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Gedankenexperiment: Aktive Schallschutztür

Dieses Thema im Forum "Auszeit" wurde erstellt von Gutz, 17. Januar 2013.

Status des Themas:
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  1. Gutz

    Gutz Benutzer

    Hallo werte Radiokollegen, mir schwirrt seit ein paar Tagen ein neues Projekt durch den Kopf..
    Der Threadtitel beschreibt mein Vorhaben schon recht passend.
    Basierend auf der Noise Canceling Technologie von KH würde ich gerne versuchen das ganze ein paar Nummern größer zu realisieren, und zwar anhand meiner Wohnungstür.
    Sog. Bassshaker sind ja bereits seit einigen Jahren auf dem Markt, es gibt wohl neuerdings auch eine Art „Flächenanreger“ (kenne nicht den exakten Begriff), die den vollen Freq.bereich abdecken sollen.
    Ich denke spätestens jetzt wissen die Meisten Leser wohl wohin die Reise gehen soll.
    Die Überlegung ist freilich mit einem Mikrofon die Schallanteile in der Nähe der Tür ab zu nehmen, im Rechner dann möglichst latzenzfrei die Phase zu drehen um dieses Signal dann per Flächenanreger auf meine Tür zu übertragen.
    Klingt ja erstmal total easy, ist es aber mit Sicherheit nicht.

    Und jetzt hau ich hier mal nen Fragenkatalog rein, der mir bisher eingefallen ist:
    1) Welcher Mikrofontyp eignet sich am besten für solche Zwecke? Kugel, Niere etc. bzw. Halbkugel (Grenzflächenmic)
    2) Um die Laufzeit des Signals möglichst kurz und Phasenunterschiede zwischen Signalaufnehmer und Abgeber möglichst gering zu halten, scheint es mir sinnvoll ein Grenzflächenmic. Auf der Tür, besser noch, auf dem Anreger zu platzieren.
    Dass das aus Gründen des Körperschalls nicht geht sollte jedem klar sein.
    Wie kann man nun diese Problematik umgehen? Das Mic. Ein Stück nach vorne rücken und einen Zeitversatz in der DSP hinzu rechnen? U. U. könnte man den Abstand perse durch die Latenz in der Signalverarbeitung herleiten, wobei man dann mit Sicherheit unterschiedliche Akustische Phasenlagen zwischen Mikrofon und Signalgeber hat.
    Bei einer Latenz von 3ms komme ich schon auf einen Versatz von einem Meter :eek:
    Eine Software sollte also ggf. in der Lage sein nicht nur 0° und 180° zu drehen sondern auch alle Zwischenschritte.
    3) Welche (Freeware)Software ist überhaupt in der Lage ein Phasengedrehtes Signal in realtime wieder aus zu geben?
    4) Die Türe sollte möglichst Partialschwingungsfrei angeregt werden, daher halte ich einen einzigen Anreger für nicht optimal. Ist diese Überlegung richtig oder habe ich etwas nicht bedacht?

    Ich möchte erstmal die Theoretischen Grundlagen zusammenstellen Ob sich das Projekt als realisierbar heraus stellt und dann womöglich auch noch funktioniert muss man dann sehen.
    Bin für jeden Denkanstoß dankbar.

    Schönen Gruß
    Gutz
     
  2. Tweety

    Tweety Benutzer

    Nö. :D
     
  3. Mannis Fan

    Mannis Fan Benutzer

    Tweety, Du Pfeife!
     
  4. Gutz

    Gutz Benutzer

    Ich denke man muss eine analoge Schaltung bauen, digital ist einfach zu langsam.
     
    Hefeteich gefällt das.
  5. Zwerg#8

    Zwerg#8 Benutzer

    Hallo Gutz!

    Ich sehe in Gedanken schon deine Wohnungstür aus dem Rahmen fliegen. *bumm* :D

    http://en.wikipedia.org/wiki/Active_noise_control
    Im ersten Ansatz würde ich das so machen, wie in der Grafik oben rechts dargestellt. Wobei wir die "Noise Source" etwas weiter wegschieben, denn an alten Platz stellst du das Mikrofon auf. Damit gehst du in einen Verstärker und dann in eine Box die in Richtung Wohnungstür strahlt. Selbstverständlich kemmst du das Lautsprecherkabel verpolt an. Wenn alles klappt, sollte es in der Nähe deiner Tür leiser werden...
     
  6. Pianist_Berlin

    Pianist_Berlin Benutzer

    Du kannst sämtliche Überlegungen zu diesem Thema sofort einstellen, weil das nicht funktioniert. Eine Auslöschung passiert nur dann, wenn das Wellental exakt auf den dazugehörigen Wellenberg trifft. Also zum selben Zeitpunkt am selben Ort. In einem Kopfhörer ist das ziemlich simpel, weil das ein festes System ist, aber Du stehst ja nicht immer genau an derselben Stelle in der Wohnung, und vor allem bewegen sich die Menschen vor der Tür ja auch dynamisch durch das Treppenhaus.

    Zumal der Schall ja nicht nur direkt durch die Tür kommt, sondern es gibt ja auch sogenannte "Nebenwege". Es wäre also ein großer Zufall, wenn Du mal genau eine passende Auslöschung erwischst. Von daher: Vergiss es.

    Matthias
     
  7. Zwerg#8

    Zwerg#8 Benutzer


    Völlig richtig. Das physikalische Prinzip haben wohl alle verstanden und man kann ja durchaus mal darüber reden.


    Eigentlich wäre jetzt eine Skizze vom Grundriß der Wohnung vorteilhaft, aber nehmen wir doch einfach mal an, daß der "Krach" aus der Stereoanlage im Wohnzimmer stammt und Gutz den Korridor (Flur) "beruhigen" will.

    Wie könnte man das machen?


    Schritt 1)
    Wir stellen die Antibox in den Türrahmen zwischen Wohnzimmer und Flur. Diese Box ist in Richtung Wohnungstür gerichtet und verpolt an einen normalen Verstärker angeschlossen.

    Schritt 2)
    Wir stellen ein Mikrofon (ich würde eine Niere nehmen) ebenfalls in den Türrahmen, um den Krach der durch den Türrahmen in den Flur gelangt, aufzufangen.


    Soweit ist sicher alles verständlich.


    Aber wie bekommen wir das Timing so genau hin, damit es zu Interferenzen im Flur kommt?

    Dazu braucht man ein weiteres Mikrofon, welches im Flur in der Nähe der Wohnungstür aufgestellt wird. Das Signal dieses Mikros leitet man in einen Oszillografen.

    Jetzt brauchen wir die Stereoanlage im Wohnzimmer nur noch mit einem Impuls zu bestücken (meinetwegen 2 x pro Sekunde).

    Zunächst werden wir zwei Impulse auf dem Schirm sehen, die auch unterschiedliche Amplituden haben.

    Der Rest dürfte klar sein. Antibox verschieben und Antiverstärker lautstärkemäßig anpassen.

    Auf gut Deutsch: Wenn die beiden Impulse optimal "übereinanderliegen", dann stimmt die "Phase" und tiefe Frequenzen werden sicherlich ganz gut ausgelöscht. 100%ig wird das natürlich nicht gelingen.

    Soweit meine Theorie. ;)
     
  8. Gutz

    Gutz Benutzer

    @Pianist
    Aber ich möchte es doch innerhalb meines eigenen Raumes bzw. für meine Ohren nicht leiser bekommen, dann müsste ich mir das Mic ja auf die Stirn kleben.
    Dass mir die zu bewältigenden Problematiken bekannt sind, habe ich ja bereits in meinem Post geschrieben, du hast sie lediglich mit anderen Worten nochmal wieder gegeben.
    Für die Menschen, die von der Isolation profitieren sollen spielt deren eigene Position keine Rolle, ich bewege mich z.B. auch selbst vor meinen eigenen LS und nehme keine erheblichen Lautstärkeschwankungen war, für die Leute im Treppenhaus dürfte das auch gelten.
    Erste Experimente werde ich mal mit Zwergs Vorschlag machen und eine Schaltung um die Phase Stufenlos zu regeln ist mit Sicherheit auch nicht so kompliziert.
     
  9. Gutz

    Gutz Benutzer

    Ich glaube man kommt mit einem Mikro aus, wenn ich feinfühlig den Phasenversatz regeln kann.
    Man kann das Mic ja nicht genau da aufstellen wo die Auslöschungsbox steht, daher die Feinfühlige regelung.
    Leider trennt mein Wohnzimmer und das Treppenhaus nur meine Wohnungstür :( dahe denke ich mit so eine Antibox schmälere ich meinen Hörgenuss im Zimmer ganze erheblich (Panoramaverschiebung etc.)
     
  10. Zwerg#8

    Zwerg#8 Benutzer

    Das ist natürlich ganz schlecht und haut meinen wohlfeinen Plan über den Haufen. Mmmm.

    BTW: Das zweite Mikro an der Tür im Flur und das Osszi in meiner Theorie dient nur zum Abgleich des Aufbaus, damit das Timing und die Lautstärke der Antibox stimmt. Danach kannst du das Zeug wieder wegpacken.
     
  11. Gutz

    Gutz Benutzer

    Das dachte ich mir, ich hätte es mit nem Pegelmesser oder den Ohren eines Freundes vor der Tür überprüft um die Phase zu matchen.
     
  12. Zwerg#8

    Zwerg#8 Benutzer

    Der Impuls (Knack) aus der Stereoanlage ist aber auch wichtig, denn sonst bekommst du die GENAUE Phasenlage nie hin...
     
  13. dea

    dea Benutzer

    bzw. zu lernen, wie wenig erfolgreich das selbst mit perfekt komplementären Schallquellen ist, könntest du ja einfach mal das probieren, was so mancher HiFi-Freak als Maßnahme zur Lärmreduzierung beim "Einbrennen" anwendet: Einfach einen Lautsprecher (Box) verpolt anschließen, das Paar einander gegenüber aufstellen und dann mit einem Monosignal mal ordentlich Leistung machen. Du wirst erstaunt sein, welch Höllenlärm trotz erhoffter perfekter Auslöschung den Raum erfüllt.

    Nun stelle dir das mal vor: Irgendein Mikrofon irgendwo im diffusen Schallfeld und irgendeine "Antibox" dazu ebenfalls irgendwo....

    Sorry, aber irgendwie scheint schon das bloße Ausdenken reine Zeitverschwendung. Von Umsetzen und gar Investieren reden wir mal noch gar nicht.
     
  14. Zwerg#8

    Zwerg#8 Benutzer

    dea hatte ich hier schon im Thread erwartet. Er ist ja immer zur Stelle, wenn hier im Forum mal wieder ein "Jugend forscht" - Programm aufgelegt wird. :) Fördergelder gibts für Gutz sicher nicht....

    Ich nehme es gelassen (und zumindest dea weiß, daß ich diese Spielchen liebe) und stelle gleich die nächste Frage:


    Warum klappt das nicht mit der Auslöschung in deinem genannten Beispiel?


    "Eigentlich" müßte das doch (wenigstens teilweise) funktionieren. Wie schon geschrieben, darf man sowieso keine "Wunder" erwarten.


    Als erste Antwort logge ich ein: Der Frequenzgang der beiden Boxen ist nicht identisch.
     
  15. StageManager75

    StageManager75 Benutzer

    Als zweite Antwort:
    Das "Wellenbild" ist eine Funktion von Ort und Frequenz. D.h. auch wenn ich die Phasenlage für EINE Frequenz perfekt treffen kann, gelingt das nicht für alle Frequenzen und für alle Orte. Das Beispiel Kopfhörer mit aktiver Lärmunterdrückung ist ein Beispiel: Der Ort ist ziemlich eng umrissen (das Trommelfell bzw. der räumliche Bezug zwischen Trommelfell und Sensormikrofon) und trotzdem wird der Pegel nur abgesenkt - würde es perfekt funktionieren, würde man von der Umwelt gar nix mehr wahrnehmen.

    Siehe "Kammfiltereffekt" - teilweise Auslöschungen in Abhängigkeit von Position und Frequenz.
    - 2 Mikros nehmen den selben Sprecher auf, der Sprecher bewegt sich.
    - 2 Lautsprecher geben das gleiche Signal wieder und der Hörer bewegt sich im gemeinsam abgedeckten Schallfeld.

    Übrigens, die aktive Lärmdämmung gibt es in der KFZ-Industrie doch schon. Die sind doch am Experimentieren, Schallquellen nicht nur passiv abzuschirmen, sondern aktiv mit Gegenschall zu unterbinden. Aber da gibt es auch einen festen räumlichen Zusammenhang zwischen (Stör-)Schallquelle, Sensor und (Gegen-)Schallquelle und das Frequenzband ist ziemlich eng spezifizierbar (und sei es als Funktion z.B. der Motordrehzahl...). Auch wenn ein gut laufender Motor beim Enthusiasten das Gefühl von "Musik in den Ohren" erzeugt sind die Signale doch wesentlich weniger komplex als Musik.

    Und dann noch eine weitere Komponente:
    Selbst wenn Musik oder Sprache nominell zu leise ist, um inhaltlich wahrgenommen zu werden, so reicht doch ein Rest von Information, um etwas als Sprache oder Musik wahrzunehmen und sich daran zu stören (seien es Zischlaute beim Flüstern in einem leisen Museum oder die restlich verbleibenden Basskomponenten in der Wohnung unterhalb).

    Unserem Threadstarter sei, um den Frieden beizubehalten, ein guter Kopfhörer empfohlen, ansonsten das ganze Spektrum an baulichen Maßnahmen, Schallbrücken zu verhindern (Luftschall, Körperschall).
     
  16. dea

    dea Benutzer

    Der SM75 war schneller. Und er hat Recht.

    Der Frequenzgang zweier Lautsprecherboxen aus einem Los einer Fertigung wird schon identisch genug sein. Aber die Unlinearitäten sowie Phasenschiebereien bei 2- und Mehrwegesystemen sowie unkontrollierbare Beugungen des Schalls durch Membranformen, Chassis und Gehäuse sowie die Stellfläche erzeugen einen dubiosen Schallbrei, der völlig unbeherrschbar hinsichtlich sauberer Auslöschung wird.
     

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