EP4345812A1 - Verfahren und anordnung zum lärmschutz in einer umgebung einer oder mehrerer maschinen - Google Patents

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EP4345812A1
EP4345812A1 EP22197966.9A EP22197966A EP4345812A1 EP 4345812 A1 EP4345812 A1 EP 4345812A1 EP 22197966 A EP22197966 A EP 22197966A EP 4345812 A1 EP4345812 A1 EP 4345812A1
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EP
European Patent Office
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sound
machine
propagation
induced
noise
Prior art date
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Pending
Application number
EP22197966.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Georg Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
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Publication of EP4345812A1 publication Critical patent/EP4345812A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/301—Computational
    • G10K2210/3052—Simulation

Definitions

  • noise can also be reduced by actively cancelling out sound vibrations through destructive interference.
  • a well-known example is noise-cancelling headphones, which can actively reduce some background noises by countering noise.
  • the use of such headphones is often not very effective or even disruptive in many work environments, particularly in industrial workplaces. For example, sudden machine noises are difficult to predict and therefore often cannot be effectively compensated for.
  • wearing headphones makes acoustic communication more difficult, which can pose a safety risk, particularly in industrial environments.
  • a location in the environment that is to be protected from noise is determined. Furthermore, operating signals of the at least one machine are recorded during operation. According to the invention, movements of the at least one machine are determined based on the recorded operating signals and a propagation of a sound induced by the movements is simulated. In particular, vibrations, rotations, housing vibrations, impact movements or other sound-generating movements of the at least one machine or a component thereof can be determined as movements. Furthermore, depending on the simulation, several loudspeakers distributed in the environment are controlled in such a way that the movement-induced sound is reduced by counter-sound generated by the loudspeakers at the location to be protected from noise through destructive interference.
  • an arrangement for noise protection in an environment of one or more machines, a computer program product and a computer-readable, preferably non-volatile storage medium are provided.
  • the method according to the invention, the arrangement according to the invention and the computer program product according to the invention can be carried out in particular by means of one or more computers, one or more processors, application-specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), a cloud infrastructure and/or so-called “field programmable gate arrays” (FPGAs).
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • a particular advantage of the invention is that it is not necessary to wear noise-cancelling headphones or hearing protection to reduce noise.
  • the invention is particularly effective for low-frequency noise levels, insofar as their interference-related compensation often requires fewer loudspeakers and/or a less time-critical simulation and/or allows noise reduction in a larger spatial area.
  • the invention thus advantageously complements conventional sound insulation measures that have a preferential effect on higher-frequency noise contributions.
  • non-periodic noise components can also be effectively compensated for, insofar as corresponding movements of the at least one machine can be determined or predicted based on the operating signals.
  • a position of a person preferably a position of their head in the environment, can be detected and determined as a location to be protected from noise.
  • one or preferably several cameras can be provided that take pictures in the environment. The recorded images can then be evaluated by known optical pattern recognition methods in order to recognize the person and determine their preferably spatial position.
  • the position of the person can also be detected by detecting or locating an RFID transponder worn by the person.
  • the position of the person can be continuously recorded so that the area to be protected from noise can be adjusted to the currently recorded position.
  • noise reduction can also be achieved for moving people.
  • a propagation of a sound induced by movements of the at least one machine can be detected sensorily, for example by microphones distributed in the environment.
  • a machine learning module for example a neural network
  • the simulation can then be carried out using the trained machine learning module.
  • a variety of known learning methods can be used to train the machine learning module, in particular supervised learning methods.
  • a connection between operating signals of the at least one machine and a dependent propagation of motion-induced sound can be learned with sufficient accuracy in many cases.
  • the sound propagation can then be simulated in an efficient manner, with considerably less computational effort generally being required than with a detailed physical simulation of the movements of the machine and/or the sound propagation.
  • the movement-induced sound and/or the counter-sound can be detected by sensors, in particular during ongoing operation of the at least one machine.
  • the propagation of the motion-induced sound and/or a propagation of the counter-sound can be simulated.
  • the sound detection can be carried out, for example, by several microphones, acceleration sensors or other sensors distributed in the environment or attached to the at least one machine.
  • the sound detected by sensors can be used in particular to calibrate, refine, improve or otherwise adapt the simulation of sound propagation.
  • a future sound-generating movement sequence of the at least one machine can be predicted based on the detected operating signals.
  • a simulation of a sequence-specific sound propagation induced by the future sound-triggering movement sequence can then be carried out started and/or prioritized. In this way, simulations or calculations of sound propagation can be started before the sound actually occurs, in particular as soon as it can be seen from the operating signals that a sound-generating movement is planned.
  • a timing of the destructively interfering counter-sound can be determined.
  • the future sound-generating movement sequence can be predicted based on control signals contained in the operating signals of a control device that controls the at least one machine.
  • the behavior of machines can be predicted over a longer time horizon using control signals than using current sensor signals.
  • all possible sound-generating movement sequences can be calculated in advance for a planned control action and stored for the simulation.
  • the results can in many cases be used directly in the simulation. If a movement sequence is dependent on external influences, for example on the arrival time of material in a production facility, the timing of the simulation can be triggered by the external influences.
  • a process-specific sound propagation induced thereby can be simulated in advance and a associated process-specific simulation result can be saved in association with the relevant sound-generating movement sequence.
  • a future sound-generating movement sequence can be predicted based on the recorded operating signals, and a process-specific simulation result associated with the predicted sound-generating movement sequence can be selected. This allows the propagation of the movement-induced sound to be simulated based on the selected process-specific simulation result. In this way, in many cases, a large part of the simulation computation effort can already be carried out in advance.
  • the propagation of the movement-induced sound, a propagation of the counter-sound and/or the movements of the at least one machine can be simulated at least partially in real time.
  • a respective simulation can preferably be implemented as a concurrent simulation, i.e. a simulation that runs during operation of the at least one machine and in particular as a digital twin of the at least one machine or one of its components.
  • the propagation of the counter-sound generated by the loudspeakers can be simulated in advance.
  • a respective control of the loudspeakers can be determined, by which the respective counter-sound amplitude curve is at least approximately generated at the point to be protected from noise.
  • a propagation of the counter-sound generated by this loudspeaker can initially be simulated separately for each individual loudspeaker.
  • a time-resolved impulse response can be determined for each loudspeaker, particularly in an area around the point to be protected from noise.
  • a respective control of the loudspeakers can then be determined for a given
  • the respective control of the loudspeakers can be determined from the anti-noise amplitude curve, which at least approximately generates this anti-noise amplitude curve in a spatial area around the point to be protected from noise. As a rule, this spatial area or a relevant frequency range can be enlarged the more loudspeakers are used.
  • the environment can be a building, an area of the building or a room of the building, and a digital, in particular semantic, building model of the building or the room can be read in.
  • the propagation of the movement-induced sound and/or the counter-sound in the building or in the room can then be simulated using the digital building model.
  • the digital building model can preferably be a so-called BIM model (BIM: Building Information Modeling).
  • BIM Building Information Modeling
  • an interference-related reduction in the movement-induced sound can be determined by simulation for different positions and/or numbers of loudspeakers in the environment.
  • the loudspeakers can then be positioned in such a way that the interference-related reduction is optimized.
  • Optimizing is also understood to mean, in particular, getting closer to an optimum.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an arrangement according to the invention for noise protection.
  • the machine R can be, for example, a robot, a manufacturing robot, a machine tool, a turbine, a press, a production machine or a component thereof.
  • the machine R can be, among other things, an air conditioning system or a heater.
  • the machine R can also be a motor vehicle, a tractor, a rail vehicle or another mobile, noise-producing machine.
  • the machine R is coupled to a machine controller MC for controlling the machine R.
  • the machine controller MC can also be fully or partially integrated into the machine R.
  • the machine R is a production robot in whose vicinity there are one or more industrial workstations.
  • a person P who is to be protected from noise is also present at the workstation(s).
  • the machine R is installed in a room, e.g. in a factory hall, which is delimited by walls W and other room boundaries such as floors, ceilings, doors or windows.
  • the walls W are shown in the figure by thickened lines.
  • the room contains furnishings E or other inventory.
  • sound-damping devices D e.g. foam coverings or other porous materials, are attached to the room boundaries or to the machine R.
  • the sound-damping devices D can reduce at least a higher-frequency portion of the noise emanating from the machine R.
  • the room is structurally specified by a digital, semantic building model BIM.
  • the BIM digital building model is preferably designed as a so-called BIM model (BIM: Building Information Modeling) and describes a geometry of the room as well as a large number of its room and building elements in machine-readable form.
  • the digital building model specifies and quantifies in particular a position and orientation of the walls W, the other room boundaries, the furnishings E, the soundproofing devices D and, if possible, all other objects that significantly influence sound propagation in the room.
  • the digital building model BIM also contains material parameters relevant to sound propagation of objects that influence sound propagation. The material parameters can be used to quantify in particular sound absorption, sound reflection, sound refraction and/or phase shift.
  • the digital building model BIM also contains the respective position of the workstation(s) as well as the positions and orientations of the machine R, of loudspeakers L intended for generating counter-sound and of microphones M to record the sound generated by the machine R.
  • the optical evaluation device OPT uses the transmitted images to specifically determine a spatial position PP of the person P, preferably of their head and optionally their orientation. A large number of known optical pattern recognition methods are available for this purpose.
  • the determined position PP is determined as the location to be protected from noise.
  • the specific location of the person P can also be dispensed with.
  • a head position on a motor vehicle seat can be specified as the location to be protected from noise.
  • the operating signals BS preferably include control signals for controlling the machine R, planning data on future planned control actions and/or sensor signals or measurement data of the machine R.
  • the detected operating signals BS are transmitted from the machine control MC to a simulator SIM.
  • the simulator SIM is computer-controlled and has one or more processors for carrying out the method steps according to the invention and one or more memories for storing data to be processed.
  • the simulator SIM further has a first simulator component for simultaneously simulating a behavior, in particular a movement behavior, of the running machine R.
  • the first simulator component is preferably implemented as a so-called digital twin of the machine R.
  • the behavior simulation is based on a digital model of the machine R and is continuously adapted to a currently measured or otherwise recorded behavior of the machine R based on the current operating signals BS, in particular based on current sensor data.
  • a variety of known methods and digital machine models are available for such simulations, e.g. so-called finite element methods.
  • the ongoing behavior simulation makes it possible to determine the behavior of the machine R during operation at points where no sensor data is recorded and to predict future behavior of the machine R.
  • sound-generating movements of the machine R and/or components of the machine R for example vibrations, rotations, impact movements, natural frequencies and/or oscillations, in particular housing vibrations, can be determined or predicted with phase accuracy using the first simulator component.
  • the propagation of sound induced by the movements in the environment of the machine R is simulated with phase accuracy by a second simulator component of the simulator SIM.
  • the simulation is carried out using the digital building model BIM, which is read in by the simulator SIM for this purpose.
  • the digital building model BIM contains the geometric parameters and material parameters of the room in which the machine R is located that are relevant for the sound propagation.
  • the simulator SIM advantageously also uses control signals and planning data contained in the operating signals BS about future planned control actions for the predictive simulation of future sound-generating movement sequences of the machine R.
  • a respective simulation of a future movement sequence is already started by the first simulator component as soon as it can be deduced from the operating signals BS that this movement sequence will occur, if necessary, in a predetermined time interval. In this way, the future movement sequence can in many cases be simulated before it actually occurs.
  • the second simulator component starts a phase-accurate simulation of sound propagation in the room induced by the simulated movement sequence as soon as the simulated movement sequence has been determined.
  • the location to be protected from noise is of particular interest.
  • the current position PP is transmitted from the optical evaluation device OPT to the simulator. Accordingly, the second simulator component in particular determines an amplitude curve of the movement-induced sound at the point PP.
  • a timing of the counter-sound to be generated by the loudspeakers L can be determined.
  • the loudspeakers L are coupled to a loudspeaker control LC, which enables the loudspeakers L to emit counter sound can be excited with loudspeaker-individual amplitude and phase.
  • the propagation of the counter-sound is preferably simulated in advance by the second simulator component.
  • a respective control of the loudspeakers L is determined, through which the respective counter-sound amplitude profile is at least approximately caused at the point to be protected from noise, here PP.
  • the loudspeakers L can be controlled by the loudspeaker control LC in such a way that the counter-sound emitted by the loudspeakers L at least approximately compensates for the motion-induced sound at the point PP to be protected from noise by destructive amplitude interference.
  • the simulator SIM transmits a control signal LS to the loudspeaker control LC, which controls the loudspeakers L accordingly.
  • the spatial area around the point PP in which the movement-induced sound can be significantly reduced, increases with a falling frequency of the movement-induced sound and with an increasing number of loudspeakers L.
  • Higher frequency components of the movement-induced sound can be effectively eliminated with conventional damping measures, here D, be reduced.
  • microphones M are distributed in the room, preferably in the vicinity of the machine R.
  • the microphones M record the sound emitted by the machine R with precise phase.
  • the recorded sound amplitudes and phases are signaled by the microphones M to the simulator SIM and taken into account in the simulations.
  • the recorded sound amplitudes and sound phases are compared with the simulated sound amplitudes and phases at the respective position of a microphone M.
  • the simulation of the propagation of the motion-induced sound can then be adapted or calibrated in such a way that deviations between the recorded and the simulated sound amplitudes and phases are minimized.
  • a movement-specific sound propagation caused by the respective movement sequence is simulated in advance for several possible sound-generating movement sequences of the machine R.
  • a respective movement-specific simulation result SR1 or SR2, SR3, ... is stored in association with the respective movement sequence.
  • a respective simulation result SR1 or SR2, SR3, ... can in particular quantify a movement-specific sound amplitude curve at the point PP.
  • the simulator SIM checks whether a movement sequence that at least approximately matches the predicted movement sequence is stored. If this is the case, the simulation result SR1 or SR2, SR3, ... assigned to the saved movement sequence is selected and used to simulate the sound propagation. In this way, in many cases a large part of the simulative computing effort can be carried out in advance.
  • the simulator SIM can have a machine learning module NN, for example an artificial neural network, to efficiently execute the simulations.
  • the machine learning module NN is trained using the operating signals BS and the sound amplitudes and phases recorded by the microphones M to derive the sound amplitudes and phases from the operating signals BS.
  • a variety of known learning methods can be used, in particular supervised learning methods.
  • the operating signals BS serve as input variables, often referred to as feature vectors
  • the recorded sound amplitudes and phases serve as output variables, often referred to as labels.
  • the machine learning module NN can learn a connection between the operating signals BS and the propagation of the motion-induced sound with sufficient accuracy. Based on the learned connection, the sound propagation can then be efficiently simulated using the trained machine learning module NN. In particular, the trained machine learning module NN then fulfills the functions of both simulator components.

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Abstract

Zum Lärmschutz in einer Umgebung einer oder mehrerer Maschinen (R) wird in der Umgebung eine vor Lärm zu schützende Stelle (PP) bestimmt. Weiterhin werden Betriebssignale (BS) der mindestens einen Maschine (R) im laufenden Betrieb erfasst. Erfindungsgemäß werden anhand der erfassten Betriebssignale (BS) Bewegungen der mindestens einen Maschine (R) ermittelt sowie eine Ausbreitung eines durch die Bewegungen induzierten Schalls simuliert. Abhängig von der Simulation werden weiterhin mehrere in der Umgebung verteilte Lautsprecher (L) derart angesteuert, dass der bewegungsinduzierte Schall durch einen von den Lautsprechern (L) erzeugten Gegenschall an der vor Lärm zu schützenden Stelle (PP) durch destruktive Interferenz reduziert wird.

Description

  • Lärmbelastung ist ein ernstzunehmendes Problem in vielen Arbeitsumgebungen oder Wohnumgebungen und kann neben einer Herabsetzung der Leistungsfähigkeit und Konzentration auch zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
  • Zur Verringerung der Lärmbelastung wird häufig versucht, den Lärm gar nicht erst entstehen zu lassen oder entstehenden Lärm durch Lärmdämmung zu dämpfen. Derartige Dämmungen wirken allerdings bevorzugt auf höherfrequente Lärmbeiträge, während niederfrequenter Lärm nur verhältnismäßig wenig gedämpft wird.
  • Darüber hinaus kann Lärm auch mittels aktiver Auslöschung durch destruktive Interferenz von Schallschwingungen reduziert werden. Ein bekanntes Beispiel sind sogenannte Noise-Cancelling-Kopfhörer, die manche Hintergrundgeräusche durch Gegenschall aktiv reduzieren können. Ein Einsatz derartiger Kopfhörer ist aber in vielen Arbeitsumgebungen und insbesondere an industriellen Arbeitsplätzen oft nicht sehr wirksam oder sogar störend. So sind plötzlich auftretende Maschinengeräusche nur schwer vorhersagbar und somit häufig nicht wirksam kompensierbar. Darüber hinaus erschwert das Tragen eines Kopfhörers die akustische Kommunikation, was insbesondere im industriellen Umfeld ein Sicherheitsrisiko darstellen kann.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die einen effektiveren Lärmschutz, insbesondere vor niederfrequenten Lärmbeiträgen erlauben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13, durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 sowie durch ein computerlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15.
  • Zum Lärmschutz in einer Umgebung einer oder mehrerer Maschinen wird in der Umgebung eine vor Lärm zu schützende Stelle bestimmt. Weiterhin werden Betriebssignale der mindestens einen Maschine im laufenden Betrieb erfasst. Erfindungsgemäß werden anhand der erfassten Betriebssignale Bewegungen der mindestens einen Maschine ermittelt sowie eine Ausbreitung eines durch die Bewegungen induzierten Schalls simuliert. Als Bewegungen können insbesondere Vibrationen, Rotationen, Gehäuseschwingungen, Schlagbewegungen oder andere schallerzeugende Bewegungen der mindestens einen Maschine oder einer Komponente davon ermittelt werden. Weiterhin werden abhängig von der Simulation mehrere in der Umgebung verteilte Lautsprecher derart angesteuert, dass der bewegungsinduzierte Schall durch einen von den Lautsprechern erzeugten Gegenschall an der vor Lärm zu schützenden Stelle durch destruktive Interferenz reduziert wird.
  • Zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine Anordnung zum Lärmschutz in einer Umgebung einer oder mehrerer Maschinen, ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares, vorzugsweise nichtflüchtiges Speichermedium vorgesehen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Anordnung sowie das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt können insbesondere mittels eines oder mehrerer Computer, eines oder mehrerer Prozessoren, anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC), digitaler Signalprozessoren (DSP), einer Cloud-Infrastruktur und/oder sogenannter "Field Programmable Gate Arrays" (FPGA) ausgeführt werden.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass zur Lärmreduzierung kein Tragen eines Noise-Cancelling-Kopfhörers oder eines Gehörschutzes erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Erfindung insbesondere für niederfrequente Lärmbeträge wirksam, insofern deren interferenzbedingte Kompensation oft weniger Lautsprecher und/oder eine weniger zeitkritische Simulation erfordert und/oder eine Lärmreduktion in einem größeren Raumbereich erlaubt. Somit ergänzt die Erfindung in vorteilhafter Weise herkömmliche Schalldämmungsmaßnahmen, die bevorzugt auf höherfrequente Lärmbeiträge wirken. Darüber hinaus können in vielen Fällen auch nichtperiodische Lärmanteile effektiv kompensiert werden, insofern entsprechende Bewegungen der mindestens einen Maschine anhand der Betriebssignale ermittelt oder prädiziert werden können.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Position einer Person, vorzugsweise eine Position ihres Kopfes in der Umgebung erfasst und als vor Lärm zu schützende Stelle bestimmt werden. Zu diesem Zweck können eine oder vorzugsweise mehrere Kameras vorgesehen sein, die Bilder in der Umgebung aufnehmen. Die aufgenommenen Bilder können dann durch bekannte optische Mustererkennungsverfahren ausgewertet werden, um die Person zu erkennen und ihre vorzugsweise räumliche Position zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Position der Person auch durch Detektion oder Lokalisierung eines von der Person getragenen RFID-Transponders erfasst werden.
  • Vorteilhafterweise kann die Position der Person fortlaufend erfasst werden, so dass die vor Lärm zu schützende Stelle der aktuell erfassten Position nachgeführt werden kann. Auf diese Weise kann auch für sich bewegende Personen eine Lärmreduktion erreicht werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine Ausbreitung eines durch Bewegungen der mindestens einen Maschine induzierten Schalls sensorisch, z.B. durch in der Umgebung verteilte Mikrofone erfasst werden. Anhand der sensorisch erfassten Schallausbreitung sowie anhand von Betriebssignalen der mindestens einen Maschine kann ein Maschinenlernmodul, z.B. ein neuronales Netz darauf trainiert werden, anhand der Betriebssignale die sensorisch erfasste Schallausbreitung zu reproduzieren. Die Simulation kann dann mittels des trainierten Maschinenlernmoduls ausgeführt werden. Zum Training des Maschinenlernmoduls kann eine Vielzahl bekannter Lernverfahren verwendet werden, insbesondere Verfahren des überwachten Lernens. Durch ein solches Maschinenlernmodul kann ein Zusammenhang zwischen Betriebssignalen der mindestens einen Maschine und einer davon abhängigen Ausbreitung von bewegungsinduziertem Schall in vielen Fällen hinreichend genau gelernt werden. Anhand des gelernten Zusammenhangs kann dann die Schallausbreitung in effizienter Weise simuliert werden, wobei in der Regel ein erheblich geringerer Rechenaufwand erforderlich ist als bei einer detaillierten physikalischen Simulation der Bewegungen der Maschine und/oder der Schallausbreitung.
  • Weiterhin kann der bewegungsinduzierte Schall und/oder der Gegenschall, insbesondere im laufenden Betrieb der mindestens einen Maschine sensorisch erfasst werden. Abhängig davon kann die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls und/oder eine Ausbreitung des Gegenschalls simuliert werden. Die Schallerfassung kann dabei z.B. durch mehrere in der Umgebung verteilte oder an der mindestens einen Maschine angebrachte Mikrofone, Beschleunigungssensoren oder andere Sensoren erfolgen. Der sensorisch erfasste Schall kann insbesondere dazu verwendet werden, die Simulation der Schallausbreitung zu kalibrieren, zu verfeinern, nachzubessern oder anderweitig anzupassen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann anhand der erfassten Betriebssignale ein zukünftiger schallerzeugender Bewegungsablauf der mindestens einen Maschine prädiziert werden. Infolge der Prädiktion kann dann eine Simulation einer durch den zukünftigen schallauslösenden Bewegungsablauf induzierten, ablaufspezifischen Schallausbreitung gestartet und/oder priorisiert werden. Auf diese Weise können Simulationen oder Berechnungen einer Schallausbreitung bereits gestartet werden, bevor der Schall tatsächlich entsteht, insbesondere sobald den Betriebssignalen entnehmbar ist, dass eine schallerzeugende Bewegung geplant ist. Sobald ein Zeitpunkt oder ein Zeitverlauf der schallerzeugenden Bewegung anhand der Betriebssignale hinreichend genau bestimmbar ist, z.B. wenn der Fehler klein gegenüber einer auftretenden akustischen Schwingungsperiode ist, kann ein Timing des destruktiv interferierenden Gegenschalls bestimmt werden.
  • Insbesondere kann der zukünftige schallerzeugende Bewegungsablauf anhand von in den Betriebssignalen enthaltenen Steuersignalen einer die mindestens eine Maschine steuernden Steuereinrichtung prädiziert werden. Anhand von Steuersignalen kann ein Verhalten von Maschinen in vielen Fällen über einen größeren Zeithorizont prädiziert werden als anhand von aktuellen Sensorsignalen. Dies gilt insbesondere für in den Steuersignalen enthaltene Planungsdaten zu zukünftig geplanten Steueraktionen. So können für eine jeweils geplante Steueraktion alle möglichen schallerzeugenden Bewegungsabläufe vorausberechnet und für die Simulation hinterlegt werden. Bei weitgehend deterministischen Bewegungsabläufen können die Ergebnisse in vielen Fällen direkt in der Simulation verwendet werden. Falls ein Bewegungsablauf von äußeren Einflüssen abhängig ist, beispielsweise von der Ankunftszeit von Material in einer Fertigungsanlage, kann ein Timing der Simulation durch die äußeren Einflüsse getriggert werden.
  • Durch die vorstehenden Maßnahmen steht mehr Zeit zur Ausführung einer jeweiligen Simulation zur Verfügung. Auf diese Weise können Anforderungen an eine Simulationsgeschwindigkeit in vielen Fällen erheblich reduziert werden.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann für mehrere schallerzeugende Bewegungsabläufe der mindestens einen Maschine jeweils eine hierdurch induzierte, ablaufspezifische Schallausbreitung vorab simuliert und ein zugehöriges ablaufspezifisches Simulationsergebnis in Zuordnung zum betreffenden schallerzeugenden Bewegungsablauf gespeichert werden. Weiterhin kann anhand der erfassten Betriebssignale ein zukünftiger schallerzeugender Bewegungsablauf prädiziert werden, und es kann ein dem prädizierten schallerzeugenden Bewegungsablauf zugeordnetes ablaufspezifisches Simulationsergebnis selektiert werden. Damit kann die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls anhand des selektierten ablaufspezifischen Simulationsergebnisses simuliert werden. Auf diese Weise kann in vielen Fällen ein großer Teil des simulativen Rechenaufwands bereits vorab verrichtet werden.
  • Darüber hinaus können die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls, eine Ausbreitung des Gegenschalls und/oder die Bewegungen der mindestens einen Maschine zumindest teilweise in Echtzeit simuliert werden. Eine jeweilige Simulation kann dabei vorzugsweise als nebenläufige, d.h. im Betrieb der mindestens einen Maschine mitlaufende Simulation und insbesondere als digitaler Zwilling der mindestens einen Maschine oder einer ihrer Komponenten implementiert sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Ausbreitung des von den Lautsprechern erzeugten Gegenschalls vorab simuliert werden. Dabei kann für einen jeweils vorgegebenen Gegenschall-Amplitudenverlauf eine jeweilige Ansteuerung der Lautsprecher ermittelt werden, durch die an der vor Lärm zu schützenden Stelle der jeweilige Gegenschall-Amplitudenverlauf zumindest näherungsweise erzeugt wird. Insofern sich die von den Lautsprechern erzeugten Gegenschallwellen im Wesentlichen linear überlagern, kann zunächst für jeden einzelnen der Lautsprecher eine Ausbreitung des von diesem Lautsprecher erzeugten Gegenschalls separat simuliert werden. Vorzugsweise kann für jeden Lautsprecher eine zeitlich aufgelöste Impulsantwort insbesondere in einem Bereich um die vor Lärm zu schützenden Stelle simulativ ermittelt werden. Durch lineare Kombination der Impulsantworten verschiedener Lautsprecher kann dann für einen jeweils vorgegebenen Gegenschall-Amplitudenverlauf eine jeweilige Ansteuerung der Lautsprecher ermittelt werden, die in einem räumlichen Bereich um die vor Lärm zu schützenden Stelle diesen Gegenschall-Amplitudenverlauf zumindest näherungsweise erzeugt. In der Regel kann dieser räumliche Bereich oder ein relevanter Frequenzbereich vergrößert werden, je mehr Lausprecher verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Umgebung ein Gebäude, ein Bereich des Gebäudes oder ein Raum des Gebäudes sein, und es kann ein digitales, insbesondere semantisches Gebäudemodell des Gebäudes oder des Raumes eingelesen werden. Die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls und/oder des Gegenschalls im Gebäude oder im Raum kann dann anhand des digitalen Gebäudemodells simuliert werden. Das digitale Gebäudemodell kann vorzugsweise ein sogenanntes BIM-Modell (BIM: Building Information Modeling) sein. Anhand von im digitalen Gebäudemodell hinterlegten Positionen und Orientierungen von Raumbegrenzungen oder Einrichtungsgegenständen, kann insbesondere phasengenau berechnet werden, wie die sich ausbreitenden Schallwellen an den Raumbegrenzungen oder Einrichtungsgegenständen reflektiert, gebrochen oder gebeugt werden. Weiterhin können anhand von im Gebäudemodell hinterlegten Materialparametern von Raumbegrenzungen, Einrichtungsgegenständen oder Schalldämpfungsvorrichtungen eine Dämpfung oder eine Phasenverschiebung der dort auftreffenden Schallwellen und ein Einfluss der Dämpfung bzw. Phasenverschiebung auf die Schallausbreitung ermittelt werden.
  • Vorzugsweise kann durch das Gebäudemodell eine Position und/oder Orientierung
    • der mindestens einen Maschine,
    • der Lautsprecher,
    • von Mikrofonen zur Erfassung des bewegungsinduzierten Schalls und/oder des Gegenschalls,
    • eines Arbeitsplatzes,
    • von Raumbegrenzungen des Raumes,
    • von im Raum befindlichen Einrichtungsgegenständen und/oder
    • von Schalldämpfungsvorrichtungen spezifiziert werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann für unterschiedliche Positionen und/oder Anzahlen der Lautsprecher in der Umgebung jeweils eine interferenzbedingte Reduktion des bewegungsinduzierten Schalls simulativ ermittelt werden. Die Lautsprecher können dann derart positioniert werden, dass die interferenzbedingte Reduktion optimiert wird. Unter einem Optimieren sei insbesondere auch ein Annähern an ein Optimum verstanden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
    Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung zum Lärmschutz in schematischer Darstellung.
  • In der Figur ist eine erfindungsgemäße Anordnung zum Lärmschutz in einer Umgebung einer lärmproduzierenden Maschine R schematisch dargestellt. In einem industriellen Arbeitsumfeld kann die Maschine R beispielsweise ein Roboter, ein Fertigungsroboter, eine Werkzeugmaschine, eine Turbine, eine Presse, eine Produktionsmaschine oder eine Komponente davon sein. In einem Wohn- oder Büroumfeld kann als Maschine R unter anderem eine Klimaanlage oder eine Heizung vorgesehen sein. Des Weiteren kann die Maschine R auch ein Kraftfahrzeug, ein Traktor, ein Schienenfahrzeug oder eine andere mobile, lärmerzeugende Maschine sein. Die Maschine R ist mit einer Maschinensteuerung MC zum Steuern der Maschine R gekoppelt. Die Maschinensteuerung MC kann auch ganz oder teilweise in die Maschine R integriert sein.
  • Für das vorliegende Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die Maschine R ein Fertigungsroboter ist, in dessen Umgebung sich ein oder mehrere industrielle Arbeitsplätze befinden. An dem oder den Arbeitsplätzen halte sich weiterhin eine vor Lärm zu schützende Person P auf.
  • Die Maschine R ist in einem Raum, z.B. in einer Fabrikhalle installiert, der von Wänden W und anderen Raumbegrenzungen wie Böden, Decken, Türen oder Fenstern begrenzt ist. Die Wände W sind in der Figur durch verdickte Linien veranschaulicht. Im Raum befinden sich Einrichtungsgegenstände E oder anderes Inventar. Weiterhin sei angenommen, dass Schalldämpfungsvorrichtungen D, z.B. Schaumstoffbeläge oder andere poröse Materialien an den Raumbegrenzungen oder an der Maschine R angebracht sind. Durch die Schalldämpfungsvorrichtungen D kann zumindest ein höherfrequenter Anteil des von der Maschine R ausgehenden Lärms reduziert werden.
  • Der Raum wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein digitales, semantisches Gebäudemodell BIM baulich spezifiziert. Das digitale Gebäudemodell BIM ist vorzugsweise als sogenanntes BIM-Modell (BIM: Building Information Modelling) ausgestaltet und beschreibt eine Geometrie des Raumes sowie eine Vielzahl von dessen Raum- und Gebäudeelementen in maschinenlesbarer Form.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel spezifiziert und quantifiziert das digitale Gebäudemodell insbesondere eine Position und Orientierung der Wände W, der anderen Raumbegrenzungen, der Einrichtungsgegenstände E, der Schalldämpfungsvorrichtungen D sowie möglichst aller anderen eine Schallausbreitung im Raum signifikant beeinflussenden Gegenstände. Darüber hinaus sind im digitalen Gebäudemodell BIM auch schallausbreitungsrelevante Materialparameter von die Schallausbreitung beeinflussenden Gegenständen hinterlegt. Durch die Materialparameter kann insbesondere eine Schallabsorption, Schallreflexion, Schallbrechung und/oder Phasenverschiebung quantifiziert werden.
  • Zusätzlich werden im digitalen Gebäudemodell BIM noch eine jeweilige Position des oder der Arbeitsplätze sowie Positionen und Orientierungen der Maschine R, von zur Erzeugung von Gegenschall vorgesehenen Lautsprechern L sowie von Mikrofonen M zur Erfassung des von der Maschine R erzeugten Schalls hinterlegt.
  • Im Raum befinden sich vorzugsweise mehrere Kameras C, die fortlaufend Bilder des oder der Arbeitsplätze aufnehmen. Die aufgenommenen Bilder werden von den Kameras C zu einer optischen Auswerteeinrichtung OPT zum Detektieren und Lokalisieren von Personen übermittelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden durch die optische Auswerteeinrichtung OPT anhand der übermittelten Bilder spezifisch eine räumliche Position PP der Person P, vorzugsweise von deren Kopf und optional dessen Orientierung ermittelt. Zu diesem Zweck steht eine Vielzahl bekannter optischer Mustererkennungsverfahren zur Verfügung. Die ermittelte Position PP wird als vor Lärm zu schützende Stelle bestimmt.
  • Falls ein Aufenthaltsbereich der vor Lärm zu schützenden Person P hinreichend klein ist - insbesondere kleiner als ein durch Gegenschall vor Lärm schützbarer Bereich -, kann auf die spezifische Lokalisierung der Person P auch verzichtet werden. So kann bei einem Lärmschutz in einem Kfz als vor Lärm zu schützende Stelle insbesondere eine Kopfposition bei einem Kfz-Sitz vorgegeben werden.
  • Zur effektiven Lärmreduktion an der vor Lärm zu schützenden Stelle PP werden fortlaufend aktuelle Betriebssignale BS der im laufenden Betrieb befindlichen Maschine R durch die Maschinensteuerung MC erfasst. Die Betriebssignale BS umfassen vorzugsweise Steuersignale zum Steuern der Maschine R, Planungsdaten über zukünftig geplante Steueraktionen und/oder Sensorsignale oder Messdaten der Maschine R.
  • Die erfassten Betriebssignale BS werden von der Maschinensteuerung MC zu einem Simulator SIM übermittelt. Der Simulator SIM ist computergesteuert und verfügt über einen oder mehrere Prozessoren zum Ausführen der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte sowie über einen oder mehrere Speicher zum Speichern von zu verarbeitenden Daten.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verfügt der Simulator SIM weiterhin über eine erste Simulatorkomponente zum nebenläufigen Simulieren eines Verhaltens, insbesondere eines Bewegungsverhaltens der laufenden Maschine R. Die erste Simulatorkomponente ist vorzugsweise als sogenannter digitaler Zwilling der Maschine R implementiert.
  • Die Verhaltenssimulation basiert auf einem digitalen Modell der Maschine R und wird anhand der aktuellen Betriebssignale BS, insbesondere anhand von aktuellen Sensordaten fortlaufend an ein aktuell gemessenes oder anderweitig erfasstes Verhalten der Maschine R angepasst. Für derartige Simulationen steht ein Vielzahl von bekannten Verfahren und digitalen Maschinenmodellen zur Verfügung, z.B. sog. finite-Elemente-Verfahren.
  • Die mitlaufende Verhaltenssimulation erlaubt es, im laufenden Betrieb der Maschine R auch deren Verhalten an Stellen zu ermitteln, an denen keine Sensordaten erfasst werden sowie ein zukünftiges Verhalten der Maschine R zu prädizieren. Auf diese Weise können mittels der ersten Simulatorkomponente schallerzeugende Bewegungen der Maschine R und/oder von Komponenten der Maschine R, beispielsweise Vibrationen, Rotationen, Schlagbewegungen, Eigenfrequenzen und/oder Schwingungen, insbesondere Gehäuseschwingungen phasengenau ermittelt oder prädiziert werden.
  • Anhand der ermittelten oder prädizierten Bewegungen der Maschine R wird eine Ausbreitung eines durch die Bewegungen induzierten Schalls in der Umgebung der Maschine R durch eine zweite Simulatorkomponente des Simulators SIM phasengenau simuliert. Die Simulation wird anhand des digitalen Gebäudemodelles BIM ausgeführt, das zu diesem Zweck durch den Simulator SIM eingelesen wird. Wie oben schon angedeutet, enthält das digitale Gebäudemodell BIM die für die Schallausbreitung relevanten geometrischen Parameter und Materialparameter des Raumes, in dem sich die Maschine R befindet. Zur Simulation einer solchen Schallausbreitung stehen effiziente Verfahren und Simulationsbibliotheken zur Verfügung, beispielsweise das Simulationssystem Simcenter 3D Acoustics der Firma Siemens AG (https://www.plm.automation.siemens.com/global/de/products/si mulation-test/acoustic-simulation.html, abgerufen am 22. September 2022).
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden durch den Simulator SIM vorteilhafterweise auch in den Betriebssignalen BS enthaltene Steuersignale und Planungsdaten über zukünftig geplante Steueraktionen zur vorausschauenden Simulation von zukünftigen schallerzeugenden Bewegungsabläufen der Maschine R verwendet. Insbesondere wird eine jeweilige Simulation eines zukünftigen Bewegungsablaufs durch die erste Simulatorkomponente bereits gestartet, sobald aus den Betriebssignalen BS ableitbar ist, dass dieser Bewegungsablauf, ggf. in einem vorgegebenen Zeitintervall eintreten wird. Auf diese Weise kann der zukünftige Bewegungsablauf in vielen Fällen simulativ prädiziert werden, bevor er tatsächlich eintritt.
  • Analog dazu wird durch die zweite Simulatorkomponente eine phasengenaue Simulation einer durch den simulierten Bewegungsablauf induzierten Schallausbreitung im Raum gestartet, sobald der simulierte Bewegungsablauf ermittelt ist. Dabei ist insbesondere die jeweils vor Lärm zu schützende Stelle von Interesse. Zur Bestimmung dieser Stelle wird die aktuelle Position PP von der optischen Auswerteeinrichtung OPT zum Simulator übermittelt. Dementsprechend wird durch die zweite Simulatorkomponente insbesondere ein Amplitudenverlauf des bewegungsinduzierten Schalls an der Stelle PP ermittelt.
  • Sobald ein tatsächlicher Zeitverlauf der prädizierten Bewegung anhand der Betriebssignale BS phasengenau bestimmbar ist, kann ein Timing des von den Lautsprechern L zu erzeugenden Gegenschalls bestimmt werden.
  • Die Lautsprecher L sind an eine Lautsprechersteuerung LC gekoppelt, durch die die Lautsprecher L zur Abgabe von Gegenschall mit lautsprecherindividuell vorgebbarer Amplitude und Phase angeregt werden können.
  • Die Ausbreitung des Gegenschalls wird vorzugsweise vorab durch die zweite Simulatorkomponente simuliert. Dabei wird für einen jeweils vorgegebenen Gegenschall-Amplitudenverlauf eine jeweilige Ansteuerung der Lautsprecher L ermittelt, durch die der jeweilige Gegenschall-Amplitudenverlauf an der vor Lärm zu schützenden Stelle, hier PP, zumindest näherungsweise hervorgerufen wird.
  • Anhand des ermittelten Amplitudenverlaufs des bewegungsinduzierten Schalls können die Lautsprecher L durch die Lautsprechersteuerung LC derart angesteuert werden, dass der von den Lautsprechern L abgegebene Gegenschall den bewegungsinduzierten Schall an der vor Lärm zu schützenden Stelle PP durch destruktive Amplitudeninterferenz zumindest näherungsweise kompensiert.
  • Zu diesem Zweck übermittelt der Simulator SIM ein Steuersignal LS zur Lautsprechersteuerung LC, die die Lautsprecher L entsprechend ansteuert. In der Regel vergrößert sich der räumliche Bereich um die Stelle PP, in dem der bewegungsinduzierte Schall signifikant reduziert werden kann, mit fallender Frequenz des bewegungsinduzierten Schalls sowie mit steigender Anzahl der Lautsprecher L. Höhere Frequenzanteile des bewegungsinduzierten Schalls können dagegen effektiv mit herkömmlichen Dämpfungsmaßnahmen, hier D, reduziert werden.
  • Zur Verbesserung der Simulationen, insbesondere der zweiten Simulatorkomponente sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Mikrofone M im Raum, vorzugsweise in der Nähe der Maschine R verteilt. Durch die Mikrofone M wird jeweils der von der Maschine R ausgesandte Schall phasengenau erfasst. Die erfassten Schallamplituden und -Phasen werden von den Mikrofonen M jeweils an den Simulator SIM signalisiert und bei den Simulationen berücksichtigt.
  • Insbesondere werden die erfassten Schallamplituden und Schallphasen mit den simulierten Schallamplituden und -Phasen an der jeweiligen Position eines Mikrofons M verglichen. Die Simulation der Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls kann dann derart adaptiert oder kalibriert werden, dass Abweichungen zwischen den erfassten und den simulierten Schallamplituden und -Phasen minimiert werden.
  • Zur effizienten Ausführung der Simulationen wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel für mehrere mögliche schallerzeugende Bewegungsabläufe der Maschine R jeweils eine durch den jeweiligen Bewegungsablauf hervorgerufene, bewegungsablaufspezifische Schallausbreitung vorab simuliert. Dabei wird ein jeweiliges bewegungsablaufspezifisches Simulationsergebnis SR1 bzw. SR2, SR3, ... in Zuordnung zum jeweiligen Bewegungsablauf gespeichert. Ein jeweiliges Simulationsergebnis SR1, bzw. SR2, SR3, ... kann dabei insbesondere einen bewegungsablaufspezifischen Schallamplitudenverlauf an der Stelle PP quantifizieren.
  • Sobald anhand der aktuell erfassten Betriebssignale BS ein zukünftig eintretender Bewegungsablauf prädiziert wird, prüft der Simulator SIM, ob ein mit dem prädizierten Bewegungsablauf zumindest näherungsweise übereinstimmender Bewegungsablauf gespeichert ist. Sofern dies der Fall ist, wird das dem gespeicherten Bewegungsablauf zugeordnete Simulationsergebnis SR1 bzw. SR2, SR3, ... selektiert und zur Simulation der Schallausbreitung verwendet. Auf diese Weise kann in vielen Fällen ein großer Teil des simulativen Rechenaufwands bereits vorab verrichtet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der Simulator SIM zur effizienten Ausführung der Simulationen über ein Maschinenlernmodul NN, beispielsweise ein künstliches neuronales Netz verfügen. Das Maschinenlernmodul NN wird anhand der Betriebssignale BS sowie der von den Mikrofonen M erfassten Schallamplituden und -Phasen darauf trainiert, aus den Betriebssignalen BS die Schallamplituden und -Phasen abzuleiten. Zum Training kann eine Vielzahl bekannter Lernverfahren verwendet werden, insbesondere Verfahren des überwachten Lernens. Im vorliegenden Fall dienen die Betriebssignale BS als Input-Variablen, häufig auch als Feature-Vector bezeichnet, und die erfassten Schallamplituden und -Phasen als Output-Variablen, häufig auch als Labels bezeichnet.
  • Durch das Maschinenlernmodul NN kann ein Zusammenhang zwischen den Betriebssignalen BS und einer Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls in vielen Fällen hinreichend genau gelernt werden. Anhand des gelernten Zusammenhangs kann dann die Schallausbreitung mittels des trainierten Maschinenlernmoduls NN in effizienter Weise simuliert werden. Insbesondere erfüllt das trainierte Maschinenlernmodul NN dann Funktionen beider Simulatorkomponenten.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Lärmschutz in einer Umgebung einer oder mehrerer Maschinen (R), wobei
    a) eine vor Lärm zu schützende Stelle (PP) in der Umgebung bestimmt wird,
    b) Betriebssignale (BS) der mindestens einen Maschine (R) im laufenden Betrieb fortlaufend erfasst werden,
    c) anhand der erfassten Betriebssignale (BS) Bewegungen der mindestens einen Maschine (R) ermittelt sowie eine Ausbreitung eines durch die Bewegungen induzierten Schalls simuliert werden, und
    d) mehrere in der Umgebung verteilte Lautsprecher (L) abhängig von der Simulation derart angesteuert werden, dass der bewegungsinduzierte Schall durch einen von den Lautsprechern (L) erzeugten Gegenschall an der vor Lärm zu schützenden Stelle (PP) durch destruktive Interferenz reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Position (PP) einer Person (P) in der Umgebung erfasst wird, und
    dass die erfasste Position (PP) als vor Lärm zu schützende Stelle bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Ausbreitung eines durch Bewegungen der mindestens einen Maschine (R) induzierten Schalls sensorisch erfasst wird,
    dass ein Maschinenlernmodul (NN) anhand von Betriebssignalen (BS) der mindestens einen Maschine (R) sowie anhand der sensorisch erfassten Schallausbreitung darauf trainiert wird, anhand der Betriebssignale (BS) die sensorisch erfasste Schallausbreitung zu reproduzieren, und
    dass die Simulation mittels des trainierten Maschinenlernmoduls (NN) ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass der bewegungsinduzierte Schall und/oder der Gegenschall sensorisch erfasst wird, und
    dass abhängig davon die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls und/oder eine Ausbreitung des Gegenschalls simuliert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass anhand der erfassten Betriebssignale (BS) ein zukünftiger schallerzeugender Bewegungsablauf der mindestens einen Maschine (R) prädiziert wird, und
    dass infolge der Prädiktion eine Simulation einer durch den zukünftigen schallauslösenden Bewegungsablauf induzierten, ablaufspezifischen Schallausbreitung gestartet und/oder priorisiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass der zukünftige schallerzeugende Bewegungsablauf anhand von in den Betriebssignalen (BS) enthaltenen Steuersignalen einer die mindestens eine Maschine (R) steuernden Steuereinrichtung (MC) prädiziert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass für mehrere schallerzeugende Bewegungsabläufe der mindestens einen Maschine (R) jeweils eine hierdurch induzierte, ablaufspezifische Schallausbreitung vorab simuliert und ein zugehöriges ablaufspezifisches Simulationsergebnis (SR1, SR2, SR3, ...) in Zuordnung zum betreffenden schallerzeugenden Bewegungsablauf gespeichert wird,
    dass anhand der erfassten Betriebssignale ein zukünftiger schallerzeugender Bewegungsablauf prädiziert wird,
    dass ein dem prädizierten schallerzeugenden Bewegungsablauf zugeordnetes ablaufspezifisches Simulationsergebnis (SR1, SR2, SR3, ...) selektiert wird, und
    dass die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls anhand des selektierten ablaufspezifischen Simulationsergebnisses (SR1, SR2, SR3, ...) simuliert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls, eine Ausbreitung des Gegenschalls und/oder die Bewegungen der mindestens einen Maschine (R) zumindest teilweise in Echtzeit simuliert werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Ausbreitung des von den Lautsprechern (L) erzeugten Gegenschalls vorab simuliert wird, wobei für einen jeweils vorgegebenen Gegenschall-Amplitudenverlauf eine jeweilige Ansteuerung der Lautsprecher (L) ermittelt wird, durch die an der vor Lärm zu schützenden Stelle (PP) der jeweilige Gegenschall-Amplitudenverlauf zumindest näherungsweise erzeugt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Umgebung ein Gebäude, ein Bereich des Gebäudes oder ein Raum des Gebäudes ist,
    dass ein digitales Gebäudemodell (BIM) des Gebäudes oder des Raumes eingelesen wird, und
    dass die Ausbreitung des bewegungsinduzierten Schalls und/oder des Gegenschalls im Gebäude oder im Raum anhand des digitalen Gebäudemodells (BIM) simuliert wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Gebäudemodell (BIM) eine Position und/oder Orientierung
    - der mindestens einen Maschine (R),
    - der Lautsprecher (L),
    - von Mikrofonen (M) zur Erfassung des bewegungsinduzierten Schalls und/oder des Gegenschalls,
    - eines Arbeitsplatzes,
    - von Raumbegrenzungen (W) des Raumes,
    - von im Raum befindlichen Einrichtungsgegenständen (E) und/oder
    - von Schalldämpfungsvorrichtungen (D)
    spezifiziert wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    dass für unterschiedliche Positionen der Lautsprecher (L) in der Umgebung jeweils eine interferenzbedingte Reduktion des bewegungsinduzierten Schalls simulativ ermittelt wird, und dass die Lautsprecher (L) derart positioniert werden, dass die interferenzbedingte Reduktion optimiert wird.
  13. Anordnung zum Lärmschutz in einer Umgebung einer oder mehrerer Maschinen (R), mit Mitteln zum Ausführen der Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
  15. Computerlesbares Speichermedium mit einem gespeicherten Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119274544A (zh) * 2024-09-23 2025-01-07 南京鼎山信息科技有限公司 一种物联网语音信号匹配与识别方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4215910C2 (de) * 1991-05-15 1996-12-19 Ricoh Kk Bilderzeugungsgerät
US5805714A (en) * 1995-11-13 1998-09-08 Fuji Xerox Co., Ltd. Noise suppressor in image forming apparatus and noise suppressing method
WO2017048464A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Amazon Technologies, Inc. Active airborne noise abatement
EP3875337A1 (de) * 2020-03-02 2021-09-08 Hitachi Rail Ltd. Schienenfahrzeuggeräuschpegelminderung
WO2022175535A1 (en) * 2021-02-22 2022-08-25 Valeo Systèmes d'Essuyage Cancellation of noise of a wiper system in a vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4215910C2 (de) * 1991-05-15 1996-12-19 Ricoh Kk Bilderzeugungsgerät
US5805714A (en) * 1995-11-13 1998-09-08 Fuji Xerox Co., Ltd. Noise suppressor in image forming apparatus and noise suppressing method
WO2017048464A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 Amazon Technologies, Inc. Active airborne noise abatement
EP3875337A1 (de) * 2020-03-02 2021-09-08 Hitachi Rail Ltd. Schienenfahrzeuggeräuschpegelminderung
WO2022175535A1 (en) * 2021-02-22 2022-08-25 Valeo Systèmes d'Essuyage Cancellation of noise of a wiper system in a vehicle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119274544A (zh) * 2024-09-23 2025-01-07 南京鼎山信息科技有限公司 一种物联网语音信号匹配与识别方法

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