DE102011003168A1 - Lautsprechersystem - Google Patents

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Andre Gerlach
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem (1), das aufweist: mehrere mikro-elektromechanische Lautsprechereinheiten (2), eine Ansteuerschalteinrichtung (4) zur Ansteuerung der Lautsprechereinheiten (2) mit elektrischen Ansteuersignalen (S1) zur Ausgabe von Schallwellen (22) in einem akustischen Frequenzbereich. Hierbei ist vorgesehen, dass das Lautsprechersystem (1) in Schallausbreitungsrichtung (R) hinter den Lautsprechereinheiten (2) eine frequenzselektiv dämpfende Filtereinrichtung (6), z. B. ein Schichtsystem, als akustisches Tiefpassfilter aufweist, das Schallwellen (23) in mindestens einem Ultraschall-Frequnzbereich stärker dämpft als die Schallwellen (22) in dem akustischen Frequenzbereich.

Description

  • Stand der Technik
  • Lautsprechersysteme dienen als elektroakustische Wandler zur Umwandlung elektrischer Signale in Schallwellen.
  • Herkömmliche Lautsprechersysteme verwenden analoge elektrische Signale, um eine Lautsprechermembran in Abhängigkeit der analogen Signalhöhe auszulenken. Somit werden direkt Schallwellen im gewünschten hörbaren Frequenzbereich (akustischer Frequenzbereich, Audiofrequenzbereich) erzeugt.
  • Weiterhin sind Lautsprecherkonstruktionen bekannt, bei denen neben dem gewünschten Schall im Audiofrequenzbereich prinzipbedingt auch Schall oberhalb des Audiofrequenzbereichs, insbesondere Ultraschall, erzeugt wird. Hierzu sind insbesondere MEMS(micro-electro-mechanical systems)-Lautsprecher bekannt, die aus einer großen Anzahl kleiner Schall erzeugender Lautsprechereinheiten gebildet sind, deren schallerzeugende Membranen mit höheren Frequenzen, z. B. Ultraschall getaktet werden. Ein derartiges MEMS-Lautsprechersystem ist z. B. beschrieben in Diamond, Brett M et al.: Digital Sound Reconstruction Using Arrays of CMOS-MEMS Microspeakers. Proc. of the Fifteenth IEEE International Conference an Micro Electro Mechanical Systems, Las Vegas, 2002, S. 292–295, und in Diamond, Brett Matthew: Digital Sound Reconstruction Using Arrays of CMOS-MEMS Microspeaker, Electrical and Computer Engineering, Carnegie Mellon University, 2002. Auch die EP 1 216 602 B1 , WO 2009-066290 A2 und WO 2007-135678 A2 zeigen Lautsprecherkonstruktionen mit MEMS-Systemen.
  • Unter einer mikro-elektromechanischen oder MEMS-Lautsprechereinheit wird hierbei eine Lautsprechereinheit verstanden, die in einem Substrat, insbesondere einem Halbleitersubstrat, mit einer Kavität und einer die Kavität nach oben abdeckenden Membran ausgebildet ist. Die mikromechanische Ausbildung umfasst hierbei im allgemeinen Membran-Durchmesser bis unterhalb von 10 mm, vorzugsweise unter 1 mm, d. h. insbesondere im Mikrometerbereich. Die Membranen werden mit einem digitalen, z. B. binären Signal angesteuert, insbesondere mittels Pulsbreitenmodulation (PWM), deren Taktfrequenz in einem höheren Frequenzbereich, z. B. Ultraschall, liegt. Durch die Anzahl der angesteuerten mikromechanischen Lautsprechereinheiten kann die Schallpegelhöhe bzw. akustische Lautstärke eingestellt werden; die Einstellung der Frequenz im Audiofrequenzbereich erfolgt vorzugsweise durch die Pulsbreite der Pulsbreitenmodulation.
  • Nachteilhaft an derartigen MEMS-Lautsprechereinheiten ist jedoch, dass die Taktung der Membran im höheren Frequenzbereich ergänzend zu entsprechenden Schwingungen der Membranen im Ultraschallbereich führt, so dass dem akustischen Signal im Allgemeinen ein Ultraschallsignal überlagert ist.
  • Grundsätzlich kann versucht werden, dieses Ultraschallsignal gering zu halten oder durch destruktive Interferenz eine Verringerung des Ultraschallsignal-Anteils zu erreichen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung vorgesehen, die die von den Lautsprechereinheiten ausgegebenen Schallwellen frequenzselektiv dämpft. Die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung ist somit zwischen den mikromechanischen Lautsprechereinheiten und dem Hörer vorgesehen. Sie dämpft Schallwellen im Audiofrequenzbereich bzw. hörbaren Frequenzbereich, d. h. zwischen etwa 16 Hz und etwa 20 kHz, geringer oder sogar vernachlässigbar, und Schallwellen in zumindest einem Teilbereich des Ultraschall-Frequenzbereichs, d. h. oberhalb 16 kHz und z. B. bis 1 MHz, stärker.
  • Unter einer Dämpfung wird in diesem Zusammenhang die Verringerung des Schalldruckpegels, d. h. der akustischen Signalstärke, beim Durchtritt durch die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung verstanden. Die Dämpfung kann grundsätzlich durch Energieabsorption oder auch z. B. Reflektion in andere Richtungen erfolgen.
  • Die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung kann insbesondere ein frei tragendes Schichtsystem sein, das in Anbindungsstellen angebunden ist, z. B. lateral seitlich an einem die Lautsprechereinheiten bzw. deren Halbleiter-Bauelemente aufnehmenden Gehäuse, und ggf. weiteren, lateral mittleren Abstützstellen. Ein derartiges Schichtsystem kann plan bzw. eben, oder auch gekrümmt bzw. in Form einer Schale oder Umfassungsstruktur ausgebildet sein. Außerdem sind mehrlagige Anordnungen möglich. Die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung kann das Gehäuse des Lautsprechersystems vollständig bedecken oder auch z. B. einzelne Öffnungen freilassen.
  • Die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung wirkt somit als akustisches Tiefpassfilter, das vor den mikromechanischen Lautsprechereinheiten angebracht ist und unerwünschte Ultraschallwellenbereiche dämpft. Es besitzt einen Transfer- Frequenzgang, der Audiofrequenzen ungehindert oder fast ungehindert passieren lässt, aber die relevanten Ultraschallfrequenzen wesentlich mindert bzw. dämpft.
  • Das Schichtsystem kann eine oder mehrere Schichten aufweisen. Die Schichten können aus einem offenporigen Material gebildet sein, z. B. offenporigen Schäumen oder Sinterkörpern mit Freiräumen bzw. Poren, die somit gasdurchlässig sind, oder auch aus einem geschlossenporigen Material, z. B. Schäumen, die geschlossen porig vernetzt sind oder Folien, z. B. entsprechend dicken Folien, insbesondere Kunststofffolien. Vorteilhafterweise beträgt die Schichtdicke des porigen (offen oder geschlossen porigen) Materials mindestens die dreifache Porengröße (Porendurchmesser). Hierdurch kann sicher gestellt werden, dass kein direkter Schalldurchgang auftritt. Bei Ausbildung mehrerer Schichten können diese Materialien kombiniert werden, z. B. kann eine Schale aus offenporigem Schaum auf einer Seite, z. B. der Ober- oder Unterseite, oder auch beiden Seiten mit einer geeigneten Folie geschlossen werden.
  • Als poröses Material können z. B. verwendet werden: PU(Polyurethan)-Schäume, Silikonschäume, Gummischäume; Metallschäume, z. B. geschäumtes Aluminium, weiterhin gesinterte Keramiken oder gesintertes Metall.
  • Um die Wirkung bevorzugt im Ultraschallbereich und nicht bzw. vernachlässigbar im Audiobereich (hörbare Frequenzen) zu erreichen, sind die einzelnen Schichten vorzugsweise etwa mindestens 1 mm bis 50 mm dick. Typische Schichtdicken liegen z. B. bei 2 mm bis 10 mm. Erfindungsgemäß können mehrere Schichten kombiniert werden, so dass die Schichtdicken der einzelnen Schichten dann reduziert werden können.
  • Zum Schutz gegen weitere Einflüsse wie z. B. Staub oder auch Feuchtigkeit kann die Schicht bzw. das Schichtsystem mit einer dünnen Haut aus Kunststoff oder Gummi überzogen sein, z. B. 50 bis 300 Mikrometer dick.
  • Für eine resonante Auslegung ist eine Kombination einer oder mehrerer weicher Schichten, z. B. aus PU-Schaum, mit einer schweren Schicht, z. B. aus Keramik oder Metallschaum, vorteilhaft.
  • Grundsätzlich kann die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung so ausgelegt werden, dass sämtliche Ultraschall-Frequenzen stärker gedämpft werden als die Frequenzen im Audiofrequenzbereich. Somit wird eine breitbandige Minderung der Ultraschallwellen erreicht. Es können jedoch auch z. B. lediglich Ultraschallwellen eines selektiven Frequenzbereichs stärker gedämpft werden. Hierzu können einzelne Schichten speziell mit hoher Transferdämpfung in einem spezifischen Ultraschall-Frequenzbereich ausgelegt werden.
  • Für eine derartige frequenzselektive Dämpfung können verschiedene Eigenschaften des akustischen Tiefpassfilters geeignet ausgelegt werden. Insbesondere kann die gesamte Lautsprechergeometrie bzw. Geometrie des Schichtsystems derartig angepasst werden. Geeignete Parameter sind hierzu insbesondere der Abstand des Schichtsystems von den mikromechanischen Lautsprechereinheiten, weiterhin die Schichtdicken der einzelnen Dicken und deren Anordnung zueinander, sowie auch die genaue Ausbildung des sich auszubildenden Resonanzraums in einem Gehäuseinnenraum des Lautsprechersystems, d. h. zwischen dem Schichtsystem und einer unteren Abgrenzung, die z. B. ein Gehäuseboden oder auch ein Schaltungsträger der Lautsprechereinheiten sein kann, um einen geeigneten Resonanzkörper auszubilden. Weiterhin kann die frequenzselektive Dämpfung jedoch auch durch geeignete Materialien festgelegt werden, die die spezifischen Frequenzen dämpfen. Die Frequenzselektivität wird hierbei durch eine Dimensionierung der Materialeigenschaften, insbesondere des Elastizitätsmoduls und der Dichte, und der geometrischen Abmessungen erreicht mit dem Ziel, im Zielfrequenzbereich eine oder mehrere Resonanzen des System auszubilden. Bei Verwendung von porigem Material können auch die Größen der Poren geeignet gewählt werden, um eine Resonanzdämpfung spezifischer Ultraschallfrequenzen zu erreichen. Die Resonanzausbildung kann insbesondere auf die Taktfrequenz des Ansteuersignals bzw. dessen harmonische Wellen oder Oberwellen abgestimmt werden.
  • Somit ergeben sich erfindungsgemäß einige Vorteile. Die Ausbildung eines mikro-elektromechanischen Systems ermöglicht eine kostengünstige Ausbildung mit geringem Flächen- und Volumenbedarf. Die Schallqualität im akustischen Bereich ist durch die direkte binäre oder digitale Ansteuerung sehr gut; das Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist sehr gut. Die bei herkömmlichen MEMS-Lautsprechersystemen auftretende störende Ultraschall-Belastung kann erfindungsgemäß mit geringem zusätzlichen apparativen Aufwand deutlich verringert werden. Das Tiefpassfilter kann weiterhin auch einen Schutz gegen weitere äußere Einflüsse, z. B. Feuchtigkeit oder Verschmutzung darstellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Lautsprechersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mitsamt Ansteuerelektronik;
  • 2 bis 5 zeigen unterschiedliche Ausbildungen des akustisches Tiefpassfilters des Lautsprechersystems aus 1:
  • 2 ein akustisches Tiefpassfilter als eine offenporige Schicht;
  • 3 ein akustisches Tiefpassfilter mit einer oberen geschlossenporigen und unteren offenporigen Schicht;
  • 4 ein akustisches Tiefpassfilter mit einer oben offenporigen und unten geschlossenporigen Schicht;
  • 5 ein akustisches Tiefpassfilter mit einer oberen und unteren geschlossenporigen und mittigen offenporigen Schicht;
  • 6 zeigt die Parametrierung bzw. Abstimmung der Lautsprechersystems aus 1;
  • 7 zeigt die Parametrierung bzw. Abstimmung des Lautsprechersystems aus 5.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ein Lautsprechersystem 1 weist gemäß 1 ein Vielzahl von mikro- elektromechanischen Lautsprechereinheiten 2 auf, die auf einem Schaltungsträger 3, z. B. einer Leiterplatte oder einem anderen geeigneten Substrat in einer gemeinsamen Ebene montiert und kontaktiert sind. An dem Schaltungsträger 3 ist weiterhin eine Ansteuer-Schalteinrichtung (Ansteuerelektronik) 4 montiert, die die einzelnen mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 mittels elektrischer Ansteuersignale S1 ansteuert. In der schematischen Darstellung der 1 ist die Ansteuer-Schalteinrichtung 4 der besseren Übersichtlichkeit halber an der Unterseite des Schaltungsträgers 3 montiert; sie kann jedoch auch lateral neben den Lautsprechereinheiten 2 auf der Oberseite des Schaltungsträgers 3 montiert sein. Weiterhin ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass die Ansteuerschalteinrichtung 4 nicht auf dem gemeinsamen Schaltungsträger 3 mit den Lautsprechereinheiten 2 angebracht ist, sondern als externe Einheit zur Ansteuerung der in 2 bis 5 gezeigten Lautsprechersysteme vorgesehen ist.
  • Die mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 werden durch Halbleiterbauelemente, z. B. in CMOS-MEMS-Technologie, mit geeigneter Strukturierung ausgebildet. Gemäß der Detailvergrößerung der 1 weisen sie somit in dem Halbleitersubstrat 7 (bzw. Halbleiter-Die 7) eine Kavität 20 und eine die Kavität 20 nach oben abschließende mikromechanisch ausgebildete Membran 21 auf, die durch z. B. piezoelektrische Ansteuerung oder elektrostatische Ansteuerung (Kondensatoransteuerung) ausgelenkt wird. Die mehreren mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 können auf getrennten Halbleiterbauelementen ausgebildet und auf einem gemeinsamen Schaltungsträger 3 angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend hierzu können die mehreren Lautsprechereinheiten 2 jedoch auch in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat 7 ausgebildet sein.
  • Die Dimensionierung der mikromechanischen Lautsprechereinheit 2 kann von einigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich reichen, z. B. kleiner 10 mm Durchmesser.
  • Die Ansteuerung der mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 über die Ansteuer-Schalteinrichtung 4 erfolgt direkt gepulst mit Pulsen im Frequenzbereich oberhalb 17 kHz, vorzugsweise durch Pulsbreitenmodulation, um hierdurch Schallwellen 22 im Akustikbereich zu erzeugen. Die Ansteuerung kann hierbei z. B. wie in der EP 1 216 602 B1 beschrieben erfolgen. Es kann insbesondere eine PWM-Ansteuerung der einzelnen mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 erfolgen, wobei die Frequenz der ausgegebenen akustischen Schallwellen 22 proportional der Pulsbreite der Ansteuersignale S1 ist. Der Schalldruckpegel, d. h. die akustische Signalstärke, kann vorteilhafterweise wiederum durch die Anzahl der parallel bzw. gleichzeitig angesteuerten Lautsprechereinheiten 2 festgelegt werden. Durch diese Ansteuerung treten jedoch ergänzend auch unerwünschte Ultraschallfrequenzen auf, die zu Schallwellen 23 im Ultraschallbereich führen, die somit den Schallwellen 22 im akustischen Frequenzbereich überlagert sind.
  • Der Schaltungsträger 3 ist in einem noch oben offenen Gehäuse 5 aufgenommen, so dass die Lautsprechereinheiten 2 mit ihrer Abstrahlrichtung bzw. der Schallausgaberichtung R aus dem Gehäuse heraus weisen, d. h. in den Figuren nach oben. Der Schaltungsträger 3 kann hierbei z. B. auch auf dem Boden des Gehäuses 5 aufliegen. In einem Abstand d vor den Lautsprechereinheiten 2 ist ein Schichtsystem 6 als akustisches Tiefpassfilter freitragend in bzw. an dem Gehäuse 5 befestigt. Das Schichtsystem 6 liegt hierbei vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum Schaltungsträger 3, so dass der Abstand d zu den Lautsprechereinheiten 2 im Wesentlichen gleich ist.
  • Das freitragendes Schichtsystem 6 ausgebildete Tiefpassfilter ist vorzugsweise lediglich an seinem lateralen Rand in Abstützstellen 9 befestigt, z. B. am Gehäuse 5. Grundsätzlich können jedoch auch ergänzende Stützen bzw. Anbindungen in einem mittleren Bereich vorgesehen sein.
  • Gemäß 1 sowie den hierzu gezeigten Beispielen der 2 bis 7 wird somit ein kompaktes Lautsprechersystem 1 gebildet, dass nach unten sowie zu den Seiten hin durch das Gehäuse 5 und nach oben bzw. in Schallausgaberichtung (Abstrahlrichtung) durch das Schichtsystem 6 begrenzt ist. Das Gehäuse 5 und das Schichtsystem 6 definieren somit einen Innenraum 8, in dem der Schaltungsträger 3 mit den mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 aufgenommen ist.
  • Erfindungsgemäß weist das Schichtsystem 6 als akustisches Tiefpassfilter eine wellenlängenabhängige Dämpfungscharakteristik für Schallwellen auf. Es dient dazu, die von den mikromechanischen Lautsprechereinheiten 2 ausgegebenen Schallwellen 23 im Ultraschall-Frequenzbereich, d. h. oberhalb von etwa 16 kHz, z. B. zwischen 20 kHz und 1 MHz, zu filtern bzw. selektiv zu dämpfen, wobei die Schallwellen 22 im akustischem Bereich von 16 Hz bzw. 20 kHz zumindest weniger stark, vorzugsweise nur vernachlässigbar gedämpft werden.
  • Das Schichtsystem 6 der 1 verschließt das Lautsprechersystem 1 in Schallausbreitungsrichtung R vorzugsweise überwiegend oder vollständig; grundsätzlich können aber z. B. auch Öffnungen oder für Schall ganz undurchdringbare Bereiche in ihm vorgesehen sein. Es kann wie in den Figuren gezeigt eben ausgebildet sein, weiterhin kann es die Gestalt einer Schale oder gekrümmten Umfassungsstruktur aufweisen.
  • In den 2 bis 7 sind vorteilhafte Ausbildungen der frequenzselektiv dämpfenden Einrichtung 6 aus 1 durch Schichtsysteme 6a bis 6d detaillierter beschrieben.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der als Schichtsystem 6a eine einzige, offenporige Schicht 10 vorgesehen ist. Die offenporige Schicht 10 ist somit z. B. gas- bzw. luftdurchlässig, so das ein Gasdurchtritt vom Innenraum 8 nach außen möglich ist.
  • In 3 ist eine Ausbildung mit einem Schichtsystem 6b gezeigt, das eine obere geschlossenporige Schicht 12, die somit nicht durchgängig ist, und eine untere offenporige Schicht 14 entsprechend der Schicht 10 aus 2 aufweist.
  • In 4 ist eine zu 3 inverse Ausbildung eines Schichtsystems 6c mit einer oberen offenporigen Schicht 14 und einer unteren geschlossenporigen Schicht 12 gezeigt.
  • 5 zeigt die Ausbildung eines Schichtsystems 6d, das drei Schichten 15, 16, 17 aufweist, mit einer oberen und unteren geschlossenporigen Schicht 15, 17 und einer mittleren offenporigen Schicht 16.
  • Das Material der offenporigen Schichten 10, 14, 16 kann z. B. ein offenporiger Schaum, insbesondere aus Kunststoff oder Gummi sein, weiterhin auch ein Schaum aus einem Festkörper bzw. festem Körper, z. B. aus Metall, Glas oder festem Kunststoff, oder ein gesinterter Körper, z. B. eine gesinterte Keramik oder gesintertes Glas, bei denen die Poren während des Sintervorgangs ausgebildet werden
  • Die geschlossenporigen Schichten 12, 15, und 17 können ebenfalls aus diesen Materialien, d. h. weicherem Kunststoff oder Gummi, oder auch einem festeren Material wie z. B. Metall, Keramik, Glas oder festem Kunststoff ausgebildet sein. Sie können insbesondere durchgängiges Material sein, z. B. dicke Folien; weiterhin können sie auch Schäume sein, bei denen die Vernetzung die Poren schließt, d. h. nicht durchgängige Poren ausgebildet sind.
  • Bei den gemischten Anordnungen der 3, 4 und 5 können somit die geschlossenporigen und offenporigen Schichten grundsätzlich auch aus dem gleichen Grundmaterial ausgebildet sein, das zur Ausbildung der jeweiligen offenporigen Schicht 14, 16 entsprechend strukturiert bzw. aufgeschäumt ist und für die geschlossenporige Ausbildung nicht durchgängig ist.
  • Die Schichtsysteme 6a bis 6d können zur Herstellung z. B. auf einem geeigneten Substrat ausgebildet und dann abgelöst werden. Somit können gegebenenfalls die mehreren Schichten 12, 14 oder 15, 16, 17 sukzessive in gewünschten Schichtdicken aufgetragen werden und nachfolgend das Schichtsystem abgelöst werden.
  • In 3 und 4 wird somit die offenporige Schicht 14 an einer Seite mit der z. B. als dicken Folie ausgelegte geschlossenporige Schicht 12 abgeschlossen. In 5 wird die offenporige Schicht 16 an beiden Seiten durch z. B. als dicke Folien ausgebildete geschlossenporige Schichten 15, 17 abgeschlossen. Die Ausbildung der 3, 4 und 5 können somit eine hermetische Abdichtung des jeweiligen Gehäuseinnenraums 8 bewirken.
  • Die akustischen Tiefpassfilter 6 bzw. 6a bis 6d können grundsätzlich so ausgelegt werden, dass eine breitbandige Dämpfung der Ultraschallwellen eintritt. Es können erfindungsgemäß jedoch auch gezielt Frequenzbänder im Ultraschallbereich stärker gedämpft werden, so dass andere Frequenzbänder im Ultraschallbereich nicht so stark gedämpft werden. Hierdurch kann die Dämpfungswirkung für diese selektiven Ultraschallbereiche sehr hoch eingestellt werden. Hierbei kann insbesondere berücksichtigt werden, dass die Schallwellen 23 im Ultraschallbereich von ihrer Frequenz her im Wesentlichen bekannt sind, da sie von dem Ansteuersignal S1 hervorgerufen werden; die Frequenz kann z. B. mit der Taktfrequenz von S1 übereinstimmen bzw. eine Harmonische hiervon sein. Somit kann gemäß einer bevorzugten Ausbildung eine Resonanz-Abstimmung gewählt werden, um selektiv Ultraschallwellen im relevanten Frequenzbereich herauszufiltern.
  • Hierzu können gemäß 6 und 7 geeignete Dimensionierungen gewählt werden. Gemäß 6 und 7 kann der Abstand d des gesamten Schichtsystems, d. h. z. B. 6a oder 6d, zu den Lautsprechereinheiten 2 geeignet gewählt werden. Eine derartige geeignete Auswahl des Abstandes d ist bei sämtlichen erfindungsgemäßen Schichtsystemen möglich.
  • Weiterhin kann auch die Dimensionierung einzelner Schichtdicken des jeweiligen Schichtsystems geeignet gewählt werden. Bei der Ausführungsform der 2 kann gemäß der Darstellung der 6 die Resonanzabstimmung somit durch den Abstand d sowie die Schichtdicke gewählt werden. Weiterhin kann die Höhe h des Gehäuseinnenraums 8 geeignet gewählt werden, wobei diese Höhe h gebildet wird zwischen dem Schichtsystem 6 und der unteren Abgrenzung, d. h. dem Gehäuseboden oder gemäß 1 der Oberseite des Schaltungsträgers 3 bzw. einer Substratoberfläche.
  • Bei den mehrschichtigen Systemen der 3 bis 5, insbesondere bei dem dreischichtigen System der 5, kann durch die höhere Anzahl von Schichten 12, 14; 15, 16, 17 entsprechend eine höhere Anzahl von Parametern variiert werden. Hierbei können z. B. die Schichtdicken e, f, g der Schichten 15, 16, 17 aus 5 und 7 oder der Schichten 12 und 14 aus 3, 4, geeignet gewählt werden. Weiterhin kann bei den offenporigen Schichten 10, 14, 16 auch die Große der Hohlräume bzw. offenen Poren 18 geeignet dimensioniert werden, entsprechend auch bei geschlossenporigem Material mit nicht durchgängigen Poren 18.
  • Weiterhin können Materialparameter d. h. die Materialzusammensetzung der einzelnen Schichten geeignet gewählt werden. So kann z. B. ein Dämpfungsverhalten von Gummi oder Kunststoffmaterialien, aber auch von Metall oder Keramik ausgenutzt und eingestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1216602 B1 [0003, 0030]
    • WO 2009-066290 A2 [0003]
    • WO 2007-135678 A2 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Diamond, Brett M et al.: Digital Sound Reconstruction Using Arrays of CMOS-MEMS Microspeakers. Proc. of the Fifteenth IEEE International Conference an Micro Electro Mechanical Systems, Las Vegas, 2002, S. 292–295 [0003]
    • Diamond, Brett Matthew: Digital Sound Reconstruction Using Arrays of CMOS-MEMS Microspeaker, Electrical and Computer Engineering, Carnegie Mellon University, 2002 [0003]

Claims (15)

  1. Lautsprechersystem (1), das aufweist: mehrere mikro-elektromechanische Lautsprechereinheiten (2), eine Ansteuer-Schalteinrichtung (4) zur Ansteuerung der Lautsprechereinheiten (2) mit elektrischen Ansteuersignalen (S1) zur Ausgabe von Schallwellen (22) in einem akustischen Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, dass es in Schallausbreitungsrichtung (R) hinter den Lautsprechereinheiten (2) eine frequenzselektiv dämpfende Filtereinrichtung (6) aufweist, die Schallwellen (23) in mindestens einem Ultraschall-Frequenzbereich stärker dämpft als die Schallwellen (22) in dem akustischen Frequenzbereich.
  2. Lautsprechersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Ansteuersignale (S1) binär und/oder digital sind zur Ansteuerung mikromechanischer Membranen (21) der mikro-elektromechanischen Lautsprechereinheiten (2), wobei eine Taktfrequenz der Ansteuersignale (S1) oberhalb des akustischen Frequenzbereichs, z. B. im Ultraschallbereich, liegt.
  3. Lautsprechersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale (S1) Pulsbreitenmodulationssignale sind, vorzugsweise mit einer Taktfrequenz im Frequenzbereich zwischen 16 kHz und 1 MHz.
  4. Lautsprechersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mikromechanischen Lautsprechereinheiten (2) jeweils ein Halbleitersubstrat (7) mit einer Kavität (20) und der die Kavität (20) nach oben abdeckenden mikromechanischen Membran (21) aufweisen, die durch die Ansteuersignale (S1) auslenkbar sind, wobei die mikromechanischen Lautsprechereinheiten (2) in einem gemeinsamen Substrat oder mehreren, auf einem Schaltungsträger (3) angeordneten Substraten (7) ausgebildet sind.
  5. Lautsprechersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikromechanischen Lautsprechereinheiten (2) in einer Ebene lateral nebeneinander angeordnet sind und die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung (6) im Wesentlichen parallel zu dieser Ebene angeordnet ist.
  6. Lautsprechersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzselektiv dämpfende Einrichtung (6) ein Schichtsystem (6, 6a, 6b, 6c, 6d) aus mindestens einer Schicht (10, 12, 14, 15, 16, 17) ist.
  7. Lautsprechersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (6, 6a, 6b, 6c, 6d) freitragend mit Abstützstellen (9) aufgehängt ist
  8. Lautsprechersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (6) mindestens eine offenporige Schicht (10, 14, 16) mit offenen Poren (18) aufweist, z. B. aus Schaummaterial oder aus einem Sinterkörper.
  9. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (6b, 6c, 6d) mindestens eine geschlossenporige Schicht (12, 15, 17) aufweist, z. B. mit verschlossenen Poren oder aus durchgängigem Material.
  10. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht (10, 12, 14, 15, 16, 17) aus mindestens einem der folgenden Materialien gefertigt ist: Kunststoff, Gummi, Festkörper, wie z. B. Metall, Keramik, Glas, fester Kunststoff.
  11. Lautsprechersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (6b, 6c, 6d) mehrere, in Schallausbreitungsrichtung (R) hintereinander angeordneten Schichten (12, 14; 15, 16, 17) aufweist.
  12. Lautsprechersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (6b, 6c) genau eine offenporige und eine geschlossenporige Schichten (12, 14) aufweist
  13. Lautsprechersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (6d) eine untere geschlossenporige Schicht (17), mittlere offenporige Schicht (16) und obere geschlossenporige Schicht (15) aufweist.
  14. Lautsprechersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Resonanzabstimmung für Schallwellen (23) in mindestens einem spezifischen Ultraschall-Frequenzbereich aufweist, insbesondere der Taktfrequenz des Ansteuersignals (S1) und/oder vielfachen Frequenzen hiervon.
  15. Lautsprechersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzabstimmung durch Einstellung mindestens eines der folgenden Parameter ausgebildet ist: Abstand (d) des Schichtsystems (6) von den Lautsprechereinheiten (2), Schichtdicke (e, f, g), Höhe (h) zwischen dem Schichtsystem (6) und einer unteren Begrenzung, Materialparameter des Schichtsystems (6), Porengröße einer offenporigen Schicht (10, 14, 16) und/oder geschlossenporigen Schicht (15, 17).
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