DE10149169C1 - Acoustic modulator head for fitting to a motor vehicle's internal combustion engine has an inlet opening for a feeder line, a membrane, an acoustic dispersing area and an airtight separator panel dividing a casing into two sections. - Google Patents
Acoustic modulator head for fitting to a motor vehicle's internal combustion engine has an inlet opening for a feeder line, a membrane, an acoustic dispersing area and an airtight separator panel dividing a casing into two sections.Info
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schallwandlerkopf, mit mindestens einer Einlaßöff nung für eine Zufuhrleitung, mindestens einer ersten Membran und mindestens einem Schall abstrahlungsbereich in einem Gehäuse, und einen Schallwandler in einem Abgas- und/oder Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit solch ei nem Schallwandlerkopf.The present invention relates to a transducer head, with at least one inlet opening tion for a supply line, at least a first membrane and at least one sound radiation area in a housing, and a sound transducer in an exhaust gas and / or Intake area of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with such an egg transducer head.
Beispielsweise aus der DE 199 22 216 A1 ist ein gattungsgemäßer Schallwandlerkopf, als Teil einer Schallübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Durch die Schal lübertragungsvorrichtung wird erreicht, daß eine gezielte Schallübertragung von einem An saugtrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zu einem Innenraum des Kraftfahr zeugs erreicht wird. Um eine Verbesserung der Schallabstrahlleistung zu erzielen, wird der Einsatz eines Übertragungskörpers vorgeschlagen, der einen λ/2-Resonator umfaßt. Bevor zugt ist dabei die Ausgangsseite dieses λ/2-Resonators mit einer Membran verschlossen.For example from DE 199 22 216 A1 a generic transducer head is known as Part of a sound transmission device for a motor vehicle known. Through the scarf Oil transmission device is achieved that a targeted sound transmission from one type suction tract of an internal combustion engine of a motor vehicle to an interior of the motor vehicle stuff is reached. To achieve an improvement in the sound radiation performance, the Use of a transmission body proposed, which comprises a λ / 2 resonator. before the output side of this λ / 2 resonator is sealed with a membrane.
Ferner ist in der nicht vorveröffentlichten DE 100 15 697 der Anmelderin ein Schallwandler für Abgaspulsationen beschrieben. Dieser Schallwandler ist der Abgasanlage einer Brenn kraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, zugeordnet und umfaßt einen gattungs gemäßen Schallwandlerkopf, über den, basierend auf den Abgaspulsationen, Luftschall zu mindest in den Raum der Brennkraftmaschine abstrahlbar ist. Dieser Schallwandlerkopf kann verschiedene Geometrien aufweisen und umfaßt eine Membran.Furthermore, the applicant's unpublished DE 100 15 697 describes a sound transducer described for exhaust gas pulsations. This sound converter is the exhaust system of a burner Engine, in particular a motor vehicle, assigned and includes a genus appropriate transducer head, via which airborne sound is emitted based on the exhaust gas pulsations can be radiated at least into the space of the internal combustion engine. This transducer head can have different geometries and includes a membrane.
Nachteilig bei den gattungsgemäßen Schallwandlerköpfen ist jedoch, daß bei hohen statischen Luftdrücken innerhalb des Schallwandlerkopfes eine Verspannung der Membran auftreten und damit eine Schallabstrahlung behindert werden kann.A disadvantage of the generic transducer heads, however, is that at high static Air pressures within the transducer head cause the diaphragm to tense and thus sound radiation can be hindered.
Für Kondensatormikrophone sind Doppelmembransysteme bekannt, siehe die DE 197 15 365 A1. Ein entsprechendes Kondensatormikrophon umfaßt dabei eine erste Membran, welche an eine Gegenelektrode zur Abtastung von Schwingungen der ersten Membran gekoppelt ist, und oberhalb der ersten Membran eine zweite Membran, durch welche ein wirkungsvoller Schutz gegen das Eindringen von Schweiß in das Mikrophon erreicht werden soll. Nachteilig bei diesem Kondensatormikrophon ist jedoch, daß der Abstand zwischen den beiden Membranen sehr klein gehalten werden muß, um eine ausreichende Übertragungswirkung von der zweiten auf die erste Membran zu erzielen.Double-membrane systems are known for condenser microphones, see DE 197 15 365 A1. A corresponding condenser microphone comprises a first membrane which a counter electrode is coupled for sensing vibrations of the first membrane, and a second membrane above the first membrane, which provides effective protection against the penetration of sweat into the microphone. A disadvantage of this condenser microphone, however, is that the distance between the two membranes must be kept very small in order to have a sufficient transmission effect from the second to achieve the first membrane.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den gattungsgemäßen Schallwandlerkopf derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere in möglichst großen Druckbereichen eine optimierte Schallabstrahlung ermög licht wird.The object of the present invention is therefore the generic transducer head to develop in such a way that the disadvantages of the prior art are overcome, This enables optimized sound radiation, particularly in the largest possible pressure ranges light becomes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine im wesentlichen luftdichte Trennwand, mittels der das Gehäuse in zumindest zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei der erste Abschnitt mit der Einlaßöffnung und der zweite Abschnitt mit der Auslaßöffnung in Wirkverbindung steht, die erste Membran in dem ersten Abschnitt angeordnet ist und densel ben in eine erste und eine zweite Kammer unterteilt, eine Druckausgleichseinrichtung zwi schen der ersten und der zweiten Kammer, ein Pulsationsumwandlungsglied, das zumindest teilweise in dem zweiten Abschnitt zumindest bereichsweise bewegbar angeordnet ist, und eine Übertragungseinrichtung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt zur Übertragung von Schwingungen der ersten Membran auf das Pulsationsumwandlungsglied.This object is achieved in that an essentially airtight Partition, by means of which the housing is divided into at least two sections, the first section with the inlet opening and the second section with the outlet opening in Operatively connected, the first membrane is arranged in the first section and densel ben divided into a first and a second chamber, a pressure compensation device between between the first and the second chamber, a pulsation conversion element that at least is partially movable in the second section at least in regions, and a transmission device between the first and second sections for transmission of vibrations of the first membrane on the pulsation conversion element.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die Druckausgleichseinrichtung zumindest eine Verbin dungsöffnung in der ersten Membran, in einem mit der ersten Membran und der Übertra gungseinrichtung in Wirkverbindung stehenden Verbindungsglied und/oder zwischen der ersten Membran und dem Gehäuse und/oder einen Bypass umfaßt.It can be provided that the pressure compensation device has at least one connection opening in the first membrane, in one with the first membrane and the transfer supply device in operative connection and / or between the comprises the first membrane and the housing and / or a bypass.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Druckausgleichseinrichtung zumindest ein, vorzugs weise in seinen Dämpfungseigenschaften einstellbares, Dämpfungselement, insbesondere in Form einer variablen Querschnittsverringerung, eines Labyrinths und/oder eines porösen Materials, wie Schaumstoff, Eisenwolle und/oder dergleichen, umfaßt.It is further proposed that the pressure compensation device be at least one, preferred as adjustable in its damping properties, damping element, in particular in Form of a variable cross-sectional reduction, a labyrinth and / or a porous Materials such as foam, iron wool and / or the like.
Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, daß die geometrischen Abmessungen des ersten Abschnitts, insbesondere der ersten und/oder zweiten Kammer, der Einlaßöffnung, der Zu fuhrleitung und/oder des zweiten Abschnitts, insbesondere des Schallabstrahlungsbereichs, vorzugsweise während eines Betriebs des Schallwandlerkopfes, veränderbar ist bzw. sind. According to the invention it is also proposed that the geometric dimensions of the first Section, in particular the first and / or second chamber, the inlet opening, the zu guide line and / or the second section, in particular the sound radiation area, is or can be changed, preferably during operation of the transducer head.
Dabei ist vorgesehen, daß der Schallabstrahlungsbereich im wesentlichen hornförmig ist.It is provided that the sound radiation area is essentially horn-shaped.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Pulsationsumwandlungsglied zumindest eine zweite Membran, welche den zweiten Abschnitt in eine dritte und vierte Kammer unterteilt, und/oder zumindest einen Körperschallerzeuger, insbesondere umfassend einen Stößel, zur mechanischen Anregung eines zumindest teilweise im Schallabstrahlungsbereich angeordne ten Körpers, insbesondere umfaßt von dem Gehäuse, umfaßt.It is further provided according to the invention that the pulsation conversion element has at least one second membrane, which divides the second section into a third and fourth chamber, and / or at least one structure-borne noise generator, in particular comprising a plunger, for mechanical excitation of an at least partially arranged in the sound radiation area th body, in particular comprised by the housing.
Die Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung zumindest ein, insbesondere starres, mechanisches, elektromechanisches und/oder magnetomechanisches Koppelelement und/oder zumindest eine Positioniereinrichtung, umfaßt.The invention is also characterized in that the transmission device at least a, in particular rigid, mechanical, electromechanical and / or magnetomechanical Coupling element and / or at least one positioning device.
Dabei kann vorgesehen sein, daß zumindest eine Dichtungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Simerrings, zur Lagerung und Durchführung des Koppelelements.It can be provided that at least one sealing device, preferably in the form a Simerring, for storage and implementation of the coupling element.
Bei den vorgenannten Alternativen kann erfindungsgemäß das elektromechanische Koppele lement zumindest eine, vorzugsweise elektromagnetische, Abtasteinrichtung, zur Abtastung der Schwingungen der ersten Membran und eine, vorzugsweise elektromagnetische, Antriebs einrichtung zum Antrieb des Pulsationsumwandlungsglieds umfassen.In the aforementioned alternatives, the electromechanical coupling can be used according to the invention element at least one, preferably electromagnetic, scanning device for scanning the vibrations of the first membrane and a, preferably electromagnetic, drive include means for driving the pulsation converter.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Positioniereinrichtung zumindest ein Federelement in der ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Kammer umfaßt und/oder während eines Betrie bes des Schallwandlerkopfes steuerbar und/oder regelbar ist.It is further proposed that the positioning device in at least one spring element the first, second, third and / or fourth chamber and / or during an operation bes of the transducer head is controllable and / or adjustable.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Schallabstrahlcharakterisken, insbesondere in Wirkverbindung mit der Trennwand, der ersten Membran, dem Dämpfungs element, dem Pulsationsumwandlungsglied, einem Signalgeber für zumindest ein weiteres die Schallabstrahlungscharakteristik beeinflussendes externes Signal und/oder der Übertragungs einrichtung. The present invention is advantageously characterized in that a control and / or regulating device for controlling and / or regulating the sound radiation characteristics, especially in operative connection with the partition, the first membrane, the damping element, the pulsation converter, a signal generator for at least one other External signal and / or transmission influencing sound radiation characteristics Facility.
Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die erste und/oder zweite Membran ein Elastomer, ein Verstärkungsgewebe, einen Kunststoff und/oder ein Blech umfaßt bzw. umfas sen.It can be provided according to the invention that the first and / or second membrane Elastomer, a reinforcing fabric, a plastic and / or a sheet metal or comprises sen.
Ferner kann auch vorgesehen sein, daß die erste und/oder zweite Membran unterschiedliche Membranstärken, unterschiedliche Flexibilitäten und/oder unterschiedliche Formen aufweist bzw. aufweisen, vorzugsweise zum Bereitstellen eines steiferen Mittelbereichs und eines fle xibleren Randbereichs.Furthermore, it can also be provided that the first and / or second membrane are different Membrane thicknesses, different flexibility and / or different shapes or have, preferably for providing a stiffer central region and a fle more flexible edge area.
Schließlich wird auch vorgeschlagen, daß die Vorspannung der ersten und/oder zweiten Membran und/oder die Größe zumindest eines schwingungsfähigen Bereichs der ersten und/oder zweiten Membran, insbesondere während des Betriebs des Schallwandlerkopfes, steuerbar und/oder regelbar ist bzw. sind.Finally, it is also proposed that the bias of the first and / or second Membrane and / or the size of at least one vibratory area of the first and / or second membrane, in particular during operation of the transducer head, is or can be controlled and / or regulated.
Mit der Erfindung wird ferner ein Schallwandler in einem Abgas- und/oder Ansaugbereich einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einem Schallwandlerkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, vorgeschlagen.The invention also provides a sound transducer in an exhaust gas and / or intake area an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, with a transducer head according to one of the preceding claims.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ein Schallwandlerkopf so ausgeführt werden kann, daß einerseits insbesondere Abgaspulsationen einer Brennkraft maschine eines Kraftfahrzeugs in Schwingungen in einem im wesentlichen abgeschlossenen Raum umgewandelt werden und andererseits eine Funktionstüchtigkeit auch bei beispielswei se statischen Drücken von 0,5 bis 1 bar gewährleistet ist, indem eine Anregungsmembran entweder mit einer Schallabstrahlungsmembran oder einem Körperschallerreger unter Druck ausgleich gekoppelt ist.The invention is therefore based on the surprising finding that a transducer head can be carried out such that, on the one hand, exhaust gas pulsations of an internal combustion engine in particular machine of a motor vehicle in vibration in a substantially closed Space to be converted and on the other hand, a functionality even for example static pressure from 0.5 to 1 bar is ensured by an excitation membrane either with a sound radiation membrane or a structure-borne noise generator under pressure compensation is coupled.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschrei bung, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand schematischer Zeichnungen erläutert sind. Dabei zeigt: Further features and advantages of the invention result from the description below Exercise, in the preferred embodiments of the invention by way of example using schematic Drawings are explained. It shows:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfes; Figure 1 is a sectional view of a first embodiment of the transducer head according to the invention.
Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfes; Fig. 2 is a sectional view of a second embodiment of the transducer head of the invention;
Fig. 3 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfes; und Fig. 3 is a sectional view of a third embodiment of the transducer head of the invention; and
Fig. 4 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfes. Fig. 4 is a sectional view of a fourth embodiment of the transducer head according to the invention.
In Fig. 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Schallwandlerkopf 1 mit einem Gehäuse 3 darge stellt, daß eine Einlaßöffnung 5 aufweist, welche mit einer nicht dargestellten Zufuhrleitung zur Zuführung von Pulsationen, insbesondere Ansaug- und/oder Abgaspulsationen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses 3 ist eine Trennwand 7 angeordnet, welche das Innere des Schallwandlerkopfs 1 in einen der Einlaßöff nung 5 zugewandten ersten Abschnitt und einen einem Schallabstrahlungsbereich 9 zuge wandten zweiten Abschnitt unterteilt. Um eine verbesserte Schallabstrahlung des Schall wandlerkopfes 1 zu erreichen, ist das Gehäuse 3 im Schallabstrahlungsbereich 9 in Form ei nes Horns 11 ausgestaltet. In dem der Einlaßöffnung 5 zugewandten ersten Abschnitt des Schallwandlerkopfes 1 ist eine Anregungsmembran 13 angeordnet, welche den ersten Ab schnitt wiederum in zwei Kammern 15 und 17 unterteilt, und zwar luftdicht voneinander ge trennt. Jedoch weist der Schallwandlerkopf 1 ein Verbindungsrohr 19 auf, welches die Kam mern 15 und 17 so miteinander verbindet, daß stets ein statischer Druckausgleich zwischen diesen beiden Kammern erfolgt. Zu diesem Zweck umfaßt das Verbindungsrohr 19 auch ein Dämpfungselement 21, beispielsweise in Form einer verstellbaren Querschnittsverengung des Verbindungsrohrs 19, durch das sichergestellt wird, daß hochfrequente Druckschwankungen aufgrund von über die Einlaßöffnung 5 dem Schallwandlerkopf 1 zugeführten Pulsationen jedoch nicht über das Verbindungsrohr 19 übertragen werden. Die Anregungsmembran 13 steht in ihrem zentralen Bereich über ein Verbindungsglied, nämlich in Form eines Mitteltellers 23, mit einer starren Koppelstange 25 in Wirkverbindung. Diese Koppelstange 25 ist über eine Dichtvorrichtung in Form eines Simerrings 27 durch die Trennwand 7 reibungsfrei ge führt, um eine luftdichte Abtrennung des ersten Abschnitts von dem zweiten Abschnitt si cherzustellen. Der zweite Abschnitt ist zudem durch eine Schallabstrahlungsmembran 31 in die zwei Kammern 29 und 33 unterteilt. Die Schallabstrahlungsmembran 31 weist, wie die Anregungsmembran 13, einen Mittelteller 35 auf, der mit der Koppelstange 25 verbunden ist. Die beiden Membranen 13 und 31 werden über Positioniereinrichtungen in Form von Fe derelementen 37 und 39 in einer vorherbestimmten Nullage gehalten.In Fig. 1, a first transducer head 1 according to the invention with a housing 3 is Darge that has an inlet opening 5 which is connected to a supply line, not shown, for supplying pulsations, in particular intake and / or exhaust gas pulsations of an internal combustion engine of a motor vehicle. Within the housing 3 , a partition 7 is arranged, which divides the interior of the transducer head 1 into a opening 5 facing the inlet opening 5 and a sound radiation region 9 facing second section. In order to achieve improved sound radiation of the sound transducer head 1 , the housing 3 is designed in the sound radiation area 9 in the form of a horn 11 . In the inlet section 5 facing the first section of the transducer head 1 , an excitation membrane 13 is arranged, which in turn cuts the first section into two chambers 15 and 17 , separated from each other in an airtight manner. However, the transducer head 1 has a connecting tube 19 which connects the chambers 15 and 17 so that there is always a static pressure equalization between these two chambers. For this purpose, the connecting pipe 19 also includes a damping element 21 , for example in the form of an adjustable cross-sectional constriction of the connecting pipe 19 , by which it is ensured that high-frequency pressure fluctuations due to pulsations supplied to the transducer head 1 via the inlet opening 5 are not transmitted via the connecting pipe 19 . The excitation membrane 13 is in its central region via a connecting member, namely in the form of a center plate 23, having a rigid coupling rod 25 in operative connection. This coupling rod 25 is via a sealing device in the form of a Simerrings 27 through the partition wall 7 ge frictionless to ensure an airtight separation of the first section from the second section si cher. The second section is also divided into two chambers 29 and 33 by a sound radiation membrane 31 . The sound radiation membrane 31 , like the excitation membrane 13 , has a center plate 35 which is connected to the coupling rod 25 . The two membranes 13 and 31 are held in position in the form of Fe derelemente 37 and 39 in a predetermined zero position.
Zur Schallabstrahlung durch den Schallwandlerkopf 1 werden zunächst über die Einlaßöff nung 5 Pulsationen in die erste Kammer 15 eingeleitet. Die in die erste Kammer 15 einge führten Pulsationen erzwingen eine Auslenkung der Anregungsmembran 13 aus ihrer Nullage und eine Schwingung derselben. Den Pulsationen überlagerte niederfrequente Druckschwan kungen, insbesondere statische Druckunterschiede, werden über das Verbindungsrohr 19 zwi schen der ersten und zweiten Kammer 15 und 17 ausgeglichen. Dadurch wird eine Verspan nung der Anregungsmembran 13 verhindert. Durch das Dämpfungselement 21 wird ferner erreicht, daß hochfrequente Druckveränderungen nicht aus der ersten Kammer 15 an die zweite Kammer 17 weitergeleitet werden. Die Schwingungen der Anregungsmembran 13 werden über den Mittelteller 23 auf die Koppelstange 25 übertragen, wodurch die Schallab strahlungsmembran 31 in Schwingung versetzt wird und somit die gewünschte Schallab strahlung erfolgt.For sound radiation through the transducer head 1 5 pulsations are first introduced into the first chamber 15 via the inlet opening. The pulsations introduced into the first chamber 15 force a deflection of the excitation membrane 13 from its zero position and an oscillation thereof. The pulsations superimposed low-frequency pressure fluctuations, in particular static pressure differences, are compensated for via the connecting tube 19 between the first and second chambers 15 and 17 . This prevents tensioning of the excitation membrane 13 . The damping element 21 also ensures that high-frequency pressure changes are not passed on from the first chamber 15 to the second chamber 17 . The vibrations of the excitation membrane 13 are transmitted via the center plate 23 to the coupling rod 25 , whereby the Schallab radiation membrane 31 is set in vibration and thus the desired Schallab radiation occurs.
Somit wird durch den erfindungsgemäßen Schallwandlerkopf 1 erreicht, daß eine ungehin derte Schallabstrahlung unabhängig von niederfrequenten Druckschwankungen erfolgt. Fer ner kann eine Verbindung der Einlaßöffnung 5 mit der umgebenden Atmosphäre, wie sie zur Abstrahlung von Abgaspulsationen unerwünscht ist, vermieden werden.It is thus achieved by the transducer head 1 according to the invention that an unhindered sound radiation takes place independently of low-frequency pressure fluctuations. Fer ner a connection of the inlet opening 5 with the surrounding atmosphere, as is undesirable for the emission of exhaust gas pulsations, can be avoided.
Die Schallabstrahlcharakteristiken des Schallwandlerkopfs 1 können auf verschiedene Weisen den dem Schallwandlerkopf 1 zugeführten Pulsationen angepaßt werden. So kann beispiels weise über die Form des Schallabstrahlungsbereichs 9 die gewünschten Abstrahlcharakteristik variiert werden. Ferner kann die Schwingung der Membranen 13 und 31 insbesondere über eine Einstellung des Dämpfungselements 21, der Federelemente 37 und/oder 39 und der Vor spannung der Membranen 13 und/oder 31 variiert werden. Eine Einstellung des Volumens insbesondere in der ersten Kammer 15 und der nicht dargestellten Zufuhrleitung kann unter Bildung eines Helmholtz-Resonators stattfinden.The Schallabstrahlcharakteristiken of the transducer head 1 can the sound transducer head 1 supplied pulsations are adapted in various ways. For example, the shape of the sound radiation area 9 can be used to vary the desired radiation characteristic. Furthermore, the vibration of the membranes 13 and 31 can be varied in particular by adjusting the damping element 21 , the spring elements 37 and / or 39 and the voltage before the membranes 13 and / or 31 . The volume, in particular in the first chamber 15 and the feed line (not shown) can be adjusted to form a Helmholtz resonator.
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfes 1' dargestellt. Identische Elemente des Schallwandlerkopfes 1' von Fig. 2 im Vergleich zum Schallwandlerkopf 1 von Fig. 1 weisen die gleichen Bezugszeichen auf. Im Gegensatz zum Schallwandlerkopf 1 der Fig. 1 umfaßt der Schallwandlerkopf 1' der Fig. 2 eine Anre gungsmembran 13' und eine Schallabstrahlungsmembran 31', die Bereiche unterschiedlicher Flexibilität aufweisen. Die Anregungsmembran 13' weist nämlich einen Randbereich 13'a auf, der im Vergleich zum Mittelbereich 13'b eine höhere Flexibilität aufweist. Analog weist die Schallabstrahlungsmembran 31' einen Randbereich 31'a auf, welcher eine größere Flexibilität, als ihr Mittelbereich 31'b aufweist. Diese Ausführungsform der Membranen 13' und 31' er möglicht es, die Schallabstrahlungscharakteristiken des Schallwandlerkopfs 1', neben der Veränderung der Vorspannung der Membranen 13' und 31', durch Veränderung der Größe der Bereiche unterschiedlicher Flexibilität und/oder der Flexibilitätsdifferenz einzustellen.In FIG. 2, a second embodiment of the transducer head 1 according to the invention represented '. Identical elements of the transducer head 1 'of FIG. 2 in comparison to the transducer head 1 of FIG. 1 have the same reference numerals. In contrast to the transducer head 1 of FIG. 1, the transducer head 1 'of FIG. 2 comprises a stimulation membrane 13 ' and a sound radiation membrane 31 'which have areas of different flexibility. The excitation membrane 13 'that is has a border 13' on a, in comparison to the central region 13 b has a higher flexibility '. Analogously, the sound radiation membrane 31 ′ has an edge region 31 ′ a, which has greater flexibility than its central region 31 ′ b. This embodiment of the membranes 13 'and 31 ' makes it possible to adjust the sound radiation characteristics of the transducer head 1 ', in addition to changing the bias of the membranes 13 ' and 31 ', by changing the size of the areas of different flexibility and / or the difference in flexibility.
Ein erfindungsgemäßer Schallwandlerkopf muß jedoch nicht ein Doppelmembransystem um fassen, sondern kann anstelle einer akustisch aktiven Schallabstrahlungsmembran einen Kör perschallerreger aufweisen. Eine solche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schall wandlerkopfs 1" ist in Fig. 3 dargestellt. Gleiche Elemente des Schallwandlerkopfs 1" von Fig. 3 im Vergleich zu den Schallwandlerköpfen 1 und 1' der Fig. 1 und 2 tragen die gleichen Bezugszeichen. Bei dem Schallwandlerkopf 1" ist die Koppelstange 25' einerseits mit dem Mittelteller 23 der Anregungsmembran 13' verbunden, jedoch befindet sich am obe ren Ende der Koppelstange 25' ein Stößel 41. Der Schallwandlerkopf 1" ist darüber hinaus über Verbindungselemente 43 mit einem Körper 45 verbunden, so daß über die Einlaßöffnung 5 zugeführte Pulsationen zu Schwingungen der Anregungsmembran 13' und schließlich zu Aufschlägen des Stößels 41 auf den Körper 45 führt, wodurch der Körper zur Abstrahlung von Schallwellen angeregt wird. Bei einer geeigneten Ausführung der Verbindungselemente 43 dient die vierte Kammer 47 zwischen dem Körper 45 und der Trennwand 7 als Resonanz körper, so daß über die Bemessung dieser Kammer 47 die Charakteristiken des durch den Körper 45 erzeugten Schalls verändert werden können.However, an inventive transducer head does not have to encompass a double membrane system, but instead may have a body sound exciter instead of an acoustically active sound radiation membrane. Such an embodiment of the sound according to the invention transducer head 1 "shown in Fig. 3. The same elements of the transducer head 1" of FIG. 3 compared to the transducer heads 1 and 1 'of Figs. 1 and 2 carry the same reference numerals. In the transducer head 1 ", the coupling rod 25 'is connected on the one hand to the center plate 23 of the excitation membrane 13 ', but there is a plunger 41 at the upper end of the coupling rod 25 '. The transducer head 1 " is also connected to a body 45 via connecting elements 43 connected, so that pulsations supplied via the inlet opening 5 lead to vibrations of the excitation membrane 13 'and finally to impacts of the tappet 41 on the body 45 , whereby the body is excited to emit sound waves. In a suitable design of the connecting elements 43 , the fourth chamber 47 between the body 45 and the partition 7 serves as a resonance body, so that the characteristics of the sound generated by the body 45 can be changed via the dimensioning of this chamber 47 .
In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfs 1''' dargestellt. Im Gegensatz zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schallwandlerkopfs wird dabei eine Übertragung der Schwingungen der Anregungsmembran 13" auf die Schallabstrahlungsmembran 31 elektromechanisch durchge führt. Dazu ist der Mittelteller 23 der Anregungsmembran 13" über eine Stange 49 mit einer elektromagnetomechanischen Abtasteinrichtung 51, welche beispielsweise ein piezo elektrisches Element umfaßt, verbunden. Die von der Abtasteinrichtung 51 aufgenommenen Signale werden über eine Leitung 53 an eine Regeleinrichtung 55 weitergeleitet. Diese Rege leinrichtung 55 ist über eine Leitung 57 mit einer Antriebseinrichtung 59 verbunden. Die An triebseinrichtung 59 ist über eine Stange 61 mit dem Mittelteller 35 der Schallabstrahlungs membran 31 verbunden. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen des erfin dungsgemäßen Schallwandlerkopfs wird der Druckausgleich zwischen den durch die Anre gungsmembran 13" voneinander getrennten Kammern 15 und 17 im Schallwandlerkopf 1''' von Fig. 4 durch Öffnungen 63 in der Anregungsmembran 13" erreicht. Die Öffnungen 63 sind mit einem nicht dargestellten Dämpfungselement in Form von Schaumstoff ausgefüllt. Durch diesen Schaumstoff wird erreicht, daß nur niederfrequente Druckschwankungen durch die Öffnungen 63 übertragen werden, nicht jedoch hochfrequente Schwankungen.In FIG. 4 is a fourth embodiment of a transducer head 1 according to the invention '''is shown. In contrast to the embodiments of the transducer head according to the invention shown in FIGS. 1 and 2, a transmission of the vibrations of the excitation membrane 13 "to the sound radiation membrane 31 is carried out electromechanically. For this purpose, the center plate 23 of the excitation membrane 13 " is connected via a rod 49 with an electromagnetic-mechanical scanning device 51 , which comprises, for example, a piezoelectric element. The signals picked up by the scanning device 51 are forwarded to a control device 55 via a line 53 . This control device 55 is connected via a line 57 to a drive device 59 . At the drive device 59 is connected via a rod 61 to the center plate 35 of the sound radiation membrane 31 . In contrast to the previous embodiments of the OF INVENTION to the invention transducer head of the pressure equalization between the is achieved by the Anre supply membrane 13 "separate chambers 15 and 17 in the transducer head 1 '''of Fig. 4 through openings 63 in the excitation membrane 13". The openings 63 are filled with a damping element, not shown, in the form of foam. This foam ensures that only low-frequency pressure fluctuations are transmitted through the openings 63 , but not high-frequency fluctuations.
Eine Schwingung der Anregungsmembran 13" des Schallwandlerkopfes 1''' von Fig. 4 führt dazu, daß Schwingungssignale über die Abtasteinrichtung 51 an die Regeleinrichtung 55 weitergeleitet werden. In Abhängigkeit von der gewünschten Schallabstrahlcharakteristik werden die Schwingungssignale in der Regeleinrichtung 55 so bearbeitet, daß durch an die Antriebseinrichtung 59 abgegebenen Signale eine gewünschte Schwingung der Schallab strahlungsmembran 31 erzielt wird. Darüber hinaus ist vorgesehen, daß der Regeleinrichtung 55 über eine Leitung 65 weitere Signale zugeführt werden, welche die an die Antriebseinrichtung 59 abgegebenen Signale beeinflussen. Diese Signale führen dazu, daß verschiedene Umgebungsparameter, wie z. B. bei Verwendung des Schallwandlerkopfs 1''' in einem Kraft fahrzeug, die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Gaspedalstellung oder die Art des einge legten Ganges die Signale, welche an die Antriebseinrichtung 59 geleitet werden, beeinflus sen.An oscillation of the excitation membrane 13 "of the transducer head 1 '''of FIG. 4 leads to vibration signals being forwarded to the control device 55 via the scanning device 51. Depending on the desired sound radiation characteristic, the vibration signals are processed in the control device 55 in such a way that a desired oscillation of the sound radiation membrane 31 is achieved to the signals emitted to the drive device 59. In addition, it is provided that the control device 55 is supplied via a line 65 with further signals which influence the signals emitted to the drive device 59. These signals lead to the fact that Various environmental parameters, such as when using the transducer head 1 '''in a motor vehicle, the speed of the internal combustion engine, the accelerator pedal position or the type of gear engaged influence the signals which are sent to the drive device 59 .
Es wird also erfindungsgemäß erstmals ein Schallwandlerkopf bereitgestellt, welcher eine ungehinderte Schallabstrahlung bei unterschiedlichen statischen Drücken ermöglicht und in vielfältiger Weise auf eine gewünschte Abstrahlcharakteristik abgestimmt werden kann.According to the invention, a transducer head is therefore provided for the first time, which one allows unimpeded sound radiation at different static pressures and in can be matched in many ways to a desired radiation pattern.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offen barten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombi nation für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen we sentlich sein. The open in the above description, in the drawings and in the claims Beard features of the invention can be used both individually and in any combination nation for the implementation of the invention in its various embodiments we be substantial.
11
, .
11
', '
11
''', '' '
11
''' Schallwandlerkopf
'''Transducer head
33
Gehäuse
casing
55
Einlaßöffnung
inlet port
77
Trennwand
partition wall
99
Schallabstrahlungsbereich
Sound radiation area
1111
Horn
horn
1313
, .
1313
', '
1313
" Anregungsmembran
13'a Randbereich
13'b Mittelbereich
"Excitation membrane
13'a edge area
13'b middle area
1515
, .
1717
Kammer
chamber
1919
Verbindungsrohr
connecting pipe
2121
Dämpfungselement
damping element
2323
Mittelteller
medium plates
2525
, .
2525
' Koppelstange
'' Coupling rod
2727
Simerring
Simerring
2929
Kammer
chamber
3131
, .
3131
' Schallabtrahlungsmembran
31'a Randbereich
31'b Mittelbereich
'' Sound radiation membrane
31'a edge area
31'b middle area
3333
Kammer
chamber
3535
Mittelteller
medium plates
3737
Federelement
spring element
3939
Federelement
spring element
4141
Stößel
tappet
4343
Verbindungselemente
fasteners
4545
Körper
body
4747
Kammer
chamber
4949
Stange
pole
5151
Abtasteinrichtung
scanning
5353
Leitung
management
5555
Regeleinrichtung
control device
5757
Leitung
management
5959
Antriebseinrichtung
driving means
6161
Stange
pole
6363
Öffnung
opening
6565
Leitung
management
Claims (15)
eine im wesentlichen luftdichte Trennwand (7), mittels der das Gehäuse (3) in zumindest zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei der erste Abschnitt mit der Einlaßöffnung (5) und der zweite Abschnitt mit dem Schallabstrahlungsbereich (9) in Wirkverbindung steht, die er ste Membran (13, 13', 13") in dem ersten Abschnitt angeordnet ist und denselben in eine eiste (15) und eine zweite Kammer (17) unterteilt,
eine Druckausgleichseinrichtung (19, 21, 63) zwischen der ersten (15) und der zweiten Kammer (17), ein Pulsationsumwandlungsglied (31, 31', 41), das zumindest teilweise in dem zweiten Abschnitt zumindest bereichsweise bewegbar angeordnet ist, und
eine Übertragungseinrichtung (25, 25', 49, 51, 59, 61) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt zur Übertragung von Schwingungen der ersten Membran (13, 13', 13") auf das Pulsationsumwandlungsglied (31, 31', 41).1. transducer head, with at least one inlet opening ( 5 ) for a supply line, at least a first minimum membrane ( 13 , 13 ', 13 ") and at least one sound radiation area ( 9 ) in a housing ( 3 ), characterized by
an essentially airtight partition ( 7 ) by means of which the housing ( 3 ) is divided into at least two sections, the first section being operatively connected to the inlet opening ( 5 ) and the second section being connected to the sound radiation area ( 9 ) Membrane ( 13 , 13 ', 13 ") is arranged in the first section and divides the same into a strip ( 15 ) and a second chamber ( 17 ),
a pressure compensation device ( 19 , 21 , 63 ) between the first ( 15 ) and the second chamber ( 17 ), a pulsation conversion element ( 31 , 31 ', 41 ) which is arranged at least partially movably in the second section, and
a transmission device ( 25 , 25 ', 49 , 51 , 59 , 61 ) between the first and second section for transmitting vibrations of the first membrane ( 13 , 13 ', 13 ") to the pulsation conversion element ( 31 , 31 ', 41 ).
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