Lautsprecher im Fensterrahmen gegen Lärm

Fenster zu, und der Lärm bleibt draußen. Das klappt nicht immer, und der Lärm kann schnell zum Stress werden. Um dem Schall mit seinen eigenen Mitteln entgegenzutreten, werden bereits Schwingungen gegen Schwingungen eingesetzt. Besonders im tieffrequenten Bereich haben diese aktiven Schallschutzfenster Vorteile gegenüber konventionellen Fenstern.

Es gibt aber auch Nachteile. Darum wurden am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF verschiedene Möglichkeiten untersucht, um Lärmschutzfenster mit aktiven Methoden zu verbessern. Als Herausforderung zeigte sich stets die Aktorik, denn bisher mussten Piezoaktoren im Sichtfeld auf der Scheibe angebracht werden, um dort die Scheibenschwingungen und somit den Schalldurchgang zu mindern. Die auf der Scheibe angebrachten Elemente schränkten die Sicht ein oder benötigten einen vergrößerten Bauraum.

Neuartige, am Fraunhofer LBF entwickelte schlanke Lautsprecher auf Basis elektroaktiver Polymere (EAP) können dagegen im Fensterrahmen als aktive Spacer 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.

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. Deshalb baute das Fraunhofer LBF zusammen mit dem Glaszentrum Darmstadt einen ersten seriennahen Prototyp auf. Das Team integrierte vier EAP-Spacer mitsamt den benötigten Mikrofonen im Inneren des Scheibenmoduls und prüfte das akustische Verbesserungspotenzial am realen Fenster messtechnisch.

Der gemessene Pegelunterschied des mittleren Summenpegels des Schalldrucks betrug im inneren des Fensters 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.

Neben der klassischen Anwendung in Haushalten oder in Räumen mit extremen Anforderungen, wie etwa Tonstudios, ist eine Auslegung auch für sensible Räume denkbar. So lässt sich beispielsweise in Besprechungszimmern gezielt die Verständlichkeit nach außen hin vermindern. GLR