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Adaptive Feedback-Regelung zur aktiven Schallreduktion mit In-Ear-Kopfhörern

Kopfhörer mit aktiver Schallreduktion sind eine häufig genutzte Möglichkeit, die Schallbelastung auf Reisen, beispielsweise mit dem Flugzeug, zu reduzieren, um damit den Komfort zu steigern. Häufig wird dabei die Feedback-Regelung eingesetzt. Diese hat zum Ziel, an einem innenliegenden Fehlermikrofon den Schalldruck gegen Null zu regeln (vgl. Abbildung).

Im Rahmen eines Industrieprojektes werden adaptive Regler für In-Ear-Kopfhörer erforscht. Dabei hat sich gezeigt, dass bei den untersuchten In-Ear-Kopfhörern die Sekundär- oder auch Regelstrecke stark vom Benutzer abhängig ist. Diese Tatsache erschwert die Sicherstellung einer stabilen und performanten Regelung, vor allem vor dem Hintergrund, dass aufgrund der adaptiven Regelung die Reglerparameter erst zur Laufzeit bestimmt werden. Deswegen wurde ein Verfahren entwickelt, welches zur Laufzeit eine Identifikation der Sekundärstrecke mit Meeresrauschen durchführt. Darauf aufbauend hat sich gezeigt, dass eine robust stabile und an das Störgeräusch adaptiv angepasste Regelung realisierbar ist.

Ansprechpartner: M. Sc. Sven Höber

Adaptive Feedforward Regelung unter Berücksichtigung Psychoakastischer Askpekte

Kopfhörer mit aktiver Schallunterdrückung finden zunehmung Verwendung insbesondere als Travel-Kopfhörer. Durch die Reduzierung des Umgebungslärms wird eine angenehmere Athmosphäre geschaffen in der man besser entspannen kann.

Die Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Auslegung einer adaptiven Feedforward-Regelung für In-Ear- Kopfhörer. Diese weise variable Regelstrecken auf die vom Nutzer abhängen sind, weswegen die Verwendung von Adaptivitäten besonders vorteilhaft ist um Dämpfung zu optimieren. Zudem werden in der Regelungsauslegung psychoakustische Aspekte berücksichtigt. So unterscheiden sich zum Beispiel die gemessene Schallleistung und die empfunden Lautstärke. Auch andere Aspekte die auf den Wohlklang eines Geräusches Einfluss werden berücksichtigt- dabei zeigt sich: das leiseste Geräusch ist nicht immer das angenehmste.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Christian Pape 

LINCOAR- Entwicklung von Leichtbau In-Ear Hörschutz-Kommunikations-Headsets mit aktiver Lärmreduktion

Die Lärmschwerhörigkeit gehört heutzutage zu den bedeutendsten Berufskrankheiten. Umso wichtiger ist es, die Lärmbelastung an Arbeitsstätten zu senken. Um dies zu ermöglichen, will Sennheiser eine neue Generation von Hörschutz-Kommunikations-Headsets entwickeln. Diese sollen in einer In-Ear Leichtbauweise verbesserte Kommunikationseigenschaften und einen erhöhten Gehörschutz bei sehr gutem Tragekomfort gewährleisten. Als Auftragsforscher übernimmt das IMR hauptsächlich Aufgaben im Bereich der Entwicklung neuartiger, intelligenter Regelstrategien zur Antischallerzeugung.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Christian Pape 

Aktive Lärmreduzierung in Headsets

Besonders im tieffrequenten Bereich wird Lärm durch passiven Gehörschutz nur unzureichend gedämpft. So genannte ANR-Kopfhörer (ANR: Active Noise Reduction) verbessern zwar den Lärmschutz durch aktive Regelung, bei hohen Umgebungspegeln jedoch wird die Dämpfungsleistung kommerziell erhältlicher Systeme als nur unzureichend empfunden. In Kooperation mit der Firma Sennheiser Electronic wurde deshalb das Projekt COMDAC initiiert, dessen Ziel die Entwicklung eines digital-adaptiven ANR-Kommunikations-Headset für extreme Schallbelastung ist. Der Schwerpunkt der Forschung am IMR liegt auf der Systemidentifikation und Modellbildung des Regelkreises, dem Entwurf von optimierten Algorithmen digital adaptiver Reglerkonzepte und der Validation in realen Umgebungen. Im Rahmen der Algorithmenentwicklung muss insbesondere ein Kompromiss zwischen uneingeschränkter Funktionalität, hohem Tragekomfort, geringem Gewicht und sehr hoher Sprachverständlichkeit gefunden werden. Ein bereits entwickelter Prototyp ist in der Abbildung zu sehen.

Ansprechhpartner: Dr.-Ing. Christian Pape

Reduzierung des Motorgeräusches in Kraftfahrzeugen durch adaptiv geregelten Kompensationsschall

Im Rahmen der Promotion wurde ein neues regelungtechnisches System zur aktiven Schallkompensation des Motorgeräusches in Kraftfahrzeugen mittels Kompensationsschall entwickelt.

Das Prinzip der Schallkompensation beruht darauf, einen gegenphasigen Kompensationsschall zum Motorgeräusch zu erzeugen. Dieser Kompensationsschall muss die Eigenschaft aufweisen, Druckmaxima des Motorschalls durch Druckminima des Kompensationsschalls zu eliminieren. Erzeugt werden kann dieser Kompensationsschall durch mehrere Lautsprecher im Fahrgastraum (Musiklautsprecher).

Dieses ANC-System (Active Noise Control) basierte auf der Fourierzerlegung des Motorgeräusches in orthogonale Signalanteile. Die Eigenschaft der Orthogonalität führte dazu, dass einzelne dominante Motorschallanteile unabhängig voneinander geregelt werden konnten.

An Hand von experimentellen Versuchen in einem Kraftfahrzeug wurde mittels Ordnungsanalysen              und Spektrogrammen gezeigt, dass dieses neue System einen sehr hohen Kompensationsgrad aufweist. Zurückzuführen ist diese Eigenschaft unter anderem darauf, dass ein diskreter Integralregler verwendet wurde. Dieser Reglertyp verhindert bleibende Reglerabweichungen im stationären Betrieb.

Ansprechhpartner: Dr.-Ing, Christian Pape