Active Noise Reduction

Unter Antischall (auch „aktive Lärmkompensation“, engl.: Active Noise Reduction [ANR] oder Active Noise Cancellation [ANC]) versteht man umgangssprachlich Schall, der künstlich erzeugt wird, um mittels destruktiver Interferenz störenden Schall (Lärm) auszulöschen. Um das zu erreichen, ist die Erzeugung eines Signals nötig, das dem des störenden Schalls mit entgegengesetzter Polarität exakt entspricht. Erfolgreiche Anwendungen sind Kopfhörer mit aktiver Geräuschunterdrückung und aktive bzw. hybride Schalldämpfer in Kanälen (Lüftung, Abgase).

Anwendungsfall Kopfhörer

Bei Kopfhörern mit aktiver Geräuschunterdrückung wird mit einem eingebauten Mikrofon der Umgebungslärm gemessen und hieraus mit Hilfe der akustischen Übertragungsfunktion des Kopfhörers der Anteil berechnet, der am Ohr noch verbleiben würde. Für diesen Teil wird dann zur Kompensation ein verpoltes Signal im Kopfhörer erzeugt. Am Trommelfell treffen der Lärm von außen und das Signal aus dem Hörer als Schall zusammen. Der Lärm wird deutlich verringert. Zusätzlich kann auch ein Nutzschall (Sprache, Musik) über den Kopfhörer wiedergegeben werden.

Auch Kopfhörer mit aktiven Geräuschreduzierungssystemen können den störenden Lärm nicht komplett eliminieren. Zum einen besitzt jeder Mensch eine andere innere und äußere Ohrform, so dass nur eine im Labor durchgeführte genaue Anpassung eine komplette Neutralisation erlauben würde. Zum anderen überträgt auch der Schädelknochen Lärm zum Trommelfell, und dieser Anteil kann mit Active Noise Reduction nicht beeinflusst werden.

ANR ist besonders zur Dämpfung tiefer Frequenzen geeignet, bei denen Wellenlängen groß gegen die Abmessungen des Kopfhörers sind. Nur hier weist der Schall über die gesamte Fläche des Kopfhörers die gleiche Phase auf, so dass er durch ein gegenphasiges Signal vollständig gedämpft werden kann. Bei hohen Frequenzen zeigt dieses Verfahren wenig Wirkung, da dann unterschiedliche Phasenlagen auf der Kopfhöreroberfläche auftreten und diese auch noch abhängig von der Einfallsrichtung des Schalls werden. Im Extremfall kann es bei hohen Frequenzen auch zu punktweiser Verstärkung des Schalls kommen. Da ein dicht sitzender Kopfhörer hohe Frequenzen gut dämpfen kann, tiefe Frequenzen aber nur sehr schlecht, kann ANR eingesetzt werden, um die mangelnde Dämpfung eines Kopfhörers bei tiefen Frequenzen zu verbessern.

Anlass zur Entwicklung solcher Kopfhörer war der Bedarf nach Lärmschutz für Piloten. ANR-Kopfhörer-/Mikrofonkombinationen (Headsets) können in der Luftfahrt – etwa für Hubschrauberpiloten – eingesetzt werden, um eine möglichst ermüdungsfreie Umgebung für das Cockpit-Personal zu gewährleisten. Das Rotorgeräusch enthält extrem starke tieffrequente Anteile, die über einen Kopfhörer nur wenig gedämpft werden. Auf Grund des Maskierungseffekts werden hierdurch auch höherfrequente Signale, die zur Sprachkommunikation erforderlich sind, verdeckt, so dass die Lautstärke der Kopfhörer sehr stark angehoben werden muss, um die Flugsicherung überhaupt noch verstehen zu können. Werden nun über dieses Verfahren die tieffrequenten Rotorgeräusche gedämpft, kann die Kommunikationslautstärke der Kopfhörer wesentlich gesenkt werden.

ANR-Kopfhörer benötigen im Gegensatz zu einfachen Kopfhörern eine eigene Stromquelle. Da die ANR-Elektronik in der Regel keine hohe Leistung benötigt, reicht hierfür meistens eine Batterie.

Anwendungsfall Beschallungstechnik

In der Beschallungstechnik wird aktive Geräuschunterdrückung z. B. bei Großveranstaltungen verwendet, da die für derartige Veranstaltungen ausgelegten Subwoofer bei entsprechend tiefen Tönen sehr starke Vibrationen verursachen. In diesem Anwendungsfall wird ein Lautsprecher in die entgegengesetzte Richtung der anderen Lautsprecher (meistens Bühne) ausgerichtet, der dann prozessorgesteuert ein Antischall-Signal erzeugt, um somit die Schallbelastung in einem bestimmten Bereich zu vermindern.

Weitere Anwendungen

Das Antischall-Prinzip wird in Verbindung mit herkömmlichen Schalldämpfern in Kanälen und Rohrleitungen zur Dämpfung tiefer Frequenzen bei kleinem Bauraum eingesetzt. Herkömmliche (passive) Schalldämpfer benötigen große Volumina, um auch bei tiefen Frequenzen noch wirksam zu sein. Ein neuer Anwendungsbereich wurde in der Kraftfahrzeugtechnik gefunden, wo der Passagierraum von Autos durch Active Noise Cancellation „beruhigt“ werden kann, etwa beim Honda Legend.

An weiteren Anwendungen wird oder wurde geforscht, so z. B.

• zur Dämmung von Flugzeugtriebwerken ^[1]
• zur Minderung des Schallpegels in Flugzeugen (Bombardier Q Series Dash 8, SAAB340Bplus, SAAB2000, Raytheon Beech King Air 350, Raytheon Beech 1900D, Raytheon Beech King Air 90, 200, 300 und Twin Commander)^[2]
• zur Minderung des tieffrequenten Brummens von Netztransformatoren in Umspannstationen,
• zur Verbesserung der Schalldämmung bei Fenstern,
• zur Schaffung von "Zonen der Ruhe" in Großraumbüros,
• zur Bekämpfung hoher Schallpegel bei Druckmaschinen.
• zur Reduktion der Geräusche von Windrädern^[3]
• zur Reduktion der Lärmbelastung in Kernspintomographen^[4]

Gemeinsames Problem bei fast allen Anwendungen ist, dass eine ähnliche Wirkung oft mit geringeren Kosten auf anderem Weg erreicht werden kann und dass stets zusätzliche Energie benötigt wird. Deshalb ist die Anwendung in der Regel auf spezielle Einsatzfälle beschränkt.

Einzelnachweise

1. ↑ [1] welt.de 23.12.2008
2. ↑ [2] Ultra Quiet Cabin
3. ↑ [3] Pressetext.at 1. August 2008: "Antischall" erlaubt Windrädern höhere Stromausbeute
4. ↑ [4] Antischall gegen Tomographen-Krach

Weblinks

• Wie funktionieren ANR-Kopfhörer? Hör-/Sprechgarnituren für die Luftfahrt mit Lärmkompensation NoiseGard™