DE4343807A1

DE4343807A1 - Digital loudspeaker array for electric-to-acoustic signal conversion

Info

Publication number: DE4343807A1
Application number: DE19934343807
Authority: DE
Inventors: Guenther Nubert
Original assignee: GUENTHER NUBERT ELEKTRONIC GMB
Current assignee: GUENTHER NUBERT ELEKTRONIC GMB
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-06-29

Abstract

Each digital loudspeaker (8) in a two-dimensional array has an earthed connection (9) and a second input (10) with an individual line (11) ton an address unit (2) capable of exciting each transducer in isolation according to the amplitude of the electric signal. The many small transducers replace the conventional single analogue loudspeaker and have two mechanically different states as well as a neutral state. With an increase in momentary value of the input voltage an increasing number of transducers in the array are excited, and conversely.

Description

Ein Beispiel für die Umwandlung elektrischer in akustische Signale sind Lautsprecher. Bei einem üblichen Lautsprecher wird die Schwingspule des Lautsprechers von einem dem elek trischen Signal proportionalen Strom durchflossen. Je größer das Signal ist, desto größer ist die Auslenkung der Schwing spule gegenüber dem Permanentmagnet. Mit der Schwingspule verbunden ist eine Lautsprechermembran, deren Ausschlag um so größer ist, je stärker das elektrische Signal ist.An example of converting electrical to acoustic Signals are loudspeakers. With a normal loudspeaker the voice coil of the speaker is replaced by one of the elec flow through proportional signal. The bigger the signal is, the greater the deflection of the oscillation coil opposite the permanent magnet. With the voice coil is connected to a speaker diaphragm, the deflection of which the bigger the stronger the electrical signal is.

Das aus der Schwingspule und der Lautsprechermembran beste hende System ist ein schwingungsfähiges System, das eine Vielzahl von Eigenfrequenzen aufweist und daher das elektri sche Signal nur verzerrt wiedergibt.The best from the voice coil and the loudspeaker membrane system is an oscillatory system, the one Has a large number of natural frequencies and therefore the electri only reproduces distorted signal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln eines elektrischen Signals in ein akustisches Signal vorzuschlagen, bei denen mit geringem mechanischem Aufwand eine Verbesserung der Wiedergabe möglich ist. The invention has for its object a method and a device for converting an electrical signal into propose an acoustic signal for those with low mechanical effort to improve the playback possible is.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Der Spannungswert des elektrischen Signals soll üblicherweise eine Lautstärke darstellen. Die Erfindung verwendet also statt eines analogen Lautsprechers, der als Wandler bezeich net werden kann, eine Vielzahl von digital arbeitenden Wandlerelementen, die jeweils nur zwei diskrete mechanisch verschiedene Zustände aufweisen können. Diese beiden Zustände können beispielsweise ein bestimmtes Volumen sein, das im einen Fall größer und im anderen Fall kleiner ist.The invention proposes a method for solving this problem with the features of claim 1 and / or a device with the features of claim 11. Further training of the Invention are the subject of the respective subclaims. Of the Voltage value of the electrical signal should usually be represent a volume. So the invention uses instead of an analog speaker called a converter can be a variety of digitally working Transducer elements, each two mechanically discrete can have different states. These two states can be, for example, a certain volume that is in the one case is larger and the other is smaller.

Die Lautstärke wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß mit zunehmender Lautstärke nicht ein Element stärker, sondern mehr Elemente in gleicher Weise um einen Festbetrag ausge lenkt werden. Dies führt in gleicher Weise zur Darstellung einer bestimmten Lautstärke.The volume is achieved according to the invention in that with increasing volume not one element stronger, but more items in the same way by a fixed amount be directed. This leads to the representation in the same way a certain volume.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß jedes Wandlerelement bei Unterschreiten der Spannung ausge schaltet wird, bei deren Überschreiten es eingeschaltet wurde.According to the invention it can be provided in a further development that each converter element out when the voltage falls below is switched on, when exceeded it is switched on has been.

Da die elektrischen Signale und die ihnen zugeordneten akustischen Signale bezüglich einer Null-Linie positive und negative Werte aufnehmen können, kann erfindungsgemäß vorge sehen sein, daß der erwähnte erste mechanische Zustand der maximal negativen Spannung entspricht, so daß praktisch alle Spannungswerte gegenüber einer Bezugsspannung gemessen werden, die nicht der Null-Linie entspricht.Because the electrical signals and their associated acoustic signals with respect to a zero line positive and can absorb negative values, can according to the invention can be seen that the first mechanical state mentioned corresponds to maximum negative voltage, so that practically all Voltage values measured against a reference voltage that do not correspond to the zero line.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein kann, daß die Wandlerelemente einen dritten mechanischen Zustand aufweisen, der als neutraler Zustand zwischen den beiden anderen liegt. Dieser neutrale oder Null-Zustand kann ein Zustand sein, der eintritt, wenn das Wandlerelement nicht angesteuert wird, also beispiels weise spannungsfrei ist. Dann werden die Wandlerelemente bei positiven Spannungswerten in den einen Zustand und bei negativen Spannungswerten in den anderen Zustand, jeweils ausgehend von dem neutralen Zustand, umgeschaltet.However, it is particularly favorable if the Invention can be provided that the transducer elements have third mechanical state, the neutral State lies between the other two. This neutral one or zero state can be a state that occurs when the converter element is not controlled, for example is tension-free. Then the converter elements at positive voltage values in one state and at negative voltage values in the other state, respectively switched from the neutral state.

Die Erfindung schlägt vor, die Wandlerelemente in einer Fläche nebeneinander liegend anzuordnen, beispielsweise möglichst eng nebeneinander. Die Wandlerelemente können zum Beispiel linienförmig ausgebildet sein. Die Anordnung kann erfindungsgemäß so eng sein, daß die Schallquelle klein wird, wobei eine Grenze dadurch gegeben ist, daß die einzelnen Elemente voneinander unabhängig angesteuert werden und sich nicht gegenseitig beeinflussen sollen.The invention proposes the transducer elements in one Arrange the surface next to each other, for example as close to each other as possible. The converter elements can Example be linear. The arrangement can according to the invention be so narrow that the sound source becomes small, a limit being given by the fact that the individual Elements can be controlled independently and each other should not influence each other.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, Wandlerelemente zu verwenden, die im wesentlichen punktförmig ausgebildet sind und dann in einem zweidimensionalen Raster nebeneinander liegend angeordnet sind. Es kann sich hierbei vorzugsweise um eine ebene Fläche handeln, jedoch ist auch die Anordnung in einer anderen Fläche möglich, wenn bestimmte Abstrahlungs charakteristiken verwirklicht werden sollen.According to the invention, converter elements can be provided use that are essentially point-shaped and then side by side in a two-dimensional grid are arranged horizontally. It can preferably be act on a flat surface, but the arrangement is also in another area possible if certain radiation characteristics to be realized.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Zuschaltung der Wandlerelemente bei zunehmender Spannung nach einem bestimm ten Muster erfolgt, beispielsweise symmetrisch. Es kann sich hierbei um eine Punkt- oder Liniensymmetrie handeln.According to the invention it can be provided that the connection of the Converter elements with increasing voltage after a certain th pattern takes place, for example symmetrically. It can this is a point or line symmetry.

Als Wandlerelemente können beispielsweise elektrische Leiter verwendet werden, die geradlinig verlaufend in einem Magnet feld angeordnet werden. Wird durch den Leiter dann ein elektrischer Strom geleitet, so lenken sich die Leiter quer zu den Feldlinien des Magnetfelds seitlich aus. Als Leiter können insbesondere flache dünne Streifen verwendet werden, die zu einer besseren Lautstärkeausbeute führen als bei spielsweise runde Drähte.Electrical conductors, for example, can be used as converter elements be used, the straight line in a magnet field are arranged. Will then by the leader conducted electrical current, so the conductors steer across to the field lines of the magnetic field from the side. As a leader flat thin strips can be used, which lead to a better volume yield than with for example round wires.

Erfindungsgemäß kann ebenfalls vorgesehen sein, als Wandler elemente elektrostriktive Elemente zu verwenden, die also unter dem Einfluß einer Spannung oder eines Stroms ihr Volumen ändern. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, magneto striktive Elemente zu verwenden, zu deren Veränderung ein Magnetfeld erzeugt wird.According to the invention can also be provided as a converter elements to use electrostrictive elements, that is under the influence of a voltage or a current her Change volume. It can also be provided magneto to use strict elements to change them Magnetic field is generated.

Weiterhin möglich ist es, elektrostatische Elemente zu ver wenden.It is also possible to ver electrostatic elements turn.

Ebenfalls vorgeschlagen wird von der Erfindung die Verwendung piezoelektrischer Elemente, z. B. in Folienform.The use of the invention is also proposed piezoelectric elements, e.g. B. in foil form.

Wenn das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren auf ein analoges elektrisches Signal angewendet werden soll, kann vorgesehen sein, das analoge Signal durch einen A/D-Wandler in ein digitales umzuwandeln. Es ist aber nach der Erfindung auch möglich, das Verfahren direkt auf ein digitales elektri sches Signal anzuwenden, bei dem die Spannungswerte digital verschlüsselt sind und eine Lautstärke darstellen sollen. Das digitale elektrische Signal, auf das das Verfahren nach der Erfindung angewendet werden kann, kann, sofern erforderlich, auf digitaler Ebene entsprechend umcodiert werden.If the method proposed by the invention is based on a analog electrical signal to be applied can be provided, the analog signal by an A / D converter to convert it into a digital one. But it is after the invention also possible to apply the process directly to digital electri to apply a signal in which the voltage values are digital are encrypted and should represent a volume. The digital electrical signal to which the procedure according to Invention can be applied, if necessary, be recoded accordingly at the digital level.

Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält eine Vielzahl der artiger Wandlerelemente. Je größer die Zahl der Wandlerele mente ist, desto feiner lassen sich die unterschiedlichen vorgegebenen Spannungswerte auflösen. Die zu erreichende Lautstärke hängt natürlich von den Eigenschaften und der Zahl der Wandlerelemente ab.The device according to the invention contains a variety of like converter elements. The greater the number of converter elements ment, the finer the different can be dissolve the specified voltage values. The one to be reached Volume naturally depends on the properties and the number of the converter elements.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß im Bereich großer Lautstärke nicht mehr einzelne Wandlerelemente, sondern Gruppen von Wandlerelementen zugeschaltet werden. Bei größe rer Lautstärke führt das Hinzuschalten eines einzigen Wand lerelements nur zu einer sehr kleinen Zunahme der Lautstärke, so daß hier sonst eine unnötige feine Auflösung erreicht wird. Es ist selbstverständlich auch möglich, für den Bereich größerer Lautstärken Wandlerelemente vorzusehen, die größer sind als im Bereich der kleinen Lautstärken.According to the invention it can be provided that in the area of large Volume no longer individual transducer elements, but Groups of converter elements can be switched on. With size The volume leads to the addition of a single wall elements only to a very small increase in volume, so that otherwise an unnecessarily fine resolution is achieved here becomes. It is of course also possible for the area provide larger volume transducer elements that are larger are considered to be in the low volume range.

Ebenfalls möglich ist es, für verschiedene Frequenzbereiche unterschiedliche Wandlerelemente vorzusehen. Diese können als getrennte Lautsprecher, ähnlich wie bei den bisherigen ana logen Lautsprechern, oder aber auch in der gleichen Lautspre chereinheit angeordnet werden. In diesem Fall kann man die Wandlerelemente in Gruppen zusammenfassen, wobei innerhalb einer Gruppe die Wandlerelemente im wesentlichen gleich sind, während sie sich von Gruppe zu Gruppe unterscheiden.It is also possible for different frequency ranges to provide different converter elements. These can be as separate speakers, similar to the previous ana Lied speakers, or in the same speaker can be arranged. In this case, you can Combine transducer elements in groups, with inside one group the transducer elements are essentially the same, while they differ from group to group.

Im Bereich tiefer Frequenzen ist bekanntlich das Erreichen der entsprechenden Lautstärke schwierig. Hierzu verwendet man auch im analogen Bereich spezielle Tiefton-Lautsprecher. Um auch bei tiefen Frequenzen die nötige Lautstärke mit nicht zu hohem Aufwand zu erreichen, kann erfindungsgemäß auch vorge sehen sein, daß Wandlerelemente von herkömmlichen analogen Lautsprechern gebildet werden, die aus der neutralen Position in beide Richtungen mit einem konstanten Hub ein- bzw. ausge schaltet werden, also digital betrieben werden.As is well known, this is achieved in the range of low frequencies the corresponding volume difficult. For this you use special low-frequency speakers also in the analog range. Around even at low frequencies the necessary volume is not too To achieve high effort, can also be according to the invention can be seen that transducer elements of conventional analog Speakers are formed from the neutral position in or out with a constant stroke in both directions be switched, i.e. operated digitally.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann einen A/D-Wandler aufweisen, wenn an sie ein analoges elektrisches Signal angelegt werden soll.The device according to the invention can be an A / D converter if they have an analog electrical signal should be created.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen: Further characteristics, details and advantages result from the claims, the wording of which by reference to Content of the description is made of the following description exercise of a preferred embodiment of the invention as well based on the drawing. Here show:

Fig. 1 schematisch die Darstellung eines elektrischen analogen Signals und seine erfindungsgemäße Darstellung durch einzelne diskrete Wandler elemente; Figure 1 shows schematically the representation of an electrical analog signal and its inventive representation by individual discrete transducer elements.

Fig. 2 die Anordnung einer Vielzahl von Wandler elementen in einem zweidimensionalen Raster; Figure 2 shows the arrangement of a plurality of transducer elements in a two-dimensional grid.

Fig. 3 die Anordnung einer Vielzahl von linienförmi gen Wandlerelementen in einem Magnetfeld; Figure 3 shows the arrangement of a plurality of linieniform gene transducer elements in a magnetic field.

Fig. 4 eine abgebrochene perspektivische Aufsicht auf ein zweidimensionales Feld von Wandlerelemen ten, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Fig. 4 is a broken perspective view of a two-dimensional array of transducer elements, which are arranged on a common substrate.

In Fig. 1 ist der Verlauf eines analogen elektrischen Signals in Form einer Kurve 1 dargestellt. Bei herkömmlichen Laut sprechern wird dieses Signal, gegebenenfalls in verstärkter Form, direkt als Spannung an die Schwingspule eines Lautspre chers gelegt, so daß die Membran des Lautsprechers eine dem Spannungswert der Kurve 1 proportionale Auslenkung erfährt. Die Auslenkung erfolgt beispielsweise nach vorne, wenn die Spannung einen positiven Wert aufweist, und nach hinten gegenüber einer Nullstellung, wenn die Spannung entsprechend dem Kurvenverlauf unter die Null-Linie 2 absinkt.In Fig. 1, the curve is shown an analog electrical signal in the form of a curve 1. In conventional loudspeakers, this signal, possibly in an amplified form, is placed directly as a voltage on the voice coil of a loudspeaker, so that the membrane of the loudspeaker experiences a deflection proportional to the voltage value of curve 1 . The deflection occurs, for example, forwards if the voltage has a positive value, and backwards for a zero position if the voltage drops below the zero line 2 in accordance with the curve.

Die Erfindung schlägt nun statt dessen vor, sobald die Spannung entsprechend der Kurve 1 die Null-Linie 2 über steigt und einen entsprechenden Spannungswert erreicht, zum Zeitpunkt 3 ein erstes Wandlerelement einzuschalten. Das Einschalten des ersten Wandlerelements ist durch den Recht eck-Kurvenzug 4 dargestellt. Dieses Wandlerelement bleibt zunächst eingeschaltet. Sobald der Spannungsverlauf einen zweiten Wert erreicht, wird zum Zeitpunkt 5 ein zweites Wandlerelement entsprechend dem Kurvenzug 6 eingeschaltet. Auch dieses Wandlerelement bleibt eingeschaltet. Dieser Vor gang wird so lange wiederholt, bis zum Zeitpunkt 7 die Span nung wieder abfällt und ein entsprechendes Wandlerelement wieder ausgeschaltet wird. Beim Nulldurchgang sind damit alle Wandlerelemente wieder ausgeschaltet bzw. in ihren neutralen Zustand zurückversetzt. Sobald die Kurve 1 nun in den negati ven Spannungsbereich übergeht, werden die entsprechenden Wandlerelemente in genau der gleichen Weise aus ihrem neutra len Zustand in ihren negativen Zustand umgeschaltet. Der positive Zustand der Wandlerelemente kann beispielsweise eine Volumenvergrößerung sein, während der negative Zustand eine Volumenverkleinerung sein kann.Instead of this, the invention proposes, as soon as the voltage according to curve 1 rises above zero line 2 and reaches a corresponding voltage value, to switch on a first converter element at time 3 . Switching on the first converter element is represented by the right corner curve 4 . This converter element initially remains switched on. As soon as the voltage curve reaches a second value, a second converter element corresponding to curve 6 is switched on at time 5 . This converter element also remains switched on. This process is repeated until the voltage drops again at time 7 and a corresponding converter element is switched off again. At the zero crossing, all converter elements are thus switched off again or returned to their neutral state. As soon as curve 1 passes into the negative voltage range, the corresponding converter elements are switched from their neutral state to their negative state in exactly the same way. The positive state of the transducer elements can be an increase in volume, for example, while the negative state can be a decrease in volume.

In der vereinfachten Darstellung der Fig. 1 sind für das ana loge Signal fünf Wandlerelemente verwendet worden. Es ist zu erkennen, daß die Annäherung des digital erzeugten Schallsig nals an die analoge Kurve um so größer ist, je größer die Zahl der Wandlerelemente und je größer die Auflösung ist.In the simplified representation of FIG. 1, five converter elements have been used for the analog signal. It can be seen that the closer the number of transducer elements and the greater the resolution, the greater the approximation of the digitally generated sound signal to the analog curve.

Fig. 2 zeigt nun eine mögliche Anordnung einzelner Wandler elemente 8 in einem zweidimensionalen ebenen Raster. Jedes Wandlerelement 8 weist einen beispielsweise auf Masse geleg ten Anschluß 9 sowie einen zweiten Eingang 10 auf, der über einzelne Leitungen 11 mit einer Ansteuereinrichtung 12 ver bunden ist. Die Ansteuereinrichtung ist in der Lage, jedes einzelne Wandlerelement der gesamten Anordnung individuell anzusteuern. Es kann sinnvoll sein, daß die Ansteuereinrich tung ab einer gewissen Lautstärke in der Lage ist, mehrere Wandlerelemente gemeinsam anzusteuern bzw. einzuschalten, damit in diesem Lautstärkebereich die Ansteuerschaltung entweder einfacher gestaltet werden kann und/oder die Auflö sung nicht unnötig fein gestaltet wird. Die Ansteuereinrich tung ist weiterhin so ausgebildet, daß sie eine der jeweili gen Elongation des Signals 1 in Fig. 1 entsprechende Zahl von Wandlerelementen 8 ansteuert. Fig. 2 shows a possible arrangement of individual transducer elements 8 in a two-dimensional flat grid. Each transducer element 8 has, for example, a ground connection 9 and a second input 10 which is connected to a control device 12 via individual lines 11 . The control device is able to individually control each individual converter element of the entire arrangement. It may make sense that the Ansteuereinrich device is able to control or switch on several transducer elements together from a certain volume, so that the control circuit can either be made simpler in this volume range and / or the resolution is not made unnecessarily fine. The Ansteuereinrich device is further designed so that it controls one of the respective elongation of the signal 1 in Fig. 1 corresponding number of transducer elements 8 .

Bei beginnender Auslenkung kann die Ansteuereinrichtung 12 beispielsweise so vorgehen, daß sie zunächst das links oben dargestellte Wandlerelement 8 ansteuert. Bei weiterer Elonga tion der Kurve 1 können dann benachbarte Wandlerelemente angesteuert werden, so daß sich mit steigender Elongation die Einschaltung der Wandlerelemente 8 nach einem bestimmten von der linken oberen Ecke ausgehenden Muster fortpflanzt.When deflection begins, the control device 12 can, for example, proceed in such a way that it first controls the transducer element 8 shown at the top left. With further elongation of curve 1 , adjacent transducer elements can then be controlled, so that as the elongation increases, the activation of transducer elements 8 reproduces according to a certain pattern starting from the top left corner.

Ebenfalls möglich wäre es, mit dem Einschalten beispielsweise in der Mitte zu beginnen und die Ausbreitung dann radial nach außen vorzunehmen.It would also be possible to turn it on, for example to start in the middle and then radially spread out outside.

Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung. Ein Elektromagnet mit einem Nordpol 13 und einem Südpol 14 erzeugt zwischen diesen beiden Polen ein konstantes homogenes Magnetfeld mit zwischen den Polen verlaufenden Feldlinien. Der Elektromagnet wird an eine Gleichspannungs quelle 15 angeschlossen, was nur schematisch für den Nordpol 13 dargestellt ist. Die Stärke des Magnetfelds bestimmt die maximal mögliche Lautstärke der Vorrichtung. Eine Reduzierung der Stärke des Magnetfelds ermöglicht es, innerhalb einer kleineren Gesamtlautstärke die volle Auflösung der Schaltung ausnützen zu können. Fig. 3 shows another way to implement the invention. An electromagnet with a north pole 13 and a south pole 14 generates a constant, homogeneous magnetic field with field lines running between the two poles. The electromagnet is connected to a DC voltage source 15 , which is only shown schematically for the north pole 13 . The strength of the magnetic field determines the maximum possible volume of the device. Reducing the strength of the magnetic field enables the full resolution of the circuit to be used within a lower overall volume.

Quer zu den Magnetlinien erstreckt sich eine Vielzahl von parallelen in einer Ebene angeordneten elektrischen Leitern 16, die beispielsweise aus dünner Metallfolie, zum Beispiel Aluminium, oder aus einer metallisierten Kunststoffolie be stehen. An ihrem einen in Fig. 3 oberen Ende sind die elek trischen Leiter mit einer gemeinsamen Rückleitung 17 verbun den. Diese Rückleitung 17 kann beispielsweise an einer Lei terplatte ausgebildet sein und auch zur mechanischen Befesti gung der elektrischen Leiter 16 dienen. An ihrem gegenüber liegenden, in Fig. 3 unteren Ende sind die elektrischen Lei ter 16 wiederum mechanisch befestigt. Die Befestigung der elektrischen Leiter 16 geschieht so, daß sie straff gespannt sind, also eine bestimmte festgelegte mechanische, d. h. örtliche Stellung einnehmen. An diesen der gemeinsamen Rück leitung 17 abgewandten Enden ist jeder elektrische Leiter 16 über eine Einzelleitung 11 mit der Ansteuereinrichtung 12 verbunden. Der Ansteuereinrichtung 12 vorgeschaltet ist eine Steuereinheit 18, die die Ansteuereinrichtung 12 derart an steuert, daß diese das beschriebene Verfahren durchführt. Am Eingang der Steuereinrichtung, die beispielsweise auch einen A/D-Wandler aufweisen kann, liegt auf einer Leitung 19 das umzuwandelnde elektrische analoge Signal an.Extending across the magnetic lines is a multiplicity of parallel electrical conductors 16 arranged in one plane, which are made, for example, of thin metal foil, for example aluminum, or of a metallized plastic film. At its one end in FIG. 3, the electrical conductors are connected to a common return line 17 . This return line 17 can for example be formed on a Lei terplatte and also serve for mechanical fastening supply of the electrical conductor 16 . At its opposite, lower in Fig. 3, the electrical Lei ter 16 are in turn mechanically attached. The electrical conductors 16 are fastened in such a way that they are tightly tensioned, that is to say assume a certain fixed mechanical, ie local, position. At these ends facing away from the common return line 17 , each electrical conductor 16 is connected to the control device 12 via a single line 11 . The control device 12 is preceded by a control unit 18 which controls the control device 12 in such a way that it carries out the described method. The electrical analog signal to be converted is present on a line 19 at the input of the control device, which may also have an A / D converter, for example.

Fließt durch einen der elektrischen Leiter 16 in dem konstan ten Magnetfeld ein Strom, so wird auf den entsprechenden Lei ter 16 eine Kraft senkrecht zu den Magnetfeldlinien ausgeübt. Diese führt zu einer Auslenkung des Leiters 16 so lange, bis die vergrößerte mechanische Spannung in seiner eigenen Längs richtung dieser Kraft gleich wird. Auf diese Weise stellt jeder elektrische Leiter 16 ein Wandlerelement dar, das sich je nach Richtung des durch ihn fließenden Stroms nach vorne oder nach hinten bewegt.Flows through one of the electrical conductors 16 in the konstan th magnetic field, a current, so on the appropriate Lei ter 16, a force is applied perpendicular to the magnetic field lines. This leads to a deflection of the conductor 16 until the increased mechanical tension in its own longitudinal direction becomes equal to this force. In this way, each electrical conductor 16 represents a transducer element that moves forwards or backwards depending on the direction of the current flowing through it.

Während bei der schematischen Darstellung der Fig. 2 und 3 die Wandlerelemente 8 bzw. die als Wandlerelemente dienenden elektrischen Streifenleiter 16 tatsächlich getrennte Elemente sind, zeigt Fig. 4 eine Anordnung, bei der ein einstückiges Substrat 20 zur Bildung der Wandlerelemente vorgesehen ist. Es ist nur ein Eckausschnitt aus dem Substrat 20 dargestellt. Das Substrat 20 ist zunächst eine flache ebene Platte, in die von einer Seite her eine Vielzahl von rechtwinklig zueinander verlaufenden Einschnitten 21 eingebracht sind. Diese Ein schnitte 21 lassen einzelne quaderförmige Wandlerelemente 22 entstehen, die mit einer ihrer Flächen in das Substrat 20 übergehen, aber durch die Einschnitte 21 mechanisch voneinan der getrennt sind. Bei entsprechender Ansteuerung dieser Wandlerelemente 22, beispielsweise durch eine auf der Ober seite angebrachte Elektrode und einer auf der in Fig. 4 unteren Rückseite angebrachte Gegenelektrode, läßt sich jedes Wandlerelement 22 einzeln ansteuern und aus seinem neutralen Zustand in jeden der beiden anderen Zustände umschalten. Es kann sich bei dem Substrat 20 der Fig. 4 beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handeln, bei dem unter Span nungseinfluß eine Verformung auftritt.While in the schematic representation of FIG. 2 and 3, the transducer elements 8 and serving as transducer elements electrical strip conductor 16 actually separate elements, Fig. 4 shows an arrangement in which a one-piece substrate 20 is provided to form the transducer elements. Only a corner section from the substrate 20 is shown. The substrate 20 is initially a flat, flat plate, into which a plurality of notches 21 running at right angles to one another are made from one side. This cuts A 21 individual cuboid transducer elements 22 arise, which merge with one of their surfaces in the substrate 20 , but are mechanically separated from each other by the incisions 21 . With appropriate control of these transducer elements 22 , for example by an electrode attached to the upper side and a counterelectrode attached to the lower rear in FIG. 4, each transducer element 22 can be individually controlled and switched from its neutral state to either of the other two states. It can be the substrate 20 of FIG. 4, for example, a piezoelectric element in which deformation occurs under the influence of voltage.

Selbst wenn die einzelnen Wandlerelemente nicht linear ar beiten und nicht perfekt ein- und ausschwingen, ergeben sich keine nennenswerten Verzerrungen des abgestrahlten, durch die Wandlerelemente angenäherten Kurvenzugs, wenn das Ein- und Ausschwingen gegenüber der Grenzfrequenz schnell genug er folgt.Even if the individual transducer elements are not linearly ar working and not swinging in and out perfectly, result no significant distortion of the radiated by the Transducer elements approximate curve when the input and Swinging out fast enough compared to the cutoff frequency follows.

Da ein möglicherweise nicht vollständig perfektes Ein- und Ausschwingen für alle Elemente gleich und vorhersehbar ist, könnte es elektrisch bzw. elektronisch kompensiert werden.Because a possibly not completely perfect entry and exit Swinging out is the same and predictable for all elements, it could be compensated for electrically or electronically.

Die Verarbeitung eines digitalen Signals hat den Vorteil, daß die Verlustleistung im zugehörigen Verstärker drastisch gegenüber den Analogverstärkern reduziert wird.The processing of a digital signal has the advantage that the power loss in the associated amplifier drastically compared to the analog amplifiers.

Claims

1. A method for converting an electrical signal ( 1 ) into an acoustic signal, with the aid of a multitude of two different mechanical states capable of essentially the same transducer elements ( 8 , 22 ), in which with increasing instantaneous value of the voltage an increasing number of transducer elements ( 8 , 22 ) switched and switched back with decreasing instantaneous value of the voltage.

2. The method according to claim 1, in which each converter element ( 8 , 22 ) is switched off when the voltage falls below that value, when it was exceeded it was switched on.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) have a third mechanical state, which is a neutral state between the other two.

4. The method according to any one of the preceding claims, at which the transducer elements are essentially linear in a surface can be arranged side by side.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) are arranged essentially in a point shape in a two-dimensional grid.

6. The method according to any one of the preceding claims, in which the connection of the converter elements ( 8 , 22 ) takes place symmetrically with increasing instantaneous value of the voltage of the signal.

7. The method according to any one of the preceding claims, in which electrical conductors ( 16 ) are used as transducer elements, which are arranged in a magnetic field.

8. The method according to any one of claims 1 to 6, in which as transducer elements ( 8 , 22 ) electrostrictive elements are used ver.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, in which piezoelectric elements, optionally in the form of foils, are used as transducer elements ( 8 , 22 ).

10. The method according to any one of the preceding claims, in which magnetostrictive elements are used as transducer elements ( 8 , 22 ).

11. The method according to any one of the preceding claims, in which electrostatic elements are used as transducer elements ( 8 , 22 ).

12. The method according to any one of the preceding claims, at ver as bistable transducer elements ver be applied, which may be pulsed to switch can be controlled.

13. The method according to any one of the preceding claims, at the ver as conventional transducer elements be used digitally in two or three states operate.

14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) are arranged in at least two groups, the transducer elements of each group being essentially identical to one another, but differing from group to group.

15. The method according to any one of the preceding claims, at especially in the area of higher volume levels more than a converter element is switched on at the same time.

16. The method according to any one of the preceding claims, at which the voltage value is represented as a digital value becomes.

17. Device for converting an electrical signal ( 1 ) into an acoustic signal, with
17.1 a device for applying the electrical signal ( 1 )
17.2 a large number of individual transducer elements ( 8 , 22 )
17.2.1 have two mechanically different states depending on an applied voltage, and
17.2.2 are arranged side by side in a surface,
17.3 a control device ( 12 ) for controlling each individual converter element ( 8 , 22 ),
17.4 a control device ( 18 ), which is formed in such a way that it switches with increasing moment value of the voltage of the signal to be converted an increasing number of converter elements ( 8 , 22 ) and switches back again with decreasing moment value of the voltage.

18. The apparatus according to claim 17, wherein the Steuereinrich device ( 18 ) is designed such that it switches off each transducer element ( 8 , 22 ) when the voltage falls below the value, when it exceeded it switched on.

19. Device according to one of claims 17 or 18, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) have a neutral state which they assume when the Ansteuerein direction ( 12 ) does not control them.

20. The device according to one of claims 17 to 19, wherein the transducer elements are essentially linear in shape a surface are arranged side by side.

21. Device according to one of claims 17 to 20, in which the transducer elements ( 8 , 22 ) are arranged essentially point-like in a two-dimensional grid.

22. Device according to one of claims 17 to 21, wherein the control device ( 18 ) is designed such that with increasing instantaneous value of the voltage of the signal, the connection of the converter elements ( 8 , 22 ) takes place symmetrically.

23. Device according to one of claims 17 to 22, in which the transducer elements are designed as electrical conductors ( 16 ) arranged in a constant magnetic field.

24. The device according to one of claims 17 to 23, wherein the transducer elements have electrostrictive material sen.

25. Device according to one of claims 17 to 24, in which the transducer elements ( 8 , 22 ) have piezoelectric material, possibly in the form of foils.

26. The device according to one of claims 17 to 25, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) comprise magnetostrictive material.

27. The device according to one of claims 17 to 26, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) comprise electrostatic material.

28. Device according to one of claims 17 to 27, wherein the transducer elements ( 8 , 22 ) are constructed as conventional loudspeaker, which are operated in two or three states.

29. The device according to any one of claims 17 to 28, wherein the transducer elements are arranged in at least two groups be net, the transducer elements of each group un are essentially identical to one another, but differ from group to group.

30. Device according to one of claims 17 to 29, wherein the control device ( 18 ) is designed such that it switches on more than one converter element at the same time, in particular in the region of higher volume levels.

31. The device according to any one of claims 17 to 30, with an A / D converter for converting an analog electrical voltage signal.

32. Device according to one of claims 17 to 31, wherein the control device ( 18 ) is designed to process a digital voltage signal.