УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ШУМОВ В АВТОМОБИЛЕ
DEVICE FOR NOISE COMPENSATION IN CAR

Область техники
Изобретение относится к устройству компенсации шумов в автомобиле с приемным устройством, регистрирующим возникающие шумы, с сигнальным генератором, генерирующим на основе зарегистрированных шумов по меньшей мере один сигнал, и по меньшей мере с одним динамиком, генерирующим на основе сигнала гасящие звуковые волны, смещенные по фазе относительно звуковых волн возникающих шумов, и излучающим их внутрь автомобиля.
Уровень техники
За прошедшие десятилетия создание парковочных мест, в частности на автострадах, прирастало не в такой же мере, как дорожное движение. По этой причине прежде всего дальнобойщики все реже находят спокойное место стоянки на время отдыха. Часто автомобили стоят в местах въезда и выезда с туристских баз или на полосе вынужденной остановки автострады. Кроме того, в частности в Германии, в отличие от других стран парковочные места для грузовых автомобилей расположены крайне неблагоприятно, поскольку парковочные места для грузовых автомобилей обращены к автостраде, в то время как парковочные места для легковых автомобилей расположены на большем расстоянии от проезжей части.
В отношении вышеописанной проблемы следует учесть, что шум является одним из сильнейших факторов стресса, поскольку он отрицательно действует на вегетативную нервную систему. Усталость, недостаточная концентрация, нервозность и раздражительность являются его следствием. Кроме того, постоянное, даже подпороговое действие шума ведет к устойчивым нарушениям слуха. Для противодействия этой проблеме известны устройства с активной компенсацией шумов, основанные на принципе фазоинверсного звука. При такого рода активной компенсации на месте действия звука, в частности в области уха, возникающие там звуковые волны сначала принимаются с помощью звукоприемника в виде микрофона и передаются на фильтр со сдвигом по фазе на 180°. Сдвинутые по фазе звуковые волны передаются в конечном счете через динамик, так что принятые и сдвинутые по фазе звуковые волны по меньшей мере большей частью взаимно уничтожаются. Посредством такого активного устройства компенсации шумов снижение шумов более чем на 15 дБ прежде всего может достигаться в диапазоне низких частот, причем снижение шумов на 10 дБ субъективно уже воспринимается как уполовинивание силы звука.
Между тем активная компенсация шумов уже используется в различных областях. Так, например, несколько лет назад в продаже появились наушники с активной компенсацией шумов, используемые, например, в авиации как в кабине пилота, так и в пассажирском салоне.
Кроме того, из WO 90/09655 известна компенсация шумов во внутреннем пространстве автомобиля, с помощью которой, в частности, должны компенсироваться шумы во внутреннем пространстве автомобиля, исходящие от двигателя автомобиля. Описанное устройство формирует электрический сигнал из опорного сигнала, генерируемого, между прочим, с помощью микрофона, измеряющего шумовое поле, поступающее от двигателя. Электрический сигнал, полученный из опорного сигнала, усиливается и подается на динамик со сдвигом по фазе на 180°, чтобы создать нейтрализующее противошумовое поле, более или менее компенсирующее возмущающий шум.
В порядке расширения знакомства с вышеописанной системой из DE 10 2004 031657 А1 известно, что компенсацию шумов следует осуществлять не только тогда, когда шумы появляются, а уже тогда, когда пассажиры автомобиля включают выключатели или приборы автомобиля, вызывающие впоследствии соответствующие шумы. При этом техническом решении уже при пользовании выключателем, например выключателем стеклоочистителя, или ручкой двери, генерируется и излучается во внутреннее пространство автомобиля поле звуковых волн, компенсирующее последующий шум.
Само собой разумеется, что в зоне автомобиля, в частности в спальной зоне кабины автомобиля общего назначения, создается также пассивная звукоизоляция. Однако с помощью известных пассивных элементов звукоизоляции может быть достигнуто лишь ограниченное снижение уровня шумов во внутреннем пространстве. Прежде всего из-за действия принципиальных физических закономерностей звукоизоляция автомобиля ограничена в случае низкочастотных шумов. Дальнейшее улучшение звукоизоляции привело бы к существенному увеличению веса кузова автомобиля, например кабины водителя автомобиля общего назначения. Такое увеличение веса как из экологических, так и из экономических соображений является недопустимым.
На основе технических решений, известных из уровня техники, а также вышеописанной проблематики в основу изобретения положена задача создания системы компенсации шумов для внутреннего пространства автомобиля, обеспечивающая также водителю автомобиля во время отдыха комфортабельный сон, не нарушаемый шумом. Создаваемая система должна иметь относительно простое устройство и предпочтительную возможность интеграции в уже существующую систему в автомобиле. Кроме того, система должна быть применима как в сфере автомобилей общего назначения, в частности грузовых автомобилей и междугородных автобусов, так и в сфере других автомобилей, как, например, в жилых автомобилях.
Вышеупомянутая задача решается с помощью устройства по п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов и в последующем описании подробно поясняются со ссылками на фигуры. Кроме того, предпочтительное применение устройства, выполненного согласно изобретению, приводится в п.7 формулы изобретения.
Согласно изобретению устройство для компенсации шумов в автомобиле с приемным устройством, регистрирующим возникающие шумы, с сигнальным генератором, формирующим на основе зарегистрированных шумов по меньшей мере один сигнал, и по меньшей мере с одним динамиком, формирующим на основе сигнала гасящие звуковые волны, сдвинутые по фазе относительно звуковых волн возникающих шумов, и передающим их во внутреннее пространство автомобиля, усовершенствовано настолько, что гасящие звуковые волны излучаются в зоне спального места.
При этом под спальным местом в автомобиле в общем случае понимается место, в котором во время поездки или отдыха может спать и/или отдыхать по меньшей мере один человек. При этом речь может идти или о сиденье, переводимом по крайней мере частично в лежачее положение, или же о спальном месте, установленном в зоне спальной кабины. Под спальной кабиной опять-таки понимается как пространство для отдыха водителя в грузовом автомобиле или автобусе, так и соответственно оборудованное пространство в жилом автомобиле.
С помощью устройства, выполненного согласно изобретению, человеку, находящемуся в зоне спального места, предпочтительным образом можно обеспечить спокойный здоровый сон. Это прежде всего достигается за счет того, что шумы, воспринимаемые внутри автомобиля, источник которых находится или внутри, и/или вне автомобиля, обнаруживаются, а после обработки шумов через динамик в зону спального места передаются звуковые волны, приводящие к компенсации шумов на основе по меньшей мере частичного гашения соответствующих звуковых волн. При этом взаимное по меньшей мере частичное гашение звуковых волн предпочтительным образом достигается за счет того, что возмущающие звуковые волны и гасящие звуковые волны сдвинуты по фазе, в частности, на фазовый угол 180°.
Для осуществления компенсации шумов в зоне спального места внутри автомобиля предусмотрено по меньшей мере одно приемное устройство, выполненное в виде микрофона, с помощью которого принимаются возникающие шумы, соответствующий сигнал посылается в сигнальный генератор, а сигнальный генератор, в свою очередь, формирует выходной сигнал, на основе которого по меньшей мере один динамик генерирует гасящие звуковые волны для компенсации шумов, возникающих во внутреннем пространстве автомобиля. Согласно изобретению по меньшей мере один динамик во внутреннем пространстве автомобиля установлен таким образом, что гасящие звуковые волны излучаются в зону спального места, оборудованного в отдельной спальной кабине. При этом под отдельной спальной кабиной прежде всего понимается зона внутреннего пространства автомобиля, по крайней мере временно отделенная от рабочего места водителя жесткой стенкой или занавеской. Особенно благоприятной является установка по меньшей мере одного динамика таким образом, чтобы гасящие звуковые волны излучались в зону головы, т.е. в зону, в которой обычно находится голова отдыхающего или спящего человека.
В одном из предпочтительных вариантов изобретения предусмотрено, чтобы приемное устройство и динамик были интегрированы в один блок из микрофона и динамика. Такой комбинированный блок из микрофона и динамика может быть предпочтительным образом установлен в зоне спального места, в частности в зоне головы, т.е. в зоне спального места, куда человек обычно укладывается головой. В этой связи такой блок может быть с помощью соответствующих крепежных средств или установлен на внутренней стенке, или же встроен в нее.
Как уже говорилось вначале, предпочтительной установкой динамика, предусмотренного согласно изобретению, является его размещение в зоне спальной койки, предпочтительно, спальной койки автомобиля общего пользования. Динамик предпочтительным образом устанавливается так, чтобы гасящие звуковые волны посылались в головную часть спальной койки, т.е. спального места.
В одном из других особых вариантов выполнения изобретения в качестве по меньшей мере единственного динамика для передачи гасящих звуковых импульсов применяется динамик, с помощью которого могут генерироваться обычные звуки. В этой связи в качестве устройства, выполненного согласно изобретению для компенсации шумов, предлагается использование динамиков, подключенных к музыкальной аппаратуре и/или телевизионной установке автомобиля.
Кроме того, предпочтительным образом предлагается подключать динамик, используемый для компенсации шумов, к системе побудки и/или тревожной сигнализации. Таким образом можно обратить внимание водителя, спящего в зоне места для лежания, на опасность, например, на пожар или на превышение температуры охлаждения в полуприцепе-рефрижераторе, или разбудить водителя в желательное время побудки.
С помощью устройства для компенсации шумов согласно изобретению, обычно комбинируемого с пассивными звукоизолирующими элементами в стенке автомобиля, водителю предлагается спокойное спальное место, предпочтительно в кабине автомобиля общего пользования. Эта мера, в частности, дает возможность водителю во время его отдыха хорошо выспаться и достаточно отдохнуть для возобновления поездки.
Ниже изобретение без ограничения общей идеи изобретения более подробно поясняется со ссылкой на фигуры, на которых
фиг. 1 изображает схематически вид сбоку спального места в автомобиле с устройством компенсации шумов;
фиг. 2 - схематически вид сверху спального места в автомобиле с устройством компенсации шумов.
На фиг. 1 изображен вид сбоку устройства для компенсации шумов, встроенного в кабину 1 автомобиля общего пользования. В изображенной кабине автомобиля общего пользования в зоне спального места водителя предусмотрена спальная лежанка 4, расположенная поперек относительно направления движения позади места 5 водителя, а также места для напарника и находящаяся в разобранном состоянии. Как в зоне спинки 12 места 5 водителя, так и напротив, в зоне задней стенки 9 кабины водителя, предусмотрены соответствующие динамики 7. Кроме того, на динамиках 7 микрофоны 10 закреплены таким образом, чтобы динамики 7 вместе с микрофонами 10 образовывали соответствующий компактный блок из микрофона и динамика.
С помощью микрофонов 10 регистрируются шумы, возникающие в зоне спального места 11 водителя, а соответствующие сигналы передаются в сигнальный генератор 8. Сигнальный генератор 8 на основе входных сигналов формирует по меньшей мере один выходной сигнал, на основе которого динамики 7 генерируют гасящие звуковые волны, сдвинутые по фазе относительно звуковых волн возникающих шумов настолько, чтобы звуковые волны взаимно уничтожались. Для этого гасящие звуковые волны по своей фазе относительно фазы звуковых волн возникающих шумов сдвинуты на 180°. Гасящие звуковые волны, сдвинутые по фазе на 180°, посредством динамиков 7 излучаются в зону спального места 11, на котором обычно находится голова спящего или отдыхающего пассажира автомобиля. Само собой разумеется, возможно, чтобы описанная система компенсации шумов в случае двухместной установки для лежания, т.е. при двух лежанках 4, расположенных друг над другом, была предусмотрена как в зоне нижней лежанки, так и в порядке дополнения или альтернативы в зоне верхней лежанки.
В дополнение к двум микрофонам 10, динамикам 7 и сигнальным генераторам 8, представляющим собой средства активной компенсации шумов, возникающих в зоне спального места 11 водителя, задняя стенка 2 кабины водителя, боковые стенки 9, а также пол 3 кабины водителя имеют со своей внутренней стороны пассивные звукоизолирующие элементы. Эти звукоизолирующие элементы 13 выполнены таким образом, чтобы могли поглощаться звуковые волны определенной частоты и амплитуды.
Несмотря на эти меры пассивной звукоизоляции, в результате достигается лишь ограниченное снижение уровня внутренних шумов. В частности, при низких частотах звукоизоляция кабины водителя посредством пассивных звукоизолирующих элементов 13 вследствие физических закономерностей ограничена. Кроме того, усиление пассивных звукоизолирующих элементов возможно лишь в ограниченной степени, поскольку кабина 1 водителя должна быть оптимизирована с точки зрения своего веса, а также имеющегося в наличии внутреннего объема.
В порядке дополнения для лучшей наглядности на фиг. 2 спальное место 11 водителя, изображенное на фиг. 1 в виде сбоку, вместе с системой компенсации шумов показано в виде сверху. Система, изображенная на фиг. 2, по своему техническому выполнению в остальном соответствует сказанному в связи с фиг. 1.
Устройство для компенсации шумов, используемое согласно изобретению, компенсирует шумы, возникающие внутри кабины 1 водителя, в частности в зоне спального места 11 водителя, с помощью так называемого принципа эха. При этом, как показано на фиг.1 и 2, в зоне спальных лежанок 4 в непосредственной близости от зоны головы, т.е. там, где водитель обычно кладет голову во время отдыха или сна, предусмотрены динамики 7, посылающие гасящие звуковые волны, которые по меньшей мере в значительной степени гасят звуковые волны шумов, возникающих в зоне спального места 11 водителя.
Шумы, возникающие или воспринимаемые во внутреннем пространстве автомобиля без компенсации могут исходить как изнутри, так и снаружи автомобиля. В частности, шум двигателя, уличный шум и/или шум, вызванный двигателями холодильных агрегатов, часто действуют раздражающе на сон водителя, особенно дальнобойщика. С помощью выполненной системы компенсации шумов такие неприятные помехи по меньшей мере в значительной степени гасятся.
Система компенсации шумов, показанная на фиг. 1 и 2, содержит два блока 7, 10 из микрофона и динамика, а также сигнальный генератор 8, управляющий системой. В случае необходимости динамики 7 системы компенсации шумов могут быть использованы также для воспроизведения звука в кабине водителя, в частности в зоне спального места.
Перечень позиций
1 - кабина водителя
2 - задняя стенка
3 - пол кабины водителя
4 - спальная лежанка
5. - место водителя
6 - зона головы пассажира автомобиля в положении покоя или сна
7 - динамик
8 - сигнальный генератор
9 - боковая стенка
10. - микрофон
11 - спальное место
12 - спинка сиденья
13 - пассивный звукоизолирующий элемент.