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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 3 247 925 oder auch
US 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 Schall abgebendes Element bildet.
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In dem genannten Dokument
US 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 0 847 663 B1 sowie
EP 0 847 670 B1 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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Aus der
DE 100 18 839 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere für Wohn-, Geschäfts- und Ausstellungsräume, bestehend aus Beleuchtungselementen mit zugehörigen Anschluß- und Schaltmitteln, zur direkten und/oder indirekten Raumausleuchtung bekannt.
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Aus der
DE 10 2004 032 223 A1 ist eine audiovisuelle Anordnung bekannt, die aus einem flächigen, zur Darstellung von Bildinformationen ausgebildeten Element, welches zur Lichtemission ansteuerbar ist, und einem flächigen, biegesteifen, zur Abgabe von Toninformationen ausgebildeten Element, welches zur Schallabstrahlung anregbar ist, besteht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung zu schaffen, welche mit geringerem Aufwand die Funktionalität einer Beschallungsanlage erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Umgebungsbeleuchtungseinrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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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 Umgebungsbeleuchtungseinrichtung macht sich das Prinzip von Flächenlautsprechern, wie sie aus
EP 0 847 670 B1 ,
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 elektromechanischen 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 Radiosignale 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 schallabgebendem 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 vom 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 Filtereinrichtung 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. Kann eine Verbindung mittels Audiokabeln 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 großlächige, einstückige und/oder homogene Lichtquelle. Ein Leuchtmittel mit nur einer einzigen Lichtquelle ist üblicherweise durch eine große Oberfläche charakterisiert, was 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 Lichtquellen aufweist. Mehrere beispielsweise parallel verlaufende zu einer baulichen Einheit verklebte Neonröhren bzw. Neonstäbe 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 im Vergleich 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 emittieren 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 × 10 cm bis 5 m × 5 m, insbesondere zwischen 30 cm × 30 cm und 1 m × 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 Oberseite – die zur Decke gerichtete Seite – des Leuchtmittels kann zur Erzielung einer besseren Lichtausbeute verspiegelt oder reflektierend ausgebildet sein. Der elektroakustische Übertrager 8 kann sich dabei auf dem Leuchtmittel 2, so wie in 1 gezeigt, oder auf der rückseitigen Verspiegelung befinden.
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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 psychoakustisch günstig 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 Außenbereichen 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 weiße, 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 7a 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 Ausgestaltungen 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 Signalprozessor 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 Signalprozessor 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 denen sich in bekannter Weise auch komplexe Übertragungsfunktionen bei ”real time”-Anforderungen realisieren lassen. Im Rahmen der vorliegenden 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 Radiosignale 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 Nichtlinearitäten 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 Radiosignale einer Signalquelle 11 z. B. einem 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 7 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.
