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Lärm mit Schwingungen bekämpfen

Fraunhofer entwickelt Fensterrahmen mit Lautsprecher
Lärm mit Schwingungen bekämpfen

Lärm mit Schwingungen bekämpfen
Mit den eigenen Mitteln schlagen: Der Lautsprecher ist vollständig in den EAP-Spacer integriert und bekämpft aktiv Schwingungen gegen Schwingungen. Foto: Fraunhofer LBF
Fenster zu, und der Lärm bleibt draußen. Leider klappt das nicht immer. Um dem Schall mit seinen eigenen Mitteln entgegenzutreten, werden Schwingungen gegen Schwingungen eingesetzt. Besonders im tieffrequenten Bereich haben diese aktiven Schallschutzfenster Vorteile gegenüber konventionellen Fenstern. Bisher hatten solche Konzepte aber Nachteile: Die auf der Scheibe angebrachten Elemente schränkten die Sicht ein oder benötigten einen vergrößerten Bauraum. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat einen neuartigen, im Fensterrahmen integrierten schlanken Lautsprecher auf Basis elektroaktiver Polymere (EAP) entwickelt, der diese Nachteile beseitigt und darüber hinaus kostengünstig herzustellen ist. Neben der Anwendung in Haushalten oder in Räumen mit extremen Anforderungen, wie etwa Tonstudios, ist eine Auslegung auch für sensible Räume denkbar. So lässt sich bspw. in Besprechungszimmern die Verständlichkeit nach außen hin vermindern.

Die neuartigen schlanken Lautsprecher auf Basis elektroaktiver Polymere (EAP) können im Fensterrahmen eingebaut werden. Vorteil: Es macht den Aufbau kompakt und schränkt die Sicht nicht ein. Damit lässt sich der Schalldruck zwischen den Scheiben aktiv regeln und die Übertragung reduzieren.
EAP-Stapelaktoren bestehen aus einer Vielzahl abwechselnd angeordneter Elastomer- und Elektrodenschichten, über die ein hohes elektrisches Feld aufgeprägt wird. In dem neu entwickelten Designansatz sind die Elektroden metallisch ausgeführt und mit mikroskopisch feinen Löchern versehen. Dies erlaubt dem nicht komprimierbaren Elastomer, sich örtlich im Betrieb zu deformieren. Sowohl Elastomer- als auch Elektrodenschichten können nahezu beliebig geformt sein, was große konstruktive Freiheiten eröffnet.
Für den Prototyp des aktiven Spacers für ein Doppelglasfenster wurden entsprechend schmale Elektroden- und Elastomerschichten gefertigt und in einem Gehäuse, dessen Abmessungen denen eines konventionellen Rahmenabstandshalters entsprechen, übereinander gestapelt. Der Lautsprecher selbst ist vollständig in den Spacer integriert. Das Gehäuse übernimmt die lasttragende Aufgabe des Originalbauteils. Über Löcher im Deckel wird der Schall in den Innenraum des Doppelglasfensters abgestrahlt.
Bereits mit einem nur 20 cm langen Lautsprecher, das entspricht rund 7 % des Fensterrahmens, ließ sich bei geringer Lautstärke im Labor eine Reduktion der abgestrahlten Schallleistung von 3,3 dB im Summenpegel bis 500 Hz erreichen. Eine Vergrößerung der aktiven Fläche verspricht weiteres Potenzial. Werden vier EAP-Spacer mitsamt den benötigten Mikrofonen im Inneren des Scheibenmoduls eingesetzt, verbesserte sich der gemessene Pegelunterschied des mittleren Summenpegels des Schalldrucks im Inneren des Fensters um 16,8 dB. Die berechnete Reduktion des Summenpegels der Schallleitung bis 500 Hz beträgt rund 3 dB. Eine weitere Verbesserung durch Verwendung mehrerer Mikrofone im Zwischenraum ist zu erwarten. (sk)
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