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Die Erfindung betrifft einen Helm mit eingebautem Piezofilm-Lautsprecher, der in der Lage ist, Töne bzw. Klänge bei hoher Tonqualität hocheffizient wiederzugeben.
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Als Helmlautsprecher wurden weithin Magnet-(oder Schwingspulen-)Lautsprecher verwendet, die eine auf einem Kegelstumpf angeordnete Schwingspule aufweisen. Bei solchen Magnet-Lautsprechern, die Beschränkungen hinsichtlich Miniaturisierung und Leichtgewichtigkeit unterliegen, bestand Bedarf nach Verbesserungen. Die Verwendung eines Piezofilm-Lautsprechers angesichts des vorhandenen Platzes in einem Helm und angesichts des von einem Fahrer erlebten Gefühls, wenn dieser den Helm aufsetzt, ist beispielsweise in der
JP 63-175 106 A und in der
JP 06-344 584 A offenbart. Der dortige Piezofilm-Lautsprecher hat jedoch das Problem, dass das Ausgangssignal (der Schalldruck) generell gering ist, weil als Membran ein flachplattenartiges piezoelektrisches Material benutzt wird. In der
JP 07-327 298 A ist dagegen ein Lautsprecher mit gekrümmtem Piezofilm offenbart, der sich dadurch auszeichnet, dass ein höherer Ausgangswirkungsgrad erhalten wird, wenn der Krümmungsradius des gekrümmten Bereichs des Lautsprechers kleiner wird. Dieser bekannte Piezofilm-Lautsprecher zeigt lediglich eine allgemeine Technik auf, um das Ausgangssignal des Piezofilm-Lautsprechers zu verstärken; dabei erfolgt jedoch weder eine Untersuchung der Tonqualität, die besonders dann wichtig ist, wenn der Piezofilm-Lautsprecher als Sprachlautsprecher verwendet wird, noch des Schalldrucks, der sich ein besten für eine Verwendung des Lautsprechers in einem Helm eines Kraftradfahrers eignet. Zwar wird beispielsweise das Ausgangssignal des Piezofilm-Lautsprechers mit kleinerwerdendem Krümmungsradius stärker, wie im vorstehenden
JP 07-327 298 A dargelegt. Hierbei wird allerdings der Spitzenwert der Ausgangscharakteristik vom Audiofrequenzband zu einer höheren Frequenz hin verschoben, was zu dem Problem führt, dass insbesondere bei Sprachwiedergabe keine gute Tonqualität erhalten werden kann.
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Die
US 5 736 808 A , auf der der Oberbegriff des Anspruchs 1 beruht, zeigt einen in einem Helm angebrachten Piezofilm-Lautsprecher, welcher kalottenförmig in mehrere Richtungen gerundet ist und in eine Tasche der elastischen Innenauskleidung des Helm eingesetzt ist, so dass er nicht direkt mit der Helmschale in Kontakt steht. Die
US 5 684 884 A und die
US 5 283 835 A zeigen jeweils einen Piezofilm-Lautsprecher, der in nur einer Richtung gekrümmt ist, ohne aber anzugeben, wie man einen solchen Piezofilm-Lautsprecher in einem Helm anbringen könnte.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Helm mit eingebautem Piezofilm-Lautsprecher anzugeben, der in der Lage ist, Töne bzw. Klänge mit dauerhaft hoher Qualität wiederzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung einen Helm gemäß Anspruch 1 vor.
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Da der Lautsprecher nicht am elastischen Innenmaterials des Helms befestigt ist, das mit der Zeit beträchtlichen Tonqualitätseinbußen unterliegen kann, sondern mittels Klebeband an der harten Helmschale befestigt ist, sind keine alterungsbedingten Qualitätseinbußen zu befürchten. Der Lautsprecher kann dauerhaft steif und unverrückbar am Helm angebracht und stabil in einer gewünschten Lage gehalten werden.
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Vorzugsweise liegt der Krümmungsradius R des Krümmungsabschnitts im Bereich 210 ≤ R < 360 mm. Hierdurch kann nicht nur der Frequenzgang des Schalldrucks im Audiofrequenzband geglättet sondern auch der Schalldruckpegel relativ groß gemacht werden, mit der Folge, dass Sprache mit hoher Tonqualität und ausreichender Lautstärke wiedergegeben werden kann.
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Vorzugsweise liegt die Größe S einer Hauptfläche des Piezofilms im Bereich S > 40 cm2. Auch hierdurch kann wiederum nicht nur der Frequenzgang des Schalldrucks im Audiofrequenzband geglättet werden, sondern auch der Schallpegel vergleichsweise groß gemacht werden, was zur Folge hat, dass Sprache mit hoher Tonqualität und ausreichendern Volumen wiedergegeben werden kann.
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Vorzugsweise liegt dabei die Größe S der Hauptfläche des Piezofilms im Bereich 40 < S ≤ 100 cm2. Hierdurch ist es möglich, eine qualitativ hochwertige Wiedergabe von Sprache mit ausreichendem Volumen zu realisieren und dabei die Einfachheit der Montage des Piezofilm-Lautsprechers in einem Helm zu bewahren.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen nächer erläutert. Es stellen dar:
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1 von vorne eine Schnittansicht eines Helms, in den der erfindungsgemäße Piezofilm-Lautsprecher eingebaut ist,
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2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Helms,
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3 eine Frequenz-Schalldruck-Charakteristik des helmmontierten Lautsprechers mit gekrümmt gehaltenem Piezofilm, wobei der Krümmungsradius des Krümmungsabschnitts des Piezofilms als Parameter dient,
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4 eine Perspektivansicht, die die Form zeigt, in der der Piezofilm-Lautsprecher gehalten wird, und
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5 eine Frequenz-Schalldruck-Charakteristik des helmmontierten und zu einer bestimmten gekrümmten Form gebogenen Piezofilm-Lautsprechers, wobei die Größe einer Hauptfläche des Piezofilm-Lautsprechers als Parameter dient.
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In den 1 und 2 ist ein Helm 1 gezeigt, der eine harte, dünne Helmschale 11 aufweist, die üblicherweise aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt ist. Außerdem weist er eine aus geschäumtem Polystyrol hergestellte Auskleidung (Kopfauskleidung) 121A auf, die an der Innenseite der Helmschale 11 befestigt ist, ferner ein Kopffutter 12A, welches mittels eines Klebebands (Handelsname ”Magic Tape”) oder dergleichen lösbar so angebracht ist, dass es die Kopfauskleidung 121A abdeckt, ferner Ohrfutter 12B und ein Kinnfutter 12C, welche zusammen mit Auskleidungen 121 herausnehmbar in der Helmschale 11 angebracht sind, sowie einen Kinnriemen 13, welcher an der Helmschale 11 befestigt ist.
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Wie in 2 gezeigt, sind die Ohrfutter 12B und deren Auskleidungen annähernd U-förmig oder ringförmig ausgebildet, wobei um die Ohren des Fahrers herum ein bestimmter Freiraum gebildet ist, um Druck auf die ”Ohren des Fahrers zu vermeiden und stattdessen den Bereich um die Ohren und die Schläfen des Fahrers zu schützen, wenn der Fahrer den Helm 1 auf seinen Kopf aufgesetzt hat. Die Kopfauskleidung 121A und das Kopffutter 12A sind ebenfalls jeweils derart gestaltet, dass sie die Ohren des Fahrers freilassen. Zwischen den Auskleidungen sind Freiräume 14 gebildet, die dazu dienen, einen Kontakt zwischen den Ohren des Fahrers und den Auskleidungen zu vermeiden. Im Bereich dieser Freiräume 14 sind innenseitig an der Helmschale 11 rechte und linke Lautsprecher 10 (10R und 10L) mittels eines Klebebands („Magic Tape”) lösbar angebracht. Weil die Lautsprecher 10 nicht an einem elastischen Innenmaterial, etwa den Auskleidungen oder den Futtern befestigt sind, das mit der Zeit beträchtlichen Qualitätseinbußen unterliegen kann, sondern an der harten Helmschale 11 befestigt sind, sind alterungsbedingte Qualitätseinbußen nahezu vernachlässigbar. Die Lautsprecher 10 können so dauerhaft steif und unverrückbar am Helm 1 angebracht und stabil in einer gewünschten Lage gehalten werden.
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3 zeigt den Zusammenhang zwischen der Frequenz in Hz und dem Schalldruck in dB für den Piezofilm-Lautsprecher. Dabei ist der Krümmungsradius R eines Krümmungsabschnitts des Piezofilm-Lautsprechers als Parameter genommen. In 4 erkennt man, dass der dort mit 101 bezeichnete Piezofilm in einer Richtung gekrümmt ist. Von einem Oszillator 42 wird eine Sinuswelle mit 5 V Effektivspannung an den Piezofilm 101 angelegt. Ein Mikrofon 41 ist in einem Abstand L = 1 m von dem Piezofilm 101 aufgestellt. Der Piezofilm 101 muss nicht exakt kreisbogenförmig gekrümmt sein; der Krümmungsradius R repräsentiert dann eine Grund- oder mittlere Krümmung des Krümmungsabschnitts. Der Piezofilm-Lautsprecher 101 besitzt hier eine Filmdicke t von 110 μm, eine Filmgröße S von 50 cm2 und eine rechteckige Form mit 100 mm × 50 mm.
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Wenn man 3 betrachtet, sollte unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die für einen Fahrer notwendigen Informationen im wesentlichen Audioinformationen sind, die Aufmerksamkeit auf das hauptsächliche Audiofrequenzband gerichtet werden, das von 700 Hz bis 2 kHz reicht. Die in 3 gezeigten experimentellen Ergebnisse sind die folgenden: Im Fall eines Piezofilm-Lautsprechers mit einem Krümmungsradius R, der im Bereich von 360 mm oder mehr oder im Bereich von 200 mm oder weniger liegt (gezeigt durch gestrichelte Linien), ist der Schalldruck geringer als der Schalldruck eines Piezofilm-Lautsprechers, dessen Krümmungsradius R im Bereich 200 mm < R < 360 mm liegt (gezeigt durch durchgezogene Linien). Zudem ist der Frequenzgang des Schalldrucks im Audiofrequenzband dann nicht flach.
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Konkreter ist im Fall eines Piezofilm-Lautsprechers mit einem Krümmungsradius R im Bereich von 200 mm oder weniger im Audiofrequenzband der Frequenzgang des Schalldrucks nicht flach. Der Schalldruck nimmt ab, wenn die Frequenz kleiner wird, so dass der hochfrequente Anteil von Sprache überbetont wird und die Tonqualität schlecht ist. Zudem ist auf der niederfrequenten Seite (nahe 700 Hz) des Audiofrequenzbands der Schalldruck kleiner als in den übrigen Frequenzbereichen des Audiofrequenzbands, weswegen der Wirkungsgrad von Ausgang zu Eingang gering ist.
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Wenn daher der Krümmungsradius des gekrümmt gehaltenen Piezofilm-Lautsprechers im Bereich von 200 mm oder weniger liegt, sind sowohl die Tonqualität als auch der Schalldruck des Piezofilm-Lautsprechers unzureichend. Demgemäß sollte der Krümmungsradius R des gekrümmt gehaltenen Piezofilm-Lautsprechers größer als zumindest 200 mm sein.
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Wenn dagegen der Krümmungsradius R 360 mm oder mehr beträgt, wird eine Balance im Schalldruck innerhalb des Audiofrequenzbands angestrebt. Da allerdings der Schalldruck relativ niedrig ist (ein Wert von unterhalb 60 dB kann gemessen werden, wenn die gleiche Sinuswelle an einen Magnet-Lautsprecher angelegt wird), tritt ein Problem auf, wenn nicht der Piezofilm-Lautsprecher in einer Umgebung verwendet wird, wo Sprache auch bei niedrigem Schalldruck hörbar ist. Bei einem Lautsprecher aber für einen Helm, den sich ein Motorradfahrer aufsetzt, sollte der Krümmungsradius R vorzugsweise auf einen Bereich unterhalb 360 mm beschränkt werden.
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Wenn also der Krümmungsradius R des gekrümmt gehaltenen Piezofilm-Lautsprechers außerhalb des Bereichs 210 ≤ R < 360 mm liegt, kann kein ausreichendes Klangvolumen im gesamten Audiofrequenzband erhalten werden. Insbesondere wenn der Krümmungsradius R des gekrümmt gehaltenen Piezofilm-Lautsprechers 200 mm oder weniger beträgt, ist der Frequenzgang des Schalldrucks im Audiofrequenzband nicht flach und die Tonqualität unterscheidet sich von der ursprünglichen. Um Sprache mit einer hohen Tonqualität und hinreichendem Klangvolumen wiederzugeben, sollte daher der Krümmungsradius R des gekrümmt gehaltenen Piezofilm-Lautsprechers größer als zumindest 200 mm sein und vorzugsweise auf einen Bereich von 210 ≤ R < 360 mm beschränkt sein.
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5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Frequenz in Hz und dem Schalldruck in dB des Piezofilm-Lautsprechers bei Verwendung der Fläche bzw. Größe S des Piezofilm-Lautsprechers als Parameter. Der Piezofilm-Lautsprecher ist dabei rechteckig mit einer Dicke von 28 μm ausgebildet, wobei der Krümmungsradius des Krümmungsabschnitts des Piezofilm-Lautsprechers 500 mm beträgt.
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In 5 sind Daten, die bei einer Größe von 50 cm2 oder mehr erhalten wurden, mit durchgezogener Linie gezeigt, während Daten, die bei einer Größe von 40 cm2 oder weniger erhalten wurden, mit gestrichelter Linie gezeigt sind. Wie man anhand der in 5 gezeigten experimentellen Ergebnisse erkennen kann, wird im Fall des Piezofilm-Lautsprechers mit einer Größe S im Bereich von 40 cm2 oder weniger der hochfrequente Sprachanteil überbetont, weil der Frequenzgang des Schalldrucks im Audiofrequenzband nicht flach ist und speziell der Schalldruck bei kleinerwerdenden Frequenzen abnimmt. Dies verschlechtert die Tonqualität. Da zudem der Schalldruckpegel relativ niedrig ist, ist der Wirkungsgrad von Ausgang zu Eingang gering. Dagegen ist im Fall eine Piezofilm-Lautsprechers mit einer Größe S im Bereich von mehr als 40 cm2 und insbesondere von 50 cm2 oder mehr der Frequenzgang des Schalldrucks flach, und es wird ein ausreichender Schalldruck erzielt.
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Da die Größe eines Lautsprechers, der in einen Helm eingebaut werden kann, etwa 100 cm2 oder weniger betragen sollte, kann die Größe des Piezofilm-Helmlautsprechers mehr als 40 cm2 (vorzugsweise 50 cm2 oder mehr) und 100 cm2 oder weniger betragen, d. h. sie kann in einem Bereich 40 < S ≤ 100 cm2 liegen. Durch Verwendung eines Piezofilm-Lautsprechers, dessen Größe im vorstehenden Bereich liegt, ist es möglich, Sprache bei hoher Tonqualität und ausreichender Lautstärke wiederzugeben und dabei die Einfachheit der Montage des Piezofilm-Lautsprechers im Helm zu bewahren.
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Gewöhnlich muss ein Motorradfahrer seinen Blick nach unten richten, wenn er an einem automatischen Gebühreneinzugssystem den Gebühreneinzug visuell überprüfen möchte oder von einem Navigationssystem Informationen visuell erhalten möchte. Bei der erfindungsgemäßen Lösung jedoch können diese Arten von Information in audibler Weise geliefert werden, da als Einbaulautsprecher für einen Helm statt eines Schwingspulen-Lautsprechers ein Piezofilm-Lautsprecher verwendet wird, der bei qualitativ hochwertiger Sprachwiedergabe mit ausreichender Lautstärke das Gesamtgewicht des Helms nicht signifikant erhöht und auch den Fahrerkomfort nicht beeinträchtigt, wenn der Fahrer den Helm auf seinen Kopf aufgesetzt hat.
