DE10130523A1 - Vorrichtung und Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall sowie Vorrichtung und Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur parametrischen Erzeugung von Schall. Erfindungsgemäß kommen ein thermoakustischer Wandler (10) zum Erzeugen von Schallwellen und Modulationsmittel zum Amplitudenmodulieren der Schallwellen zum Einsatz. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall. Dabei kommt erfindungsgemäß ein akustisch nichtlineares Medium zum Einsatz, das mit einer Schalleintrittsseite vor einer Schallaustrittsöffnung angeordnet ist, aus der amplitudenmodulierter Schall austritt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall, insbesondere von amplitudenmoduliertem Ultraschall, wobei der amplitudenmodulierte Schall ohne darauf beschränkt zu sein beispielsweise durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall oder das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall erzeugt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall, insbesondere von amplitudenmoduliertem Ultraschall, der ohne darauf beschränkt zu sein durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall oder das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen Schall erzeugt werden kann.
• Es ist bekannt, Audiosignale mittels elektrodynamischer, piezokeramischer oder elektrostatischer Flächenschallwandler zu erzeugen. Auch der Einsatz von Piezofolien ist in diesem Zusammenhang bekannt. Bei derartigen Flächenschallwandlern tritt jedoch das Problem auf, dass sie bei kleinen Abmessungen eine geringe Maximallautstärke aufweisen, insbesondere bei der Basswiedergabe. Weiterhin ist es bekannt, hörbaren Schall durch die Selbstdemodulation eines mit einem Audiosignal modulierten Ultraschallsignals während der Schallausbreitung im Ausbreitungsmedium, zum Beispiel in Luft, zu erzeugen, was als parametrische Erzeugung von Schall bezeichnet wird. Zur Erzeugung von entsprechenden Ultraschallsignalen ist es bekannt, piezokeramische oder elektrostatische Schallwandler einzusetzen. Auch bei derartigen Schallwandlern tritt jedoch das Problem auf, dass beispielsweise bei einem Schalldruckpegel von mehr als 135 dB SPL relativ große Wandlerflächen von beispielsweise 0,2 m² oder mehr erforderlich sind. Weiterhin erfordern derartige Schallwandler einen hohen technischen Aufwand.
• Unabhängig von der speziellen Ausgestaltung des Schallwandlers entsteht bei der parametrischen Erzeugung von Schall ein stark gerichteter Schallstrahl. Dies wird in vielen Fällen als nachteilig angesehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen und Verfahren anzugeben, die es ermöglichen, die an sich bekannte parametrische Erzeugung von Schall in kostengünstiger Weise für verschiedene Geräte, insbesondere Telekommunikations- und Multimediageräte, einzusetzen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 13 angegebenen Merkmale.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 24 angegebenen Merkmale.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 28 angegebenen Merkmale.
• Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Vorrichtung einen thermoakustischen Wandler zum Erzeugen von Schallwellen und Modulationsmittel zum Amplitudenmodulieren der Schallwellen aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ermöglicht eine hohe Effizienz der Schallerzeugung und gleichzeitig kleine Abmessungen der Vorrichtung. Kleine Abmessungen der Vorrichtung sind beispielsweise im Zusammenhang mit Mobilfunkendgeräten erforderlich, bei denen aufgrund einer zunehmenden Miniaturisierung unter Umständen eine Einbautiefe von nur wenigen Millimetern für den Schallwandler zur Verfügung steht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall kann beispielsweise auch im Zusammenhang mit parametrischen Arrays eingesetzt werden, bei denen zur Erzeugung von Hörschall der Selbstdemodulationseffekt von Luft bei sehr hohen Schalldruckpegeln ausgenützt wird. Die Amplitudenmodulation der Schallwellen kann dann beispielsweise über ein Audiosignal erfolgen.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorzugsweise vorgesehen, dass der thermoakustische Wandler einen akustischen Resonator, ein Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, und eine Energiequelle aufweist, die Energie in das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, pumpt. Dabei legt die Länge des Resonators in vielen Fällen die für die Vorrichtung erforderliche Einbautiefe fest. Beispielsweise kann ein Stromfluss durch einen Heizdraht den thermischen Gradienten entlang der axialen Richtung von Keramikmaterials bilden, aus dem das Medium gebildet ist, welches den thermischen Gradienten aufweist.
• Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Resonator eine Länge aufweist, die ungefähr einem Viertel der Wellenlänge einer Trägerfrequenz der Schallwellen entspricht. Bei dem Resonator kann es sich dabei beispielsweise um eine Röhre mit entsprechender Länge handeln.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass der akustische Resonator an einer ersten Seite mit einer akustisch im Wesentlichen voll reflektierenden Fläche verschlossen ist. Die akustisch im Wesentlichen voll reflektierende Fläche kann insbesondere zur Erzeugung einer stehenden Schallwelle verwendet werden, wie dies später noch ausführlicher erläutert wird.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des akustischen Resonators offen ist. Durch die Diskontinuität der akustischen Impedanz vom Inneren des Resonators zum akustischen Freifeld außerhalb des Resonators kann die offene Seite des Resonators eine halbdurchlässige Reflektionsfläche bilden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall sieht, insbesondere im vorstehend erläuterten Zusammenhang, vorzugsweise vor, dass die der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des akustischen Resonators eine Schallaustrittsseite bildet.
• Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorgesehen, dass das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, ein akustisch durchlässiges, beispielsweise poröses Medium ist. Dabei ist der Außenumfang des Mediums, welches einen thermischen Gradienten aufweist, vorzugsweise an den Innenumfang des Resonators angepasst.
• Ohne dass dies eine Einschränkung darstellen soll, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall vorgesehen sein, dass das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, aus Keramikmaterial gebildet ist, insbesondere aus einem akustisch durchlässigen porösen Keramikmaterial. Auch in diesem Fall ist der Außenumfang des Mediums, welches einen thermischen Gradienten aufweist, vorzugsweise an den Innenumfang des Resonators angepasst.
• Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorgesehen, dass die Energiequelle eine Wärmequelle ist, die das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, beheizt. Zu diesem Zweck kann die Energiequelle beispielsweise dem Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, einen oder mehrere zugeordnete Heizdrähte umfassen, deren Anschlussleitungen aus dem Resonator herausgeführt und an eine Strom- beziehungsweise Spannungsquelle angeschlossen sind. Durch die Beheizung des Mediums, welches einen thermischen Gradienten aufweist, entsteht eine sich nicht im Gleichgewicht befindliche Temperaturverteilung beziehungsweise ein Temperaturgradient in axialer Richtung des akustischen Resonators. Dieser Temperaturgradient ruft ein Oszillieren des im Resonator befindlichen Gases, beispielsweise Luft, hervor. Im Zusammenhang mit der vorstehend bereits erwähnten im Wesentlichen voll reflektierenden Flächen auf der ersten Seite des Resonators und der offenen zweiten Seite des Resonators entsteht eine stehende Schallwelle, die durch den halbdurchlässigen Abschluss des Resonators auf dessen offener Seite zum Teil ausgekoppelt wird.
• Bei der erfindungsgemäße Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Modulationsmittel eine der Energiequelle zugeordnete Steuerungseinrichtung umfassen, die die in das Medium gepumpte Energiemenge steuert. Ähnlich wie bei einem optischen Laser kann durch eine derartige Steuerung der Energiequelle eine geringe, jedoch für die parametrische Erzeugung von Schall ausreichende Amplitudenmodulation der Schallwellen realisiert werden.
• Um die erforderliche Einbautiefe so gering wie möglich zu halten, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall vorzugsweise vorgesehen, dass die Länge des Resonators ungefähr 2 mm beträgt, obwohl selbstverständlich auch andere Längen möglich sind. Bei einer Länge von 2 mm beträgt die Trägerfrequenz vorzugsweise 40 kHz. Bei einer elektrischen Eingangsleistung von 20 W kann dann beispielsweise eine akustische Leistung von ungefähr einem Watt abgestrahlt werden.
• Jedes Kommunikationsendgerät, das zur Wiedergabe von Audiosignalen irgendeine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall einsetzt, fällt in den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass es die folgenden Schritte umfasst:
  
• a) Erzeugen von Schallwellen durch einen thermoakustischen Wandler, und
• b) Amplitudenmodulieren der durch den thermoakustischen Wandler erzeugten Schallwellen, mit Modulationsmitteln.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann parametrisch erzeugter Schall mit hoher Effizienz erzeugt werden. Der erfindungsgemäß eingesetzte thermoakustische Wandler kann mit sehr kleinen Abmessungen verwirklicht werden, was beispielsweise im Zusammenhang mit Mobilfunkendgeräten vorteilhaft ist, bei denen teilweise nur eine Einbautiefe von wenigen Millimetern für den Schallwandler zur Verfügung steht. Auch das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall kann im Zusammenhang mit parametrischen Arrays eingesetzt werden, bei denen, wie erwähnt, zur Erzeugung von Hörschall der Selbstdemodulationseffekt von Luft bei sehr hohen Schalldruckpegeln ausgenützt wird. Ebenso ist es jedoch möglich, zur Demodulation die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall einzusetzen, insbesondere in Fällen, in denen keine starke Richtwirkung des akustischen Signals erwünscht ist.
• Ähnlich wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall kann auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall vorgesehen sein, dass der thermoakustische Wandler einen akustischen Resonator, ein Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, und eine Energiequelle aufweist, die Energie in das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, pumpt. Dabei können die Energiequelle und das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, gleichzeitig Bestandteil der Modulationsmittel sein, wie dies später noch näher erläutert wird.
• Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall weist der Resonator vorzugsweise eine Länge auf, die ungefähr einem Viertel der Wellenlänge einer Trägerfrequenz der Schallwellen entspricht. Auch in diesem Zusammenhang kann es sich bei dem Resonator beispielsweise um eine Röhre handeln, die die entsprechende Länge aufweist.
• Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall vorzugsweise vor, dass der akustische Resonator an einer ersten Seite mit einer akustisch im Wesentlichen voll reflektierenden Fläche verschlossen ist. Sofern der Resonator durch eine Röhre gebildet ist, kann die im Wesentlichen voll reflektierende Fläche beispielsweise durch eine Stirnseite der Röhre gebildet sein.
• Ähnlich wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall ist auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall vorzugsweise vorgesehen, dass eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des akustischen Resonators offen ist. Auch in diesem Fall kann die offene Seite des Resonators eine halbdurchlässige Reflektionsfläche bilden, wobei die Halbdurchlässigkeit durch die Diskontinuität der akustischen Impedanz vom Inneren des Resonators zum akustischen Freifeld außerhalb des Resonators bedingt wird.
• Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall vorzugsweise vor, dass die der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des akustischen Resonators eine Schallaustrittsseite bildet. Dies gilt insbesondere dann, wenn die der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des akustischen Resonators offen ist, wie dies vorstehend erläutert wurde.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall kommt vorzugsweise ein akustisch durchlässiges, beispielsweise poröses Medium als das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, zum Einsatz. Wie dies im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall bereits erläutert wurde, ist der Außenumfang des Mediums, welches einen thermischen Gradienten aufweist, vorzugsweise dem Innenumfang des Resonators angepasst.
• In diesem Zusammenhang sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall vorzugsweise weiterhin vor, dass das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, aus Keramikmaterial gebildet ist, wie dies bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall erläutert wurde.
• Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Energiequelle eine Wärmequelle ist, die das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, beheizt, wobei auf die entsprechende Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall verwiesen wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall sieht vorzugsweise weiterhin vor, dass die Modulationsmittel eine der Energiequelle zugeordnete Steuerungseinrichtung umfassen, die die in das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, gepumpte Energiemenge steuert. Durch eine Steuerung der in das Medium, welches einen thermischen Gradienten aufweist, gepumpten Energiemenge kann eine Amplitudenmodulation der Schallwellen durchgeführt werden. Diese Amplitudenmodulation der Schallwellen kann beispielsweise entsprechend einem wiederzugebenden Audiosignal erfolgen.
• Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall werden bereits sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn die Länge des Resonators ungefähr 2 mm beträgt, so dass für den thermoakustischen Wandler nur eine geringe Einbautiefe erforderlich ist.
• Die Erfindungsgemäße Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Vorrichtung zur Demodulation des amplitudenmodulierten Schalls ein akustisch nichtlineares Medium aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit einer Schalleintrittsseite vor einer Schallaustrittsöffnung angeordnet zu werden, aus der amplitudenmodulierter Schall austritt. Durch den gezielten Einsatz des akustisch vorzugsweise stark nichtlinearen Mediums kann die Demodulation des Ultraschallsignals am Ort der Schallerzeugung durchgeführt werden. Die Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall kann, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall ergibt beispielsweise gegenüber einem parametrischen Array eine ungerichtete Schallabstrahlung. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall den Einsatz der parametrischen Erzeugung von Schall auch bei Geräten, bei denen für den gesamten Schallwandler nur ein kleiner Einbauraum zur Verfügung steht. Dies sind insbesondere mobile Telekommunikations- und Multimediaendgeräte.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass sie ein akustisches Tiefpassfilter aufweist, das auf der gegenüberliegenden Seite der Schalleintrittsseite des akustisch nichtlinearen Mediums angeordnet ist. Durch das akustische Tiefpassfilter können unmittelbar am Schallgenerator Ultraschallkomponenten herausgefiltert werden, die bei manchen Anwendungsfällen stören. Beispielsweise nehmen manche Tiere derartige Ultraschallkomponenten wahr. Es kann bisher auch nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden, dass derartige Ultraschallkomponenten Gesundheitsbeeinträchtigungen hervorrufen. Die medizinische Unbedenklichkeit von sehr hohen Ultraschallpegeln, die für die parametrische Erzeugung von Schall in der Regel notwendig sind, ist nämlich noch ungeklärt.
• Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall sieht vor, dass das akustische Tiefpassfilter durch ein Fließ gebildet ist. Ein derartiges Fließ ist dazu geeignet, die unerwünschten Ultraschallkomponenten herauszufiltern. Ein durch die Demodulation entstandenes Audiosignal wird jedoch von dem Fließ durchgelassen.
• Jedes Kommunikationsendgerät, das zur Demodulation von amplitudenmodulierten Schallwellen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall aufweist, fällt in den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass die Demodulation des amplitudenmodulierten Schalls durch ein akustisch nichtlineares Medium erfolgt, das mit einer Schalleintrittsseite vor einer Schallaustrittsöffnung angeordnet ist, aus der amplitudenmodulierter Schall austritt. Bei dieser Schallaustrittsöffnung kann es sich beispielsweise um die offene Seite des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall vorgesehenen Resonators handeln. Im Übrigen wird auf die Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall verwiesen.
• Auch bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die demodulierten Schallwellen durch ein akustisches Tiefpassfilter tiefpassgefiltert werden, das auf der gegenüberliegenden Seite der Schalleintrittsseite des akustisch nichtlinearen Mediums angeordnet ist. Das Tiefpassfilter kann auch in diesem Fall insbesondere dazu eingesetzt werden, störende Ultraschallkomponenten zu entfernen.
• Ebenso wie bei der Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall kann auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall vorgesehen sein, dass das akustische Tiefpassfilter durch ein Fließ gebildet ist. Auch in diesem Zusammenhang wird auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall verwiesen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum parametrischen Erzeugen von Schall geeignet ist, und
• Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall, die mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall zusammenwirkt, wobei diese Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall geeignet ist.
• In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichneter thermoakustischer Wandler zum Erzeugen von Schallwellen dargestellt. Weiterhin sind Modulationsmittel 12, 14, 16 zum Amplitudenmodulieren der Schallwellen dargestellt. Die Modulationsmittel 12, 14, 16 umfassen ein Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, eine Energiequelle 16 und eine der Energiequelle 16 zugeordnete Steuerungseinrichtung 14. Bei der dargestellten Ausführungsform sind das Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, sowie zumindest die Energiequelle 16 gleichzeitig Bestandteil des thermoakustischen Wandlers 10. Dieser thermoakustische Wandler 10 umfasst einen akustischen Resonators 18, das bereits erwähnte Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, und die Energiequelle 16. Die Energiequelle 16 pumpt Energie in das Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist. Bei dem Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, handelt es sich im dargestellten Fall um ein akustisch durchlässiges, beispielsweise poröses Medium aus einem Keramikmaterial. Diesem Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, sind ein oder mehrere (nicht dargestellte) Heizdrähte zugeordnet, die ebenso wie Anschlussleitungen 24 Bestandteil der Energiequelle 16 sind. Die Anschlussleitungen 24 können beispielsweise mit einer Stromquelle verbunden werden. Das Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, ist in einem akustischen Resonator 18 angeordnet, bei dem es sich im dargestellten Fall um einen Röhrenresonator handelt. Der akustische Resonator 18 ist an einer ersten Seite durch eine akustisch voll reflektierende Fläche 20 vollständig verschlossen. Die der akustisch voll reflektierenden Fläche 20 gegenüberliegende Seite 22 des akustischen Resonators 18 ist offen. Diese zweite Seite 22 bildet die Schallaustrittsseite 22. Die Länge L des akustischen Resonators 18 wird vorzugsweise so gewählt, dass sie einem Viertel der Wellenlänge einer Trägerfrequenz der Schallwellen entspricht. Durch die Diskontinuität der akustischen Impedanz vom Inneren des akustischen Resonators 18 zum akustischen Freifeld außerhalb des akustischen Resonators 18 entsteht eine halbdurchlässige Reflektionsfläche. Wenn das Medium 12, welches einen thermischen Gradienten aufweist, durch die Energiequelle 16 erhitzt wird entsteht eine sich nicht im Gleichgewicht befindliche Temperaturverteilung, das heißt ein Temperaturgradient, in axialer Richtung des akustischen Resonators 18. Durch diesen Temperaturgradienten wird ein Oszillieren der in dem akustischen Resonator 18 befindlichen Gaspartikel hervorgerufen. Es entsteht eine stehende Schallwelle, die durch den halbdurchlässigen Abschluss des Resonators zum Teil ausgekoppelt wird. Die Steuerungseinrichtung 14 steuert die Energiequelle 16 derart, dass eine für die parametrische Erzeugung von Schall ausreichende Amplitudenmodulation der Schallwellen realisiert wird. Der Vorteil der in Fig. 1 dargestellten Anordnung besteht in der hohen Effizienz der Schallerzeugung und den kleinen Abmessungen des Schallgenerators. Bei einer elektrischen Eingangsleistung von 20 W kann eine akustische Leistung von ungefähr einem Watt abgestrahlt werden. Bei einer λ/4-Wellenlänge von nur 2 mm, bei einer Trägerfrequenz von 40 kHz, können beispielsweise sehr kleine Schallgeneratoren hergestellt werden. Das in Fig. 1 dargestellte Prinzip kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem parametrischen Array bei der Freisprechtelefonie angewendet werden. Da der Hörschall bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erst auf dem Ausbreitungspfad entsteht und zudem stark gerichtet ist, kann eine akustische Echounterdrückung beziehungsweise eine Pegelwaage in vielen Fällen entfallen. Der am Gerät vorhandene Schalldruck im Hörfrequenzbereich ist gegenüber konventionellen Lautsprechern sehr viel geringer und braucht nicht unterdrückt zu werden.
• Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall, die mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall zusammenwirkt, wobei diese Vorrichtung zum Demodulieren von amplituderunoduliertem Schall auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall geeignet ist. Gemäß der Darstellung von Fig. 2 weist die Vorrichtung zur Demodulation des amplitudenmodulierten Schalls ein akustisch nichtlineares Medium 30 auf. Dieses akustisch nichtlineare Medium 30, das vorzugsweise akustisch stark nichtlinear ist, ist mit einer Schalleintrittsseite 32 vor einer Schallaustrittsöffnung 22 angeordnet, die im dargestellten Fall durch die Schallaustrittsseite 22 des thermoakustischen Wandlers 10 gebildet ist, der anhand von Fig. 1 ausführlich erläutert wurde. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall kann jedoch auch in Verbindung mit anderen Schallwandlern eingesetzt werden. Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, ist auf der gegenüberliegenden Seite 34 der Schalleintrittsseite 32 des akustisch nichtlinearen Mediums 30 ein akustisches Tiefpassfilter 36 in Form von einem Fließ 36 angeordnet. Das Fließ 36 dient insbesondere dazu, Ultraschallkomponenten aus dem durch das akustisch nichtlineare Medium 30 demodulierte Signal herauszufiltern. Durch den gezielten Einsatz des akustisch nichtlinearen Mediums 30 wird die Demodulation des Ultraschallsignals am Ort des thermoakustischen Schallwandlers 10 vorgenommen. Beispielsweise im Vergleich zu einem parametrischen Array wird somit eine ungerichtete Schallabstrahlung erreicht.
• Die Erfindung ermöglicht die Anwendung des Prinzips der parametrischen Erzeugung von Schall bei einer großen Vielfalt von Geräten, die eine Audiosignalwiedergabe erfordern.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims (30)

1. Vorrichtung zum parametrischen Erzeugen von Schall, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen thermoakustischen Wandler (10) zum Erzeugen von Schallwellen und Modulationsmittel (12, 14, 16) zum Amplitudenmodulieren der Schallwellen aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Wandler (10) einen akustischen Resonator (18), ein Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, und eine Energiequelle (16) aufweist, die Energie in das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, pumpt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (18) eine Länge (L) aufweist, die ungefähr einem Viertel der Wellenlänge einer Trägerfrequenz der Schallwellen entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Resonator (18) an einer ersten Seite mit einer akustisch im Wesentlichen voll reflektierenden Fläche (20) verschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (22) des akustischen Resonators (18) offen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (22) des akustischen Resonators (18) eine Schallaustrittsseite (22) bildet.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, ein akustisch durchlässiges, beispielsweise poröses Medium ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, aus Keramikmaterial gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (16) eine Wärmequelle ist, die das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, beheizt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (12, 14, 16) eine der Energiequelle (16) zugeordnete Steuerungseinrichtung (14) umfassen, die die in das Medium (22), welches einen thermischen Gradienten aufweist, gepumpte Energiemenge steuert.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) des Resonators (18) ungefähr 2 mm beträgt.

12. Kommunikationsendgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Wiedergabe von Audiosignalen eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

13. Verfahren zum parametrischen Erzeugen von Schall, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

a) Erzeugen von Schallwellen durch einen thermoakustischen Wandler (10), und

b) Amplitudenmodulieren der durch den thermoakustischen Wandler erzeugten Schallwellen, mit Modulationsmitteln (12, 14, 16).

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoakustische Wandler (10) einen akustischen Resonator (18), ein Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, und eine Energiequelle (16) aufweist, die Energie in das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, pumpt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (18) eine Länge (L) aufweist, die ungefähr einem Viertel der Wellenlänge einer Trägerfrequenz der Schallwellen entspricht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Resonator (18) an einer ersten Seite mit einer akustisch im Wesentlichen voll reflektierenden Fläche (20) verschlossen ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (22) des akustischen Resonators (18) offen ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite (22) des akustischen Resonators (18) eine Schallaustrittsseite bildet.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, ein akustisch durchlässiges, beispielsweise poröses Medium ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, aus Keramikmaterial gebildet ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (16) eine Wärmequelle ist, die das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, beheizt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel (12, 14, 16) eine der Energiequelle (16) zugeordnete Steuerungseinrichtung (14) umfassen, die die in das Medium (12), welches einen thermischen Gradienten aufweist, gepumpte Energiemenge steuert.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) des Resonators (18) ungefähr 2 mm beträgt.

24. Vorrichtung zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall, insbesondere von amplitudenmoduliertem Ultraschall, der insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23 erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Demodulation des amplitudenmodulierten Schalls ein akustisch nichtlineares Medium (30) aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit einer Schalleintrittsseite (32) vor einer Schallaustrittsöffnung (22) angeordnet zu werden, aus der amplitudenmodulierter Schall austritt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein akustisches Tiefpassfilter (36) aufweist, das auf der gegenüberliegenden Seite (34) der Schalleintrittsseite (32) des akustisch nichtlinearen Mediums (30) angeordnet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das akustische Tiefpassfilter (36) durch ein Flies gebildet ist.

27. Kommunikationsendgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Demodulation von parametrischen Schallwellen eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26 aufweist.

28. Verfahren zum Demodulieren von amplitudenmoduliertem Schall, insbesondere von amplitudenmoduliertem Ultraschall, der insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23 erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulation des parametrischen Schalls durch ein akustisch nichtlineares Medium (30) erfolgt, das mit einer Schalleintrittsseite (32) vor einer Schallaustrittsöffnung (22) angeordnet ist, aus der amplitudenmodulierter Schall austritt.

29. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die demodulierten Schallwellen durch ein akustisches Tiefpassfilter (36) tiefpassgefiltert werden, das auf der gegenüberliegenden Seite (34) der Schalleintrittsseite (32) des akustisch nichtlinearen Mediums (30) angeordnet ist.

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass akustische Tiefpassfilter (36) durch ein Flies gebildet ist.