugehörigen Lautsprecher (2) abgebbar sind, für eine maximale Schall-Elimination auf der Schall-Abstrahlseite des Lautsprechers (2).
Flächiges Element (24, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgeführt als Vorhang für ein Fenster, als Stellwand oder Trennwand oder als Deckenteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Antischall-Module (12, 20) über je eine elektronische Schaltung verfügen, die ganz oder teilweise als integrierte Schaltung ausgeführt ist, nach einem Blockschaltbild, welches ein unidirektionales Audio-Mikrofon (4, 4') einschliesst, weiter je einen Vorverstärker (6), der über eine Filter/Anpass-Schaltung und je einen Lautstärkeregler (8) mit einer Endstufe (9) verbunden ist, zur Erzeugung und Abgabe von im Vergleich zu den vom Mikrofon (4, 4') generierten elektrischen Signalen um 180° phasenverschobenen elektrischen Signalen des Lautsprechers (2).
Flächiges Element (24, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgeführt als Vorhang für ein Fenster, als Stellwand oder Trennwand oder Deckenteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Antischall-Module (12, 20) über eine elektronische Schaltung verfügen, die ganz oder teilweise als integrierte Schaltung ausgeführt ist und einen Tiefpassfilter (7) mit einer oberen Grenzfrequenz von 2kHz einschliesst, sowie weitere Filter, die den Phasen- und Amplitudenverlauf der Verstärkungsschaltung und des oder der Lautsprecher kompensieren.
Flächiges Element (24, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Antischall-Module (12, 20) eine Schaltungsplatine (1) und Kunststoffelemente (26, 29) aufweisen, welche den Lautsprecher (2), die elektronische Schaltung und wenigstens zwei voneinander und zum Lautsprecher (2) beabstandete Mikrofone (4, 4') einschliessen, wobei mit der Schaltung die Phasenverschiebung der Signale der Mikrofone (4, 4') bei unterschiedlichen Richtungen des eintreffenden Schalls kompensierbar ist und wonach diese kompensierten Signale mit 180° gedrehter Phase an den Lautsprecher (2) abgebbar sind.
Antischall-Modul (12, 20) zum Einbau in ein flächiges Element (24, 25) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur aktiven Kompensation von Störschall in einem Innenraum durch Geräuschkompensation, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Antischallmodul (12, 20) einzig eine Platine (1) aufweist und darauf mindestens ein auf eine Seite der Platine (1) ausgerichtetes Mikrofon (4) und mindestens ein in die Gegenrichtung gerichteter Lautsprecher (2) angebracht ist, und wenigstens ein Vorverstärker (6), der über eine Filter/Anpass-Schaltung (7) und einen Lautstärkeregler (8) mit einer Endstufe (9) verbunden ist, die mit dem Lautsprecher (2) verbunden ist, sowie mit elektrischen Anschlüssen für ein paralleles Anschliessen an zwei elektrische Leiter, und dass dieses Antischallmodul (12, 20) höchstens 50mm dick, höchstens 150 mm lang und höchstens 100 mm breit ist und ein maximales Gewicht von 200 Gramm aufweist.
Antischall-Modul (12, 20) nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass dieses Antischallmodul (12, 20) über stabilisierende, schützende sowie den Antischall optimierende Kunststoffelemente (26, 29) verfügt.
Antischall-Modul (12, 20) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung des Antischallmoduls (12, 20) eine komplett oder teilweise integrierte Schaltung ist, bestückt mit SMD Komponenten inklusive ein unidirektionales Audio-Mikrofon, und dass der Lautsprecher (2) mit seiner Lautsprechermembran (37) in der Ausnehmung (36) einer, auf der Vorderseite der Schaltungsplatine (1) aufgeklebten Platte (29) positioniert ist und auf die Platte (29) ein Elastomer-Einsatz (27) mit Steckstiften (32) gesteckt und verklebt ist, während auf die Rückseite des Lautsprechers (2) und über seinen elektrischen Teil (38) ein Filz-Einsatz (28) gestülpt ist, und dann ein Deckel (6) mit rippenverstärkter Rückwand über die Rückseite des Lautsprechers (2) auf die Schaltungsplatine (1) geklebt ist, der als Resonanzkörper für den inliegenden Lautsprecher (2) zu wirken bestimmt ist, und dass das Antischall-Modul (12) mitsamt Schaltungsplatine (1), Platte (29) und Deckel (26) insgesamt höchstens 50mm dick und höchstens 150 mm lang und höchstens 100 mm breit ist, mit einem maximalen Gewicht von 200 Gramm, mit einem flachen Lautsprecher (2) mit 4W Nennbelastbarkeit, 8 Ohm Nennimpedanz, 120 bis 20'000 Hz Frequenzbereich.