Luftschall besteht aus Luftdruckschwankungen, die sich wellenförmig ausbreiten. Treffen Schallwellen aufeinander, summiert sich der Schallwechseldruck p(t).
Haben hierbei zwei gleichphasige Schallwellen der Frequenz f den gleichen Schallwechseldruck, verdoppelt sich dieser (konstruktive Interferenz). Eine Schallwelle (Störschall) kann mit einer gleichartigen, aber entgegengesetzten Welle (Gegenschall) ausgelöscht werden (destruktive Interferenz). Die Luftmoleküle bleiben in diesem Fall an Ort und Stelle, es herrscht Stille. Da sich Schall nicht nur in eine Raumrichtung ausbreitet, entstehen gleichzeitig Zonen konstruktiver und destruktiver Interferenz (siehe Bild).
Prinzip bereits 1936 dokumentiert Bereits im Jahr 1936 hat der deutsche Physiker Paul Lueg das Prinzip der aktiven Lärmminderung (engl. active noise cancellation, ANC) veranschaulicht. Ab Mitte der 1980er Jahre wurde das von Lueg patentierte Prinzip mit dem Einsatz digitaler Regler wieder belebt. Rechnerbasierte Systeme sind in der Lage, die Ansteuerungssignale in Echtzeit zu berechnen. Zusätzlich können auch Referenzsignale für die Regelung herangezogen werden. Dies ist beispielsweise die Drehzahl eines Motors.
Regelungserfolg bei tonalem Störschall Der Erfolg einer aktiven Lärmminderung wird am Demonstrator mit Hilfe eines Kunstkopfes von Mitarbeitern des Instituts für Mechatronik (Fachbereich Maschinenbau) an der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg vermessen. Hierfür werden zwei in die Matratze integrierte Mikrofone links und rechts unterhalb der Kunstkopf-Ohren und zwei Gegenschalllautsprecher im Kopfteil verwendet (siehe Titelbild). Die Abbildungen a) und b) dokumentieren den Regelungserfolg bei tonalem Störschall (100 Hz) anhand einer Schallfeldkartierung auf der Ebene des Kopfkissens. Teilbild a) zeigt das ungeregelte Schallfeld, die gelben Farbtöne repräsentieren Schallpegel von bis zu 90 dB. Nach Aktivierung des ANC-Systems b) wird der Lärm im Ohrbereich um bis zu 20 dB reduziert, was subjektiv als nahezu vollständige Auslöschung der Störung empfunden wird.
Projektthema Aktive Lärmminderung
Projektdurchführung Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg Institut für Mechatronik Fachbereich Maschinenbau Prof. Dr. Delf Sachau Holstenhofweg 85 22043 Hamburg Telefon 040|6541-2746 Telefax 040|6541-2996 sachau@hsu-hh.deDie Abbildung zeigt das zweidimensionale Interferenzmuster, das zwei Punktquellen erzeugen, die bei gleicher Frequenz und Phase mit einer Amplitude von 1 Pa (Pascal) sinusförmig pulsieren.a)b)
Regelungserfolg bei tonalem Störschall (siehe Text).
