Lüftungsgeräusche minimieren
Fraunhofer LBF entwickelt aktives Schallschutzmodul für RLT-Systeme
Aktives Schallschutzmodul für einen Lüftungskanal. Bild: Fraunhofer LBF/Raapke
Gemittelter Schalldruckpegel im Innern des Bürocontainers für ANC-AUS (schwarz) und ANC-AN (rot). Bild: Fraunhofer LBF
In modernen Wohn- und Bürogebäuden gibt es immer mehr Zwangslüftungen oder Klimasysteme. Das gewährleistet den notwendigen Luftwechsel, bringt aber mitunter störende Lüftungsgeräusche und ungewollte Schallübertragungen aus Nachbarräumen oder Fluren mit sich. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) hat für diesen Anwendungsfall kompakte aktive Schallschutzmodule entwickelt. Basierend auf dem Prinzip des aktiven Gegenschalls können die Module störende Lüftungsgeräusche und Schalltransmissionen reduzieren.
Um die Übertragung von Schall in Lüftungssystemen zu reduzieren, kommen zurzeit überwiegend passive Schalldämpfer mit porösem Absorptionsmaterial oder Helmholtz-Resonatoren zum Einsatz. Allerdings sind passive Lösungen bei tiefen Audiofrequenzen oft nicht das Mittel der Wahl, da unverhältnismäßig große Schalldämpfer benötigt werden. Zur Kontrolle tief frequenter Schallübertragung bieten sich daher aktive Schallschutzsysteme (ANC-Systeme) an, die Lärm durch aktiven Gegenschall entgegenwirken. Wegen ihrer relativ hohen Komplexität beschränkt sich der Einsatz aktiver ANC-Systeme bisher auf wenige industrielle Spezialeinsatzgebiete.
Optimierung der Regelalgorithmen
Die Entwicklung modularer Systemlösungen, die bei Kosten, Bauraumbedarf und Handhabung den praktischen Anforderungen gerecht werden, wäre ein wichtiger Schritt hin zu einer breiten kommerziellen Anwendung von ANC-Systemen für Lüftungsanlagen. Ziel des am Fraunhofer LBF laufenden Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung eines kompakten aktiven Schallschutzmoduls auf der Basis eines einkanaligen adaptiven Feed-Forward-Reglers.
Zunächst installierten die Wissenschaftler ein Lüftungssystem mit einem ANC-Demonstrator an einem Bürocontainer. Anschließend konnten sie an diesem Demonstrator die Regelgüte verschiedener Systemkonfigurationen experimentell erproben. Neben der Optimierung der Regelalgorithmen gehören hierzu beispielsweise auch die absolute und relative geometrische Anordnung der Referenz- und Fehlersensoren und Kontrolllautsprecher innerhalb des Lüftungssystems. Da ANC-Systeme vor allem bei tiefen Audiofrequenzen effektiv sind, wird ebenfalls untersucht, wie sich ANC-Systeme mit probaten passiven akustischen Maßnahmen verbinden lassen, um eine optimierte breitbandige Regel-Performance zu erzielen.
Die LBF-Wissenschaftler implementierten eine robuste Regelung. Damit ließen sich sowohl bei einer synthetischen Lautsprecheranregung als auch beim Betrieb eines Lüfters deutlich reduzierte Schallpegel im Innern des Bürocontainers erzielen. Im nächsten Schritt wollen die Forscher die hochwertige Labor-Sensorik des ANC-Systems durch geeignete praxisnahe Low-Cost Sensorik ersetzen.
Privatsphäre besser schützen
In Zukunft sind Studien zur Integration von akustischen Maskierungssystemen zum Schutz der Privatsphäre und Vertraulichkeit angedacht. Darüber hinaus will das Fraunhofer LBF die Skalierbarkeit des ANC-Konzepts untersuchen, um auch Lösungsansätze für großformatige industrielle und kleinformatige Lüftungssysteme im Automotive-Bereich anbieten zu können.
