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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
mit einem Leuchtmittel für
Räume und
Außenbereiche
oder Freiflächen. Des
Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
mit einer Vorsatzscheibe.
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Leuchtmittel
sind in einer Leuchte oder Beleuchtungseinrichtung eingesetzte lichtemittierende Vorrichtungen
mit zumindest einer Lichtquelle. Leuchtmittel können verschiedene Formen haben: röhren- oder
stabförmig,
z.B. bei einer Leuchtstoffröhre,
birnen-, tropfen- oder kugelförmig,
z.B. bei einer Glühlampe.
Beleuchtungseinrichtungen gibt es in verschiedenen Bauarten wie
Deckenleuchten, Wandleuchten, Schreibtischleuchten usw. Sie können fest installiert
oder mobil sein. Sie können
mit Netzstrom oder mit Batterien betrieben werden.
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Eine
Lichtquelle sendet vorzugsweise sichtbares Licht aus. Leuchtmittel
weisen zumindest eine Lichtquelle auf. Lichtquellen lassen sich
durch ihre Art der Strahlungserzeugung unterscheiden. Beispielweise
wird das Licht bei einer Leuchtstoffröhre durch ein angeregtes Gas
und bei einer Glühlampe durch
einen Thermischen-Strahler erzeugt. Des Weiteren werden Lichtquellen
nach ihrer Intensität,
Temperatur, Anregung und ihrer räumlichen
Ausdehnung unterschieden. Eine Punktlichtquelle ist beispielsweise
als Strahler oder Spot bekannt. Hingegen wird eine Leuchtstoffröhre vorzugsweise
als diffuse Lichtquelle bezeichnet.
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Unter
Beleuchtung ist eine optische Belichtung und Erhellung eines Raumes,
Objektes und/oder Außenbereiches
zu verstehen. Künstliche Innen-
und/oder Außenbeleuchtung
mittels Leuchten geschieht in den meisten Fällen mit elektrischen Beleuchtungen.
Mit solchen elektrischen Beleuchtungseinrichtungen sind beispielsweise
Gebäude
ausgestattet. Die Beleuchtungseinrichtungen sind dabei vorzugsweise
an den Gebäuden
oder Raumdecken angebracht. Auch bei öffentlichen Einrichtungen wie Bahnhöfen oder
Flughäfen
sind die Räume
oder Außenbereiche
mit Beleuchtungseinrichtungen hergerichtet.
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Insbesondere
bei öffentlichen
Einrichtungen beispielsweise einem Flughafen stehen die Architekten
oder die Einrichtungsplaner vor der Herausforderung möglichst
kostenoptimal eine Beleuchtungseinrichtung und eine Beschallungseinrichtung
für das Gebäude zu konzipieren.
Solche Beschallungsanlagen können
beispielsweise mit Flächenlautsprechern realisiert
sein. Da Beschallungsanlagen und Beleuchtungseinrichtungen vorzugsweise
an gleichen Einbauorten untergebracht sind, müssen bereits in der Planungsphase
für beide
Systeme mögliche Randbedingungen
und Installationswege berücksichtigt
werden.
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Flächenlautsprecher
der genannten Art sind als solche seit langem, beispielsweise aus
US-A-3 247 925 oder auch US-A-3 347 335 bekannt.
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Danach
wird bei einem Flächenlautsprecher eine
nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitende Schwingspule eingesetzt,
welche unmittelbar an eine Fläche
mechanisch angekoppelt wird. Wird die Schwingspule von einem Signalgeber
elektrisch angeregt, so werden ihre Schwingungen auf die als Membran
wirkende Fläche übertragen,
womit diese selbst ein den schallabgebendes Element bildet.
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In
dem genannten Dokument US-A-3 247 925 ist erwähnt, dass das schallabgebende
Element des Flächenlautsprechers
ein Bauteil eines Gehäuses
eines Plattenspielers, Radios oder Fernsehgerätes bilden kann oder auch als
Teil einer Wand bzw. Decke eines Raumes gestaltet sein könne. Weitere Anwendungsmöglichkeiten
für einen
Flächenlautsprecher
sind in jüngerer
Zeit beispielsweise aus EP-B-0 847 663 sowie EP-B-0 847 670 bekannt
geworden. In ersterem Dokument ist offenbart, einen Flächenlautsprecher
zur Beschallung eines Fahrgastraumes in einem Fahrzeug einzusetzen.
Im zweiten Beispiel ist ein Anzeigeschirm, bestehend aus einem Paneel
mit einer lichtreflektierenden oder lichtemittierenden Oberfläche beschrieben,
bei dem das Paneel als das schallabgebende Element eines Flächenlautsprechers
eingesetzt wird. Nachteilig am Stand der Technik ist es, dass zur
Beschallung und zur genügenden
Ausleuchtung beispielsweise eines Raumes zwei Systeme installiert
werden müssen.
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In
EP 1 122 974 A1 wird
ein in eine Beleuchtungseinrichtung integrierter Flächenlautsprecher
offenbart. Nachteilig hieran ist, dass in die Beleuchtungseinrichtung,
welche ein erstes funktionelles System darstellt, ein akustisches
zweites autark arbeitendes funktionelles System integriert werden muss.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
der eingangsgenannten Art zu schaffen, welche mit geringerem Aufwand
die Funktionalität
einer Beschallungsanlage erlaubt.
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Bei
einer Umgebungsbeleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Leuchtmittel als schallabgebendes Element hergerichtet
ist. Mit Vorteil werden hier zwei grundsätzlich verschiedene Versorgungssysteme
für beispielsweise
Gebäude,
nämlich
die optische und die akustische Versorgung, mittels einer gemeinsamen
Einrichtung für Licht
und Schall bereitgestellt. Dies spart Montageraum, Material und
Kosten. Gemäß der Erfindung kann
eine Lichtquelle oder ein Cluster von Lichtquellen gleichzeitig
auch zur aktiven Schallabgabe beitragen oder verwendet werden.
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Zweckmäßig ist,
dass dem Leuchtmittel mindestens ein elektromechanischer Wandler
zugeordnet ist, der ihm als elektrische Eingangssignale zugeführte Audiosignale
in mechanische Schwingungen umwandelt, welche mittels des Leuchtmittels
zu akustisch wirksamen Schwingungen wandelbar sind. Diese bevorzugte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuch tungseinrichtung macht
sich das Prinzip von Flächenlautsprechern
wie sie aus
EP 0 847 670 81 ,
EP 0 847 663 B1 und
aus
EP 1 122 974 A1 bereits
bekannt sind zu Nutze. Dabei werden mechanische Schwingungen im
Leuchtmittel bevorzugt als transversale Biegeschwingungen erzeugt.
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Vorzugsweise
ist dem mindestens einem Wandler eine elektronische Signalverarbeitungseinheit
vorgeschaltet, mittels derer Nichtlinearitäten in der akustischen Übertragungscharakteristik
des Leuchtmittels ausgleichbar sind oder mittels derer eine gewünschte akustische Übertragungscharakteristik
des Leuchtmittels einstellbar ist. Der Frequenzgang eines hier als "Flächenlautsprecher" verwendeten Leuchtmittels
ist durch die mechanischen Eigenschaften des Leuchtmittels, welches
als schallabstrahlendes Element genutzt wird, sowie durch eine Anzahl
und eine Position der darauf aufgebrachten Wandler festgelegt. Dieser
Frequenzgang weist typischerweise Nichtlinearitäten auf, die zu einer Klangverzerrung
in der Schallabstrahlung in bestimmten Frequenzbereichen führten. Damit
das Leuchtmittel Sprache, Musik, Töne und Klänge verzerrungsfrei abgeben
kann, ist den Wandlern die elektronische Signalverarbeitungseinheit
vorgeschaltet. In der elektronischen Signalverarbeitungseinheit
werden die Audiosignale frequenzabhängig gefiltert, um insgesamt
ein akustisches System mit einer linearen, einer psychoakustisch
günstigen
oder/und einer vordefinierten Übertragungscharakteristik
bereitzustellen.
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Für eine möglichst
universelle Einsetzbarkeit und eine flexible Anpassung an unterschiedliche
Umgebungsbedingungen ist dem elektromechanischem Wandler und der
elektronischen Signalverarbeitungseinheit vorzugsweise ein Verstärker zwischengeschaltet.
Die übertragenen
Audiosignale werden in dem vorgeschalteten Verstärker auf eine der benötigten Lautstärke entsprechende
Signalstärke
angeglichen, bevor sie dem mindestens einen elektromechanischen
Wandler zugeführt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die elektronische
Signalverarbeitungseinheit einen digitalen Signalprozessor auf,
der zum Abspeichern einer Korrekturfunktion des Leuchtmittels sowie
zum Vorverarbeiten der ihr zugeführten
Audiosignale entsprechend der Korrekturfunktion ausgebildet ist.
Die Verwendung eines digitalen Signalprozessors zur elektronischen
Vorverarbeitung der Audiosignale gestattet das Abspeichern einer
vorher ermittelten Übertragungsfunktion
des Systems aus schallabgebenden Element und darauf aufgebrachten elektromechanischen
Wandlern. Für
jede Konfiguration kann somit zunächst abhängig von Material, Größe, Dicke
und Einspannungsgegebenheiten des Leuchtmittels sowie Anzahl, Art
und Positionen der Wandler, die dieser Konfiguration eigene akustische Übertragungsfunktion
bestimmt werden. Diese Übertragungsfunktion
wird vorzugsweise im Speicher des digitalen Signalprozessors hinterlegt,
wobei der Signalprozessor derart programmiert wird, dass ihm zugeführte Audiosignale
gemäß einer
zur abgelegten Übertragungsfunktion
invers ausgeprägten
Korrekturfunktion gefiltert werden, wodurch beispielsweise Nichtlinearitäten in der Übertragungsfunktion
ausgeglichen werden. Hierdurch stehen beispielsweise einem Gestalter
solcher erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuchtungseinrichtungen
eine Vielzahl an Kombinationen von Leuchtmitteln, welche als schallabstrahlende
Elemente genutzt werden können,
und Wandlern zur Verfügung.
Solch eine Kombination von Leuchtmitteln, Wandlern und den hierfür notwendigen
baulichen Einrichtungen genügen
den heutzutage geforderten klanglichen Anforderungen.
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In
einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungsform
der Erfindung weist die elektronische Signalverarbeitungseinheit
eine analoge Filtereinrichtung auf. Da rein digitale Signalverarbeitungseinheiten
kostenintensiv sein können,
kann mit dem Aufbau einer Steuerungseinheit von Fall zu Fall die
Korrekturfunktion auch mit einem analogen Operationsverstärker anstelle
von oder in Ergänzung
zum digitalen Signalprozessor realisiert werden.
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In
einer sehr robusten optionalen Ausführungsform der Erfindung weist
die Signalverarbeitungseinheit eine passive Fil tereinrichtung auf.
Eine passive Filtereinrichtung besteht beispielsweise aus L-C-R-Filtern
und ist unter anderem unanfällig
gegen EMV-Einflüsse.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
ist zur Signalübertragung
zwischen der elektronischen Signalverarbeitungseinheit und dem dem
Wandler vorgeschalteten Verstärker
eine drahtlose Übertragungsstrecke
vorgesehen. Diese drahtlose Übertragungsstrecke
ist von ganz besonderem Vorteil wenn beispielsweise aus Platzgründen in
oder an der Umgebungsbeleuchtungseinrichtung die Signalverarbeitungseinheit
nicht in unmittelbarer Nähe
zum Leuchtmittel angeordnet werden kann. Oder eine Verbindung mittels
Audiokabeln kann nicht ohne weiteres oder nur nach konstruktiv aufwendigen
Maßnahmen
errichtet werden, so können
die vorverarbeiteten Audiosignale vorzugsweise durch die drahtlose Übertragungsstrecke übertragen
werden.
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Zweckmäßig ist,
dass die drahtlose Übertragungsstrecke
als eine Infrarotstrecke ausgebildet ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die drahtlose Übertragungsstrecke
als eine Funk-Strecke ausgebildet.
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In
einer vorzugsweisen Ausgestaltungsvariante der Erfindung weist das
Leuchtmittel eine einzige Lichtquelle auf, insbesondere eine großflächige, einstückige und/oder
homogene Lichtquelle. Ein Leuchtmittel mit nur einer einzigen Lichtquelle
ist üblicherweise
durch eine große
Oberfläche
charakterisiert, welches einer Schallabgabe vorteilhaft entgegenkommt.
Ein Leuchtmittel mit nur einer einzigen Lichtquelle ist beispielsweise
eine Neonröhre.
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Da
es bereits heutzutage eine Vielzahl von verschiedenartigen Leuchtmitteln
gibt, ist es in einer alternativen Ausführungsform von Vorteil, dass
das Leuchtmittel mehrere, vorzugsweise mehrere segmentartig zu einer
Matrix zusammengefasste Licht quellen aufweist. Mehrere beispielsweise
parallel verlaufende zu einer baulichen Einheit verklebten Neonröhren bzw.
Neonstäben
entsprechen einem Leuchtmittel mit mehreren Lichtquellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Leuchtmittel eine Trägervorrichtung mit zumindest
einer Lichtquelle auf, vorzugsweise einer lichtemittierenden Diode,
wobei die Lichtquelle(n) und die Trägervorrichtung eine schwingungsfähige bauliche
Einheit bilden. So kann mit Vorteil zumindest eine Lichtquelle unter
Nutzung der mit ihr vorzugsweise fest verbundenen Trägervorrichtung
für eine
Schallabgabe genutzt werden. Insbesondere bei dem Einsatz von LED's kann man bei gleicher
Helligkeit zu alternativen Leuchtmitteln bis zu 90% des Energiebedarfes
einsparen. LED's
sind Halbleitermaterialien, welche bei Stromdurchfluss in vielen
charakteristischen Farben leuchten können. Darüber hinaus sind sie robuster
und langlebiger als andere Leuchtmittel und nutzen die Energie effizienter,
weil sie weniger Abwärme
produzieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
weist das Leuchtmittel organische lichtemittierende Dioden auf.
Eine mögliche
Zellenstruktur von organischen lichtemittierenden Dioden, OLED genannt,
besteht aus einem Stapel von dünnen
organischen Schichten, die in Sandwichbauweise zwischen einer transparenten
Anode und einer metallischen Kathode angeordnet sind. Die Bereitstellung derartiger
organischer Transistoren aus Polymerfolien ermöglicht die Herstellung dünner großflächiger und
gleichzeitig flexibler Leuchtmittel, die über Elektrolumineszenz gesteuert
Licht imitieren können. OLED's können sowohl
auf eine als schallabstrahlendes Element ausgebildete Trägerschicht
aufgebracht, als auch als flexibles, biegesteifes Element, welches
zur Schallabstrahlung anregbar ist, verwendet werden.
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Hinsichtlich
einer guten Raumausleuchtung bei beispielsweise Deckenleuchten ist
es für
viele Ausführungsvarianten
der Erfindung von Vorteil, dass das Leuchtmittel flächig ausgeprägt ist,
vorzugsweise liegt eine abstrahlungsaktive Fläche im Bereich von 10 cm mal
10 cm bis 5 m mal 5 m, insbesondere zwischen 30 cm mal 30 cm und
1 m mal 1 m.
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Zusätzlich weist
die Umgebungsbeleuchtungseinrichtung für Räume und Außenbereiche vorzugsweise eine
Vorsatzscheibe auf, die im Strahlengang des Lichtes liegt und als
schallabgebendes Element hergerichtet ist. Eine solche erfindungsgemäße Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
weist eine Vorsatzscheibe auf, welche vorzugsweise unmittelbar vor
dem Leuchtmittel angeordnet ist.
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Zweckmäßig ist,
dass der Vorsatzscheibe mindestens ein elektromechanischer Wandler
zugeordnet ist, der ihm als elektrische Eingangssignale zugeführte Audiosignale
in mechanische Schwingungen umwandelt, welche mittels der Vorsatzscheibe zu
akustisch wirksamen Schwingungen wandelbar sind.
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Mit
Vorteil kann die erfindungsgemäße Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
als eine Beschallungsanlage für
einen Raum oder einen Außenbereich
verwendet werden. Wie bereits erwähnt kann die Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
in einer Doppelfunktion als Beleuchtungseinrichtung und als Beschallungsanlage
verwendet werden. Es ist für den
Betrieb einer solchen Kombinationsanlage nicht notwendig, beide
Funktionen gleichzeitig zu betreiben. Die Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
kann auch als Beschallungsanlage verwendet werden, wenn die Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
kein Licht zum Ausleuchten aussendet.
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Bevorzugte,
jedoch keinesfalls einschränkende
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung
ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und
gewisse Merkmale sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen
zeigt die
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1 eine
als Deckenleuchte hergerichtete Umgebungsbeleuchtungseinrichtung,
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2 ein
Flächenleuchtmittel
mit einem Wandler,
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3 ein
segmentiertes Flächenleuchtmittel mit
einem Wandler,
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4 ein
LED-Flächenleuchtmittel
mit einem Wandler,
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5 ein
Blockschaltbild zur Darstellung der Signalverarbeitung für Audiosignale,
die von einem Tongenerator abgegeben und Wandlern einer erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
zugeführt
werden,
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6 eine
als Deckenleuchte hergerichtete Umgebungsbeleuchtungseinrichtung
mit einer Vorsatzscheibe und
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7 eine
Signalbearbeitungseinheit mit einer Filtereinrichtung.
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1 zeigt
in einer schematisierten Darstellung als erstes Ausführungsbeispiel
eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1, welche als Deckenleuchte
hergerichtet ist und erfindungsgemäß den unter ihr liegenden Raum
ausleuchtet und gleichzeitig mit Schall versorgt. Ein ca. 70 cm
breites und 120 cm langes flächig
ausgeprägtes
Leuchtmittel 2 wird linksseitig von einer ersten Leuchtmittelhalterung 2a und
rechtsseitig von einer zweiten Leuchtmittelhalterung 2b gehalten.
Das Leuchtmittel 2 ist in einer Seitenansicht dargestellt.
Das Leuchtmittel 2 funktioniert nach dem Prinzip einer
Neonröhre,
nur dass in diesem Beispiel quasi eine "Neonplatte" vorliegt. Über die Leuchtmittelhalterungen 2a und 2b wird
das Leuchtmittel 2 gleichzeitig mit einer elektrischen
Versorgungsspannung versorgt.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1 ist
das Leuchtmittel 2 als schallabgebendes Element hergerichtet.
Da das schallabgebende Element, also das Leuchtmittel 2, flächig und
biegesteif ausgestaltet ist, ist es zu transversalen Biegeschwingungen
und damit zur Schallabstrahlung anregbar. Die Innenseite eines nicht
dargestellten Gehäuses
der Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1 und/oder die „Rückseite" oder Ober seite – die zur
Decke gerichtete Seite – des
Leuchtmittels kann zur Erzielung einer besseren Lichtausbeute verspiegelt
oder reflektierend ausgebildet sein. Die elektroakustische Übertrager 3 kann
sich dabei auf dem Leuchtmittel 2, so wie in 1 gezeigt,
oder auf der rückseitigen
Verspiegelung be finden.
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Auf
der Oberseite des Leuchtmittels 2, welche zur Decke bzw.
nach oben gerichtet ist, sind zwei elektromechanische Wandler 8 angeordnet,
die ein Permanentmagnetsystem sowie eine Schwingspule aufweisen
können
oder als elektrostatische Wandler oder als Piezowandler ausgebildet
sein können.
Die elektromechanischen Wandler 8 werden in einer Parallelschaltung über einzelne
Signalleitungen durch eine Signalverarbeitungseinheit 12 angesteuert,
so dass die Wandler 8 gemäß den Audiosignalen einer Signalquelle 11,
welche mit der Signalverarbeitungseinheit 12 in Verbindung
steht, mechanisch schwingen. Durch eine Festlegung, mittels eines
aushärtenden
Klebers, der Wandler 8 auf dem Leuchtmittel 2, wird
dieses zu Biegeschwingungen angeregt. Tritt das Leuchtmittel 2 beim
Ausführen
transversaler Biegeschwingungen in Resonanz, so erzeugt das Leuchtmittel 2 Töne und Klänge.
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Um
in einem Frequenzgang eine möglichst gute
Annäherung
an die gewünschte Übertragungscharakteristik
des Systems – beispielsweise
eine lineare oder psychoakustische günstige Übertragungscharakteristik – aus Wandlern 8 und
Leuchtmittel 2 zu erreichen, werden die Tonsignale der
Signalquelle 11 zunächst
der Signalverarbeitungseinheit 12 zugeführt, deren Aufbau und Funktion
anhand 5 näher
erläutert
wird.
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Für eine Funktion
einer Klangwiedergabe von hoher Güte der Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1,
welche in einer Doppelfunktion als Raum ausleuchtende Anordnung
und als ein Flächenlautsprecher
funktioniert, sind eine Reihe von Parametern entscheidend. von diesen
zumeist baulich bedingten Parametern ist es abhängig, wie sich einzelne Frequenzen
der transversalen Biegewellen in dem Leuchtmittel ausbreiten. Dabei
spielen nicht nur seine Form und Abmessungen, sondern auch seine Masse
und Steifigkeit eine Rolle. Es kommt ferner auch darauf an, wie
es eingespannt ist. Gerade im vorliegenden Fall, in dem das Leuchtmittel
ein Bauteil einer Leuchte darstellt, kann dieses nicht nur allein hinsichtlich
seiner akustischen Eigenschaften ausgebildet werden. Es ist daher
davon auszugehen, dass bei der Umwandlung der dem Wandler 8 zugeführten elektrischen
Audiosignale in Schallwellen, die von dem Leuchtmittel 2 abgestrahlt
werden, zum Teil erhebliche Verzerrungen auftreten können. Mit
anderen Worten bedeutet dies, dass die Übertragungscharakteristik des
schallabgebenden Elements, also des Leuchtmittels 2, nicht
linear ist. Eine nicht lineare Übertragungsfunktion
oder eine Korrekturfunktion lässt
sich für
jede bestimmte Kombination einer Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1 mit
einem Leuchtmittel 2 als "Flächenlautsprecher" messtechnisch oder
gehörmäßig erfassen.
Damit ist der insbesondere durch das Leuchtmittel 2 verursachte Übertragungsfehler
bekannt und kann zur Korrektur der Funktion des Leuchtmittels 2 als "Flächenlautsprecher" herangezogen werden.
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In 2 ist
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
ein Flächenleuchtmittel 5 in
einer perspektivischen Darstellung abgebildet. Das Flächenleuchtmittel 5 weist
eine einzige Lichtquelle 4 auf. Das Flächenleuchtmittel 5 ist
nach dem Prinzip eines Leuchtstofflampenleuchtmittels hergerichtet.
Leuchtstofflampenleuchtmittel sind ähnlich den Leuchtmitteln einer
Neonröhrenlampe
aufgebaut. Allerdings besteht das gewünschte weiße Licht aus einer Mischung
von unzähligen
Lichtfarben, während
eine Gasentladungslampe bzw. das dazugehörige Leuchtmittel ein Linienspektrum
mit einer begrenzten Anzahl von Wellenlängen (oft nur einer einzigen)
abstrahlt. Es wird ein evakuierter flächiger Glasraum verwendet,
welcher geringe Mengen an Quecksilber enthält. Quecksilber sendet Licht
aus, wenn es, wie es dem Fachmann bekannt ist, mit Elektronen "bombardiert" wird. Dadurch, dass
das Flächenleuchtmittel 5 mit
dem Übertrager 8 eine
bauliche Einheit bildet, kann es erfindungsgemäß zur Ausleuchtung von Räumen und
Außenberei chen
genutzt werden und zusätzlich
wie ein Flächenlautsprecher
betrieben werden.
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Ähnlich dem
in 2 gezeigten Flächenleuchtmittel 5 ist
als drittes Ausführungsbeispiel
ein segmentiertes Flächenleuchtmittel 6 in 3 gezeigt.
Das segmentierte Flächenleuchtmittel 6 besteht
aus elf parallelen dauerhaft miteinander verbundenen Leuchtmittel-Segmenten 6a in
Stabform. Ein Leuchtmittel-Segment 6a stellt jeweils eine
Lichtquelle 4 dar. Die elf Leuchtmittel-Segmente 6a sind zu
dem flächigen
Leuchtmittel 6 zusammengefügt. Auch diese Konstruktion
weist eine hohe Biegesteifigkeit auf, so dass der Übertrager 8 mechanische Schwingungen
auf das segmentierte Flächenleuchtmittel 6 überträgt. Die
einzelnen Leuchtmittel-Segmente 6 müssen dabei nicht rechteckig
gestaltet sein. Sie müssen
allerdings so beschaffen sein, dass sie Schwingung in sich weiterleiten
können.
Zusätzlich
muss die Verbindung untereinander so gearbeitet sein, dass sich
Schwingungen von einem zum nächsten
Leuchtmittel-Segment übertragen
lassen. Die Funktionsweise eines Leuchtmittel-Segmentes 6a ist der
einer Neonröhre
oder Leuchtstoffröhre ähnlich.
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In 4 ist
mit einem vierten Ausführungsbeispiel
ebenfalls perspektivisch ein flächiges Leuchtmittel
dargestellt. Das flächige
Leuchtmittel wird hier durch ein LED-Flächenleuchtmittel 7 mit
einer Vielzahl von einzelnen Lichtquellen 4 realisiert, wobei
eine einzelne Lichtquelle 4 durch eine einzelne, vorzugsweise
weine, LED gebildet wird. Diese Vielzahl von LED's ist an einer Trägervorrichtung 7a befestigt,
die als akustisch wirksames schallabgebendes Element wirkt. Es ist
auch eine Bauweise denkbar, bei der ähnlich wie in 3 matrixförmig angeordnete
und/oder stabartige Segmente zum Einsatz kommen. Die Vielzahl von
LED's kann so ohne eine
zusätzliche
Trägervorrichtung 7a zusammengefasst
werden, so dass sie ebenfalls wieder ein schallabgebendes Element
bilden. Der Übertrager 8 des LED-Flächenleuchtmittels 7 ist
auf die Oberseite der Trägervorrichtung 8 geklebt.
Die einzelnen LEDs 4 sind derart angeordnet, dass das Licht
aus der Rückseite
bzw. der Unterseite der Trägervorrichtung 7a austritt.
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Die
bereits beschriebene Signalverarbeitungseinheit 12 kann
verschiedenartig aufgebaut sein. Je nach Anwendungsfall kann es
günstig
sein, die Signalverarbeitungseinheit 12 aus Spulen, Kondensatoren,
Widerständen
oder ähnlichen
Bauteilen mit gleicher Funktionalität aufzubauen. Auch ist eine aktive
Signalverarbeitungseinheit mit einer Stromversorgungseinrichtung
denkbar. Eine so genannte aktive Signalverarbeitungseinheit ist
beispielsweise aus analogen Filtern oder digitalen Filtern aufgebaut.
Im Folgenden wird eine digitale Signalverarbeitungseinheit 12 beschrieben.
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Die
in 5 dargestellte Ausgestaltung der Signalverarbeitungseinheit 12 nutzt
mit Vorteil Fortschritte in der Entwicklung der digitalen Signalverarbeitung.
Leistungsfähige
digitale Signalprozessoren werden bereits seit längerem in weitem Umfang auch für "real time"-Anwendungen eingesetzt.
Der Umgang mit digitalen Signalprozessoren, ihre Verwendungsmöglichkeiten
und Ausgestalten zum Erreichen individueller Funktionen können hier
als bereits bekannt vorausgesetzt werden. In der schematischen Darstellung
von 4 ist deshalb der Schaltungsaufbau bzw. die Programmierung
des digitalen Signalprozessors 15 nicht im Einzelnen angegeben. Üblicherweise
besitzt ein digitaler Signalprozessors 15 neben einer CPU,
der eigentlichen Steuereinheit, einen Programm-, einen Daten- und
einen Ein-/Ausgabespeicher, wobei diese Einheiten untereinander über ein
Bussystem mit parallelen Adress-, Steuer- und Datenleitungen verbunden
sind. Die Möglichkeit, in
den Programmspeicher ein bestimmtes, auf den individuellen Anwendungsfall
abgestimmtes Programm abzulegen, ertüchtigt den digitalen Signalprozessors 15 zu
einer universell einsetzbaren elektronischen Schaltung. Im vorliegenden
Fall ist es vorteilhaft ein Filter in Form von FIR (Finite Impulse
Response)-Filtern zu implementieren, mit den sich in bekannter Weise
auch komplexe Übertragungsfunktionen
bei "real time"-Anforderungen realisieren
lassen. Im Rahmen der vorlie genden Lösung kann die Signalverarbeitungseinheit 12 gegebenenfalls
auch mehrere digitale Signalprozessoren 15 umfassen, die
dann im Parallelbetrieb arbeiten, falls sehr hohe Anforderungen
an die Übertragungsqualität der Audiosignale
für einen
nachgeschalteten Flächenleuchtenlautsprecher 20 gestellt
werden.
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Aufgrund
der Vielzahl an denkbaren Materialien und Materialkombinationen
für Leuchtmittel
kombiniert mit der Vielzahl an unterschiedlich positionierbaren
elektromechanischen Wandlern 8, die vorzugsweise durch
nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitenden Schwingspulen ausgeführt sind, existiert
eine ebenso große
Zahl unterschiedlicher Übertragungscharakteristiken.
Hinzu kommen die unterschiedlichsten Abmessungen und Randbedingungen
(Einspannung dieser schwingenden Leuchtmittel), die alle mehr oder
weniger starke nicht Linearitäten
in ihrer Übertragungsfunktion
aufweisen, die zu den bekannten Klangverzerrungen führen.
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Zur
Korrektur dieser Übertragungsfehler
wird die elektronische Signalverarbeitungseinheit 12 angewendet.
Gemäß 5 werden
die Audiosignale einer Signalquelle 11 z.B, ein Tonband-
oder Kassettenabspielgerät
der Signalverarbeitungseinheit 12 zugeführt. Alternativ kann die Signalquelle 11 aber auch
ein CD- oder DVD-Abspielgerät
sein, wobei die entsprechenden Komponenten der Signalumwandlung
von Analog nach Digital und umgekehrt entfallen können. Die
in einem nicht dargestellten Gehäuse der
Signalverarbeitungseinheit 12 zusammengefassten Komponenten
stellen insbesondere ein elektronisches Filter dar, dessen Übertragungsfunktion
invers zum Frequenzgang der Übertragungscharakteristik des
Leuchtmittels 2 bzw. des Flächenleuchtenlautsprechers 20 ausgebildet
ist.
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Invers
ausgebildet bedeutet hierbei, dass an Stellen oder Bereichen im
Frequenzgang bei oder an denen eine Signalstärke einen Grenzwert unterschreitet
oder überschreitet,
die Korrekturfunktion eine Anpassung vornimmt. Es wird dabei eine
möglichst
gute Annäherung
eines gewünschten
Frequenzgangs für das
Gesamtsystem angestrebt. Erstrebenswert ist beispielsweise ein lineares Übertragungsverhalten
für Hifi-Anwendungen
oder für
Hintergrundmusik kann eine zusätzliche
Loudness-Korrektur
erforderlich sein. Für
Sprachübertragung
kann eine "Mittenanhebung" gewünscht sein.
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Die
Signalverarbeitungseinheit 12 besitzt als eine Eingangsschaltung
eine Abtast-Speichereinheit 13, welche häufig auch
als "Sample & Hold"-Schaltung bezeichnet
wird. Damit wird das von der Signalquelle 11 als analoges
Signal zugeführte
Audiosignal nach einem vorgegebenen Abtasttheorem abgetastet. Der
jeweils abgetastete Momentanwert wird zwischengespeichert und einem
Analog-Digital-Wandler 14 zugeführt. Dieser setzt die seriell
angebotenen Momentanwerte des Audiosignals in binär ausgedrückte Digitalsignale
um. Die Digitalsignale werden dem digitalen Signalprozessor 15 zugeführt, in
dem rein rechnerisch die zur Korrektur des Frequenzganges erforderliche
Signalformung ausgeführt
wird. An den Ausgang des digitalen Signalprozessors 15 ist ein
Digital-Analog-Wandler 16 angeschlossen, mit dem das binäre Ausgangssignal
des digitalen Signalprozessors 15 wieder in ein Analogsignal
umgesetzt wird. Dieses Analogsignal wird über einen Verstärker 17 den
elektromagnetischen Wandlern 8 über Signalleitungen parallel
zugeführt.
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Neben
der in 5 dargestellten drahtgebundenen Verbindung 21 zwischen
Signalverarbeitungseinheit 12 und dem Flächenleuchtenlautsprecher 20 kann
es vorteilhaft sein, als drahtlose Verbindung 22 zwischen
der Signalverarbeitungseinheit 12 und dem Flächenleuchtenlautsprecher 20 eine
Funkstrecke oder eine Infrarotverbindung vorzusehen. Dies ist besonders
dann vorteilhaft, wenn das Gehäuse
der Signalverarbeitungseinheit 12 aus baulichen Gründen nicht
in unmittelbarer Nähe
des Flächenleuchtenlautsprechers,
d.h. insbesondere dem Leuchtmittel 2 und den darauf angebrachten
Wandlern 8, angeordnet werden kann. Auch ein WLAN ist möglich.
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6 zeigt
analog zu 1 in einer schematisierten Darstellung
als sechstes Ausführungsbeispiel
eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1a, welche als Deckenleuchte
hergerichtet ist und erfindungsgemäß den unter ihr liegenden Raum
ausleuchtet und gleichzeitig mit Schall versorgt.
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In
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1a ist
zusätzlich
eine Vorsatzscheibe 24 als schallabgebendes Element hergerichtet.
Da das schallabgebende Element, also die Vorsatzscheibe 24,
flächig
und biegesteif ausgestaltet ist, ist sie zu transversalen Biegeschwingungen
und damit zur Schallabstrahlung anregbar. Analog zu der Anordnung
der Wandler 8 aus 1 sind die
Wandler 8 auf der Vorsatzscheibe 24 der Umgebungsbeleuchtungseinrichtung 1a angeordnet.
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7 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zu der bereits in 5 gezeigten Signalbearbeitungseinheit 12.
Die in 5 gezeigte Signalbearbeitungseinheit 12 weist
anstelle eines digitalen Signalprozessors und seinen zugehörigen A/D-Wandlern eine
analoge Filtereinrichtung 100 oder eine passive Filtereinrichtung 101 auf.
Die analoge Filtereinrichtung 100 ist mittels eines Operationsverstärkers realisiert.
Die passive Filtereinrichtung ist mittels einer L-R-C-Kombination
realisiert.
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Die
in den Figuren exemplarisch dargestellten Leuchtmittel sind aus
rein zeichnerischen Gründen
als plane, gleichmäßig dicke
Flächen
dargestellt. In alternativen Ausführungsformen können die Leuchtmittel
aber beliebige Formen und Gestalten annehmen. Gemeinsam ist allen
dabei, dass sie sich zu Schwingungen anregen lassen, die das menschliche
Ohr als akustisches Signal wahrnimmt. Ein hierüber hinausgehendes Ausführungsbeispiel
befasst sich mit dem Einsparen von Versorgungs- oder Signalkabeln. Für den Betrieb
einer bzw. mehrerer Raumausleuchtungsquellen einer künstlichen
Beleuchtungsanordnung werden neben der Netzspannungsversorgung zusätzlich auch
Steuerleitungen zur Verfügung
gestellt. Diese Steuerleitungen werden für eine Ausregelung der Beleuchtungsanordnung
nach vorgegebenen Parametern benötigt.
In der Mehrzahl der Anwendungsfälle
werden diese elektrischen Leitungen für einen Betrachter verdeckt geführt, bei
größeren Beleuchtungsanlagen
sind für die
Leitungsführung
beispielsweise Kabelkanäle
und ähnliches
vorgesehen. Damit stehen unmittelbar bereits die Stromversorgung,
ferner auch Mittel zur Verfügung,
um in entsprechender weise die Signalverarbeitungseinheit bzw. den
Verstärker
mit den notwendigen Audiosignalen zu versorgen. Durch die Verwendung
der Steuerleitungen als Audiosignalleitungen bei Beleuchtungsanlagen
werden die Audiosignalleitungen zu den vorzugsweise eingesetzten
Verstärkern
eingespart.
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Den
Ausführungsbeispielen
ist gemeinsam, dass das lichterzeugende Leuchtmittel akustisch aktiv
schwingt.