Gegenschall

Die aktive Lärmreduzierung (Active Noise Reduction - ANR) - Gegenschall-Technik (Antischall-Technik) - wird nicht nur in der Haustechnik (Wärmepumpe, Brenner in Heizungsanlagen, Lüftungsanlagen) und in Abgassystemen von Motoren (PKW, LKW, Flugzeug) eingesetzt, sondern auch bei der Bekämpfung von Umgebungsgeräuschen (Umgebungslärm) und zur Unterdrückung von Ohrengeräuschen (Tinnitus).

Tieffrequente Geräuschemissionen (Frequenzbereich von 60 Hz bis 100 Hz) führen zunehmend zu Nachbarschaftsstreitigkeiten, die vielfach zu Beschwerden und Klagen führen.

Geräusche im Frequenzbereich von 20 Hz bis ca. 60 Hz sind bei einem entsprechenden Pegel hörbar, aber die Tonhöhenempfindung nur sehr schwach. Es sind nur Schwebungen wahrzunehmen. Hier klagen die Betroffenen oft über ein im Kopf auftretendes Dröhn-, Schwingungs- oder Druckgefühl. Die Geräusche sind nur bedingt von der Lautstärke abhängig und sind auch bei 0 Dezibel (dB) vorhanden. Sie sind auf Dauer unerträglich beurteilt und sind starke Belästigungen.

Störschall (Störquellen) im Frequenzbereich unter 16 Hz bis 20 Hz (Infraschall) kann der Mensch kaum ohne Hilfsmittel hören, er ist aber bei hohen Schalldrücken wahrnehmbar. Die Hörschwelle wurde bis zu ca. 1 Hz gemessen. Der Schalldruckpegel hat 0 Dezibel (dB). Diese überschwelligen Immissionen werden überwiegend als Pulsationen und Vibrationen wahrgenommen.

Der Infraschall wird von den Betroffenen als Ohrendruck gespürt und sie klagen vielfach über Unsicherheits- und Angstgefühle. Außerdem wurde eine Herabsetzung der Atemfrequenz festgestellt. Sichtbare und hörbare Belästigungen können z. b. ein Rütteln von Fenstern und Türen oder Gläserklirren, sowie spürbare Vibrationen von Gebäudeteilen und Gegenständen sein.

Kurzfristige gesundheitliche Reaktionen auf Infraschall
• Ohrdruck
• Tinnitus
• Schwindel
• Übelkeit
• Schlafstörungen
• Unsicherheitsgefühle
• Angstgefühle
• Erschöpfung
• Morgenmüdigkeit
• Herabsetzung der Atemfrequenz

Geräusche bei tiefen Frequenzen können sich über große Entfernungen kilometerweit nahezu ungehindert ausbreiten.

Frequenz und Wellenlängen von tieffrequentem Luftschall
Frequenz (Hz)	1	5	10	15	20	25	50	100	150	200
Wellenlänge (m)	343	68,6	34,3	22,9	17,2	13,7	6,9	3,4	2,3	1,7

Die Ursache geht hauptsächlich u. a. von Blockheizkraftwerken (BHKW), Windkraftanlagen, Wasserkraftanlagen und LKW-Verkehr (Dieselmotoren) aus. Aber auch Brenner in Verbindung mit Heizungsanlagen, große Lüftungsanlagen und Luft-Wärmepumpen (Kompressor, Ventilator) erzeugen Infraschall.

Das Problem bei diesem Geräusch ist, dass der Schall nicht hörbar, sondern nur wahrnehmbar ist und nicht unbedingt direkt von der Entstehungsstelle ausgehen muss, sondern erst im Wahrnehmungsbereich des Beschwerdeführers entsteht (ein Rütteln von Fenstern und Türen oder Gläserklirren, sowie spürbare Vibrationen von Gebäudeteilen und Gegenständen).

Das Problem für die vom Störschall Betroffenen ist, dass in vielen Fällen eine Ortung der Schallquelle, bzw. die Feststellung der Richtung aus der der Schall einfällt, nicht möglich ist. In vielen Fällen werden die Betroffenen als "Spinner" hingestellt, weil in Wohn- und Arbeitsräumen normaler Größe durch die Schallwellen tieffrequente Eigenresonanzen angeregt werden. Es baut sich ein "Stehwellenfeld" auf, indem sich durch Wandreflexion hin- und zurücklaufende Wellen überlagern und gegenseitig verstärken oder ganz bzw. teilweise aufheben. Dies führt zu sehr starken Schalldruckpegelanhebungen an bestimmten Stellen des Raumes. Es kommt zu einer starken Orts-, Frequenz- und Zeitabhängigkeit des Schallfeldes. Üblicherweise sind dabei die Schallpegel vor Wänden und in Raumecken besonders laut. Quelle: UBA

Abhilfe kann die sog. Anti- bzw. Gegenschall-Technik schaffen.

Die herkömmlichen passiven Lärmschutzmaßnahmen (Schalldämpfer, Schwingungsdämpfer, Schallschutzwände, Lärmschutzzäune) sind für tiefe Frequenzen nur bedingt geeignet. Bessere Dämpfungsergebnisse sind mit der aktiven Dämmmaßnahme, das Gegenschall-Verfahren (ANC-Verfahren [Active Noise Control]), erreichbar.

Niederfrequenter Störschall (Störquellen) kann mit Hilfe von Mikrofonen, Lautsprechern und einer Elektronik einen gegenphasigen "Antischall" erzeugen und das Hintergrundgeräusch überlagern. Dadurch ist es möglich, die Geräusche bzw. die Schallwellen zu dämpfen oder vollständig auszulöschen.

Durch Gegenschall, der ganz dicht an der  Störquelle erzeugt wird, können Frequenzen von 20 Hz bis 800 Hz direkt an der am schallauslösenden Quelle bis zu 90 % gedämpft werden.

Der durch die Feuerstätte verursachte Schall trifft auf die vor einem abgeschlossenen Luftvolumen beweglich gelagerte Membran des zunächst passiven Lautsprechers. Der dadurch gebildete Resonator entzieht dem Gesamtsystem vor allem bei der Resonanz einen Teil der Schallenergie und der Lärm wird reduziert. Der Effekt, Schallenergie aus dem System zu ziehen, kann durch größere Membranbewegungen verstärkt werden. Dies wird durch die eingebaute Elektronik bewerkstelligt. Um die Bewegungen des aktiven Lautsprechers richtig zu koordinieren und eine höhere Schallreduktion zu erzielen ist ein Mikrofon zur Aufnahme des Schalls notwendig. Das Mikrofon, welches in den Lautsprecher integriert wurde, nimmt den Schall auf und gibt die Mikrofonsignale invertiert und verstärkt an den Lautsprecher weiter. Durch diese Regelschleife wird die Membranbewegung des Lautsprechers verstärkt und dadurch mehr Schallenergie absorbiert. Im Ergebnis wirkt sich die Verstärkung (Aktivierung) des Lautsprechers wie eine deutliche Verlängerung einer Hohlkammer bzw. eines Lambda/4-Resonators aus. Es kommt zu einer deutlichen Verschiebung des Dämpfungmaximums zu tieferen Frequenzen bei Aktivierung des Moduls.

Dadurch kann mit sehr kurzer Baugröße auch der tieffrequente Bereich der Abgasgeräusche gedämpft werden.

Die Umgebungsbedingungen am Kessel machen es notwendig, die empfindlichen Komponenten wie Mikrofon und Lautsprecher zu schützen. Dies wurde durch eine spezielle schalldurchlässige, kondensat- und temperaturbeständige Schutzfolie erreicht, die an der Verbindungsstelle des Mantelgehäuses zum Übergang auf das Aktiv+ Modul mittels einer Dichtung eingesetzt wird. Quelle: Kutzner + Weber GmbH

Aufgrund  der immer stärker werdenden Lärmbelastung, besonders in Großstädten aber auch an Hauptverkehrsstraßen, Autobahnen und Flugplätzen, arbeiten Forscher fieberhaft an Lösungsmöglichkeiten, den Lärm aus den Wohnungen und Bürogebäuden fernzuhalten. So entwickeln Wissenschaftler am Institut für technische Akustik der Technischen Universität Berlin Schallschutzfenster, die Lärm mit Lärm bekämpfen. In die Fensterecken bauen sie Mikrofone und Lautsprecher ein. Die Mikrofone nehmen von außen kommenden Verkehrslärm auf. Ein Computer analysiert diese Schallwellen blitzschnell und erzeugt über Lautsprecher passende Gegenwellen. Dieser Antischall breitet sich nur im Hohlraum zwischen den Scheiben aus und neutralisiert den Verkehrslärm. Diese intelligenten Fenster können die Lärmbelastung in den Räumen halbieren.
Es handelt sich beim dem sono um eine reine Produkt-Design-Studienarbeit eines Design-Studenten. Die Idee ist verlockend, aber technisch / physikalisch nicht zuende gedacht.

Die Noise-Cancelling-Technik Sono basiert auf ein Prinzip, das bereits in lärmreduzierenden Kopfhörern verwendet wird. Der Umgebungsschall wird mit einem Mikrofon aufgenommen und von einem Chip verarbeitet und ein gegengleiches Signal erzeugt und auf das Ohr gerichtet. Die Höhen des Lärmschalls treffen auf die Tiefen des erzeugten gegengleichen Signals (Antischall) und löschen sich gegenseitig aus bzw. mindert den Lärm. Bei diesem Sono-System kann man zum Fenster gehen und einfach das Verkehrsrauschen abschalten und mit Vogelgezwitscher ersetzen.

Sono nimmt die Vibrationen der Außenscheibe wahr und erzeugt an der Innenscheibe ein gegengleiches Signal. Dadurch wird der Schall, der in Summe durch die Scheibe dringt, deutlich verringert.

Kopfhörer mit der aktiven Lärmkompensation NoiseGard™ wurde ursprünglich für Piloten entwickelt, die in lauter Umgebung besonders auf eine hohe Tonqualität und einen guten Schutz vor Umgebungsgeräuschen angewiesen sind. NoiseGard™ kompensiert den Lärm aktiv, basierend auf dem physikalischen Prinzip von Schall und Antischall (Gegenschall).

NoiseGard™ 2.0 perfektioniert das NoiseGard™-Prinzip durch die Verwendung eines optimierten Schaltungsaufbaus mit noch leistungsfähigeren Prozessoren. Zudem werden verbesserte Mikrofone eingesetzt, die den Störschall noch detaillierter aufnehmen können. Mit den darauf abgestimmten Filteralgorithmen wird eine erhöhte aktive Lärmkompensation von bis zu 90% (20 dB) erreicht. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Hörer passiv zu betreiben, d.h. ohne NoiseGard™ und ohne Batterien.

Das tieffrequente Eigenrauschen der Hörgerättechnik kann genutzt werden, um vom störenden Tinnitusgeräusch abzulenken. Gleichzeitig kann durch die Verstärkung der hohen Töne (Sprache oder hochfrequente Geräusche) eine Hörminderung ausgeglichen werden. Durch die verstärkten Signale und Alltagsgeräusche kann außerdem eine Ablenkung vom Tinnitus erreicht werden.

Als Rauschgenerator (Noiser) bezeichnet man Rauschgeräte (RG), die ein "Weißes Rauschen" (konstantes Rauschen in einem bestimmten Frequenzbereich) erzeugen. Das von den Geräten produzierte Rauschen wird wegen seiner Gleichmäßigkeit nicht als störend empfunden. Es wirkt neutral und ist weder mit positiven noch negativen Gefühlen verknüpft. Bei der klassischen Maskierung wurde versucht, das Ohrgeräusch mit einer entsprechend hohen Lautstärke des Maskers völlig zuzudecken. Bei dem Einsatz von Rauschgeräten wird die Lautstärke jedoch nur so hoch eingestellt, dass das Ohrgeräusch weiterhin noch wahrgenommen wird (Teilmaskierung).

Ein Verfahren zur Reduzierung der als Tinnitus-Ohrgeräusche bekannt gewordenen Schallimpulse, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antischallimpuls erzeugt wird, der diese Reduzierung bewirkt. Hierzu ist ein Meßverfahren mittels Mikrofons im Ohr des Betroffenen notwendig. Alle Analyse-, Registrierungs-, Speicherungs- und Impulsgebungsvorgänge können außerhalb des Ohres stattfinden. Die Impulsgebung zu einem im Ohr angeordneten Lautsprecher sendet den Antischall.