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In modernen Wohn- und Bürogebäuden gibt es immer mehr Zwangslüftungen oder Klimasysteme. Das bringt zwar frische Luft, macht aber oft Probleme durch störende Lüftungsgeräusche und ungewollte Schallübertragungen aus Nachbarräumen oder Fluren. Also gilt es, dem Lärm mit probaten Maßnahmen entgegenzutreten. Dazu entwickelt das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF kompakte aktive Schallschutzmodule. Basierend auf dem Prinzip des aktiven Gegenschalls können die Module störende Lüftungsgeräusche und Schalltransmissionen reduzieren. So steigern sie den Wohn- und Arbeitskomfort und schützen die Privatsphäre. Zukünftig wird das Fraunhofer LBF kundenspezifische Fragestellungen zu aktiven Schallschutzsystemen, insbesondere für modulare Lösungen zur Reduktion von Schallemissionen von Lüftungs- und Abgasanlagen, systematisch analysieren und kundenspezifische Lösungsansätze ausarbeiten können.

Um die Übertragung von Schall in Lüftungssystemen zu reduzieren, kommen zurzeit überwiegend passive Schalldämpfer mit porösem Absorptionsmaterial oder Helmholzresonatoren zum Einsatz. Allerdings sind passive Lösungen bei tiefen Audiofrequenzen oft nicht das Mittel der Wahl, da unverhältnismäßig große Schalldämpfer benötigt würden. Zur Kontrolle tief frequenter Schallübertragung bieten sich daher aktive Schallschutzsysteme (ANC-Systeme) an, die Lärm durch aktiven Gegenschall auslöschen. Wegen ihrer relativ hohen Komplexität beschränkt sich der Einsatz aktiver ANC-Systeme bisher auf wenige industrielle Spezialeinsatzgebiete.

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 Bürocontainer 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.

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, www.lbf.fraunhofer.de

Aktives Schallschutzmodul für einen Lüftungskanal. Foto: Fraunhofer LBF/Raapke



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