DE102018000834A1

DE102018000834A1 - Mikrofonanordnung für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018000834A1
Application number: DE102018000834.8A
Authority: DE
Inventors: Dirk Olszewski
Original assignee: Paragon AG
Current assignee: Paragon AG
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2019-08-01
Also published as: EP3522564A1

Abstract

Eine Mikrofonanordnung (8) für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs hat ein Mikrofon (9), das eine Mikrofonkapsel (10) aufweist, die auf einer Leiterplatte (4) angeordnet ist, die im Inneren (11) einer im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Baugruppe (1), z.B. im Inneren (11) einer Dachbedieneinheit (1), untergebracht ist.
Um die Mikrofonanordnung (8) möglichst kostengünstig in eine ohnehin in einem Kraftfahrzeuginnenraum vorhandene Baugruppe, z.B. in die Dachbedieneinheit (1), zu integrieren, wird vorgeschlagen, dass die Mikrofonanordnung (8) einen Schallführungskanal (12) aufweist, mittels dem die Mikrofonkapsel (10) des Mikrofons (9) akustisch mit einer Außenfläche der Baugruppe (1) verbunden ist, und dass der Schallführungskanal (12) an einer oder an mehreren Positionen Dämpfungsmaterialelemente aufweist, mittels denen Resonanzen des Schallführungskanals (12) unterdrückbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrofonanordnung für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem Mikrofon, das eine Mikrofonkapsel aufweist, die auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die im Inneren einer im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Baugruppe, z.B. im Inneren einer Dachbedieneinheit, untergebracht ist.
Mikrofone, die im Innenraum eines Kraftfahrzeugs untergebracht sind, sollen optisch möglichst unauffällig in Interieurteile integriert sein, wobei als Interieurteile oft aus wirtschaftlichen Gründen ohnehin im Kraftfahrzeuginnenraum vorhandene Baugruppen genutzt werden sollen, z.B. Dachbedieneinheiten. Die Mikrofonkapsel ist daher üblicherweise auf der innerhalb der Baugruppe bzw. der Dachbedieneinheit befindlichen Leiterplatte positioniert. Aufgrund dieser Positionierung der Mikrofonkapsel und aufgrund der üblichen Positionierung der Leiterplatte innerhalb der Baugruppe bzw. der Dachbedieneinheit ergibt sich ein räumlicher Abstand zwischen der Mikrofonkapsel einerseits und der Außenfläche der Baugruppe bzw. der Dachbedieneinheit andererseits. Diese räumliche Beabstandung kann zu erheblichen Qualitätseinbußen beim Betrieb der Mikrofonanordnung führen.
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte gattungsgemäße Mikrofonanordnung für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs derart weiterzubilden, dass einerseits eine mit einem geringen technisch-konstruktiven Aufwand einhergehende Integration der Mikrofonanordnung in ohnehin im Kraftfahrzeuginnenraum vorhandene Baugruppen, z.B. in eine Dachbedieneinheit, möglich ist, wobei andererseits gewährleistet sein soll, dass ein höchsten akustischen Qualitätsansprüchen genügender Betrieb der Mikrofonanordnung gesichert werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Mikrofonanordnung einen Schallführungskanal aufweist, mittels dem die Mikrofonkapsel des Mikrofons akustisch mit einer Außenfläche der Baugruppe verbunden ist, und dass der Schallführungskanal an einer oder mehreren Positionen Dämpfungsmaterialelemente aufweist, mittels denen Resonanzen des Schallführungskanals unterdrückbar sind. Entsprechend werden im Falle der vorstehend geschilderten erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Mikrofonanordnung Dämpfungen im Bereich lokaler Schallschnellemaxima realisiert.
Die Dämpfungsmaterialelemente lassen sich vorteilhaft als Dämpfscheiben ausgestalten und können dann mit einem vergleichsweise geringen Aufwand im Schallführungskanal an den seinen Schallschnellemaxima entsprechenden Positionen angeordnet werden.
Als als Dämpfungsmaterial der Dämpfungsmaterialelemente bzw. Scheiben besonders geeignete Werkstoffe haben sich offenporige Schaumstoffe, wie Basotect, Glaswolle, gesintertes Metall, wie Felt-Metal, erwiesen; diesen Werkstoffen ist gemeinsam, dass mittels ihnen schallschnelle Bewegungsenergie in thermische Energie umwandelbar ist, indem die Bewegungsenergie durch die genannten Werkstoffe hindurchströmender Luftmoleküle in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Vorteilhaft ist die Dickenabmessung der Dämpfscheiben gerade so gewählt, dass mittels der Dämpfscheiben eine ausreichende Dämpfung der Resonanz durch eine stehende Welle und eine hinreichend geringe Dämpfung einer einmalig durch die Dämpfscheibe hindurchtretenden Schallwelle bewirkbar ist.
Um einen Eindring- und Berührungsschutz am ausgangsseitigen Ende des Schallführungskanals mit einem geringen Aufwand zu realisieren, ist es vorteilhaft, wenn der Werkstoff des Dämpfungsmaterials ausreichend biegesteif ist, um am der Außenfläche der Baugruppe zugeordneten Endabschnitt des Schallführungskanals diese Effekte zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Querschnitt des Schallführungskanals über dessen Länge konstant sein.
Alternativ ist es möglich, dass sich der Querschnitt des Schallführungskanals mit zunehmendem Abstand zur Mikrofonkapsel vergrößert. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung ist der Schallführungskanal trichterförmig und der Trichterumfang am der Mikrofonkapsel abgewandten äußeren Ende des Schallführungskanals größer als die zu nutzende Wellenlänge.
Des Weiteren kann vorteilhaft die Länge des trichterförmigen Schallführungskanals größer als die Hälfte der zu nutzenden Wellenlänge sein.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung kann sich der Querschnitt des trichterförmigen Schallführungskanals mit zunehmendem Abstand zur Mikrofonkapsel linear, konisch, stufenweise, exponentiell, bilinear oder hyperbolisch erweitern.
Des Weiteren sind Ausführungsformen möglich und vorteilhaft, bei denen sich der Querschnitt des Schallführungskanals ab einem vorgebbaren Abstand zur Mikrofonkapsel trichterförmig erweitert.
Gemäß einer weiteren Ausprägung kann sich an der Position des Übergangs von konstantem zu sich erweiterndem Querschnitt eine Dämpfscheibe befinden.
Den vorstehend geschilderten Ausführungsformen des Schallführungskanals der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung ist gemeinsam, dass sie - je nach Anforderungsprofil - in hervorragender Weise geeignet sind, die im Inneren der Baugruppe bzw. der Dachbedieneinheit angeordnete Mikrofonkapsel der Mikrofonanordnung so an die Außenwelt bzw. den Innenraum des Kraftfahrzeugs anzuschließen, dass bei der Übertragung von Schall zwischen dem Innenraum des Kraftfahrzeugs und der Mikrofonkapsel möglichst keine Störungen auftreten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine im Innenraum eines Kraftfahrzeugs verbaute Dachbedieneinheit mit einer erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung;
2 eine Prinzipdarstellung der in 1 innerhalb der Dachbedieneinheit gezeigten Mikrofonanordnung;
3 - 5 Darstellungen unterschiedlich ausgestalteter erfindungsgemäßer Mikrofonanordnungen zur Verdeutlichung der Lage von Schallschnellemaxima in denselben; und
6 - 10 Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine im Innenraum eines Kraftfahrzeugs installierbare Dachbedieneinheit 1. Zu dieser Dachbedieneinheit 1 gehören ein Gehäusekörper 2 und ein Gehäusedeckel 3. Mittels des Gehäusekörpers 2 ist die Dachbedieneinheit an einer Wandung des Kraftfahrzeuginnenraums angebracht, der Gehäusedeckel 3 schließt die Dachbedieneinheit 1 zum Kraftfahrzeuginnenraum hin ab.
An der Innenseite des Gehäusekörpers 2 der Dachbedieneinheit 1 ist eine Leiterplatte 4 angeordnet, an der diverse elektronische Bauteile 5 der Dachbedieneinheit 1 sitzen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Gehäusedeckel 3 der Dachbedieneinheit 1 eine Leuchte 6 und ein Brillenfach 7 angeordnet bzw. ausgebildet.
Des Weiteren ist in die Dachbedieneinheit 1 eine Mikrofonanordnung 8 mit einem Mikrofon 9 integriert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Mikrofonanordnung 8 bzw. das Mikrofon 9 etwa mittig in der Dachbedieneinheit 1 angeordnet.
Zu dem Mikrofon 9 gehört eine Mikrofonkapsel 10, die - neben den weiteren elektronischen Bauteilen 5 - auf der dem Inneren 11 der Dachbedieneinheit 1 zugewandten Fläche der Leiterplatte 4 angeordnet ist. Zwischen der an der gehäusekörperseitigen Leiterplatte 4 angeordneten Mikrofonkapsel 10 einerseits und dem Gehäusedeckel 3 andererseits erstreckt sich durch das Innere 11 der Dachbedieneinheit 1 ein Schallführungskanal 12 der Mikrofonanordnung 8, wobei dieser Schallführungskanal 12 an der Außenfläche des Gehäusedeckels 3 eine Öffnung bildet.
Zwischen der der Mikrofonkapsel 10 zugewandten Kante des Schallführungskanals 12 ist eine Dichtung 13 angeordnet.
Der Schallführungskanal 12 der Mikrofonanordnung 8 verbindet die an der gehäusekörperseitigen Leiterplatte 4 der Dachbedieneinheit 1 angeordnete Mikrofonkapsel 10 des Mikrofons 9 akustisch mit der Außenwelt bzw. dem Kraftfahrzeuginnenraum. Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung 8 gleicht der Schallführungskanal 12 der Mikrofonanordnung 8 einem zylindrischen Rohr. Die im Betrieb des Mikrofons 9 auftretenden Rohrresonanzen beruhen auf der Entstehung von stehenden Wellen. Hierbei bildet sich am geschlossenen Ende des Rohrs bzw. des Schallführungskanals 12, d.h. dort, wo sich die Mikrofonkapsel 10 des Mikrofons 9 befindet, ein Schalldruckmaximum aus, während sich am offenen Ende des zylindrischen Rohrs bzw. des Schallführungskanals 12, d.h. an der den Gehäusedeckel 3 der Dachbedieneinheit 1 durchbrechenden Öffnung, ein Schallschnellemaximum ausbildet, sobald die Mikrofonanordnung 8 mit einer Frequenz angeregt wird, deren Wellenlänge einem Vierfachen der Länge des zylindrischen Rohrs bzw. des Schallführungskanals 12 entspricht. Weitere Schalldruck- und Schallschnellemaxima bilden sich bei ungeradzahligen Vielfachen dieser Frequenz entlang der Rohrlänge aus. All diese Resonanzen führen zu einem entsprechend verzerrten Frequenzgang des Mikrofons 9 der Mikrofonanordnung 8. Um diesen unerwünschten Effekt zu unterdrücken, ist die erfindungsgemäße Mikrofonanordnung 8, wie sich insbesondere aus den 3 bis 5 ergibt, im Bereich lokaler Schallschnellemaxima mit Dämpfungsmaterialelemente in Form von Dämpfscheiben 14 ausgerüstet. Diese Dämpfscheiben 14 sind gezielt an denjenigen Positionen innerhalb des Schallführungskanals 12 angeordnet, an denen sich innerhalb des Schallführungskanals in Längsrichtung bei stehenden Wellen lokale Schallschnellemaxima ausbilden, also bei X_i = L x (2i + 1)/(2n + 1), wobei X_i die Position des i-ten Schallschnellemaximums in Längsrichtung vom offenen Ende des Schallführungskanals her gesehen ist mit i = 0, ... , n; L ist die Gesamtlänge des Schallführungskanals und n ∈ N₀ ist die Ordnung der Resonanz.
In 3 ist eine Mikrofonanordnung 8 in einer Ausführungsform gezeigt, deren Schallführungskanal 12 eine Länge aufweist, die etwa A/4 entspricht. Entsprechend ist die Dämpfscheibe 4 im Falle des Schallführungskanals 12 der in 3 dargestellten Ausführungsform der Mikrofonanordnung 8 in der den Gehäusedeckel 3 durchbrechenden Öffnungsfläche angeordnet, in der das Schallschnellemaximum der stehenden Welle sich befindet.
Im Falle der in 4 gezeigten Ausführungsform der Mikrofonanordnung 8, bei der die Länge des Schallführungskanals 12 der Mikrofonanordnung 3 A/4 beträgt, ist jeweils eine Dämpfscheibe 14 am ersten Schallschnellemaximum und am zweiten Schallschnellemaximum angeordnet, wobei letzteres in der den Gehäusedeckel 3 der Dachbedieneinheit 1 durchbrechenden Öffnung des Schallführungskanals 12 vorliegt.
Entsprechend sind bei der in 5 dargestellten Ausführungsform der Mikrofonanordnung 8, bei der die Länge des Schallführungskanals 12 etwa 5 Λ/4 beträgt, im ersten Schallschnellemaximum, im zweiten Schallschnellemaximum und im dritten Schallschnellemaximum jeweils eine Dämpfscheibe 14 angeordnet, wobei das dritte Schallschnellemaximum im Bereich der den Gehäusedeckel 3 durchbrechenden Öffnung des Schallführungskanals 12 vorliegt.
Das die Dämpfscheiben 14 ausbildende Dämpfungsmaterial besteht beispielsweise aus einem offenporigen Schaumstoff, wie beispielsweise Basotect, oder einem anderen Werkstoff, mittels dem die Bewegungsenergie von durch diesen Werkstoff hindurchströmenden Luftmolekülen in Wärmeenergie umwandelbar und dadurch die Schallschnellebewegung dämpfbar ist. Als geeignete Werkstoffe hierfür haben sich auch Glaswolle und Schäume sowie gesinterte Metalle, z.B. Felt-Metal, herausgestellt. Einige dieser Werkstoffe sind darüber hinaus geeignet, die den Gehäusedeckel 3 der Dachbedieneinheit 1 durchbrechende Öffnung des Schallführungskanals 12 der Mikrofonanordnung 8 mit einem vergleichsweise biegesteifen Berührungsschutz zu versehen, wenn die dort angeordnete Dämpfscheibe 14 aus dem betreffenden Werkstoff hergestellt ist.
Die aus diesem Dämpfungsmaterial bzw. -werkstoff ausgebildeten Dämpfscheiben 14 sind gerade dick genug, um im Bereich des Schallschnellemaximums eine ausreichende Reduktion der Schallschnelle der stehenden Welle herbeizuführen; gleichzeitig sind die Dämpfscheiben 14 aber dünn genug, um den durch sie als einfallende Welle hindurchtretenden Schall insgesamt nicht zu stark zu dämpfen.
Bei vergleichsweise langen Schallführungskanälen 12 und/oder bei einer frequenzmäßig breitbandigen Anwendung müssen entsprechend viele Dämpfscheiben 14 eingesetzt werden. Hierdurch könnte eine unerwünscht hohe Gesamtdämpfung entstehen. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, kann der Schallführungskanal 12 der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung 8 gemäß den in den 6 bis 10 gezeigten Ausführungsformen derart ausgestaltet sein, dass der Schall im Bereich des Gehäusedeckels 3 der Dachbedieneinheit 1 durch einen als Horn bzw. Trichter ausgestalteten Öffnungsbereich des Schallführungskanals 12 durch den Gehäusedeckel 3 aus der Dachbedieneinheit 1 herausgeführt wird.
Im Falle der in 6 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung 8 erweitert sich der Schallführungskanal 12 ausgehend von der Mikrofonkapsel 10 in Form eines konischen Trichters. Im Falle der in 7 dargestellten Ausführungsform der Mikrofonanordnung 8 erfolgt die Erweiterung des Schallführungskanals 12 ausgehend von der Mikrofonkapsel 10 in Form eines stufenförmigen Trichters.
Entsprechend erfolgt die Erweiterung des Schallführungskanals 12 im Falle der in 8 dargestellten Ausführungsform der Mikrofonanordnung 8 ausgehend von der Mikrofonkapsel 10 in Form eines exponentiellen Trichters.
In den 9 und 10 sind insoweit unterschiedliche Ausführungsformen der Schallführungskanäle 12 zweier dort gezeigter Mikrofonanordnungen 8 dargestellt, als sich im Falle der in 9 gezeigten Mikrofonanordnung 8 der Schallführungskanal 12 ausgehend von der Mikrofonkapsel 10 über die gesamte Länge des Schallführungskanals 12 trichterförmig erweitert, wohingegen im Falle der in 10 gezeigten Ausführungsform der Mikrofonanordnung 8 die trichterförmige Erweiterung des Schallführungskanals 12 erst in einem vergleichsweise großen Abstand von der Mikrofonkapsel 10 beginnt.

Claims

Mikrofonanordnung für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs, mit einem Mikrofon (9), das eine Mikrofonkapsel (10) aufweist, die auf einer Leiterplatte (4) angeordnet ist, die im Inneren (11) einer im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Baugruppe (1), z.B. im Inneren (11) einer Dachbedieneinheit (1), untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofonanordnung (8) einen Schallführungskanal (12) aufweist, mittels dem die Mikrofonkapsel (10) des Mikrofons (9) akustisch mit einer Außenfläche der Baugruppe (1) verbunden ist, und dass der Schallführungskanal (12) an einer oder an mehreren Positionen Dämpfungsmaterialelemente (14) aufweist, mittels denen Resonanzen des Schallführungskanals (12) unterdrückbar sind.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, deren Dämpfungsmaterialelemente (14) als Dämpfscheiben (14) ausgebildet und im Schallführungskanal (12) an den seinen Schallschnellemaxima entsprechenden Positionen angeordnet sind.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Dämpfungsmaterial der Dämpfungsmaterialelemente (14) ein Werkstoff, z.B. ein offenporiger Schaumstoff wie Basotect, Glaswolle, gesintertes Metall wie Felt-Metal, ist, mittels dem Schallschnellebewegungsenergie in thermische Energie umwandelbar ist.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Dickenabmessung der Dämpfscheiben (14) gerade so bemessen ist, dass mittels der Dämpfscheiben (14) eine ausreichende Dämpfung der Resonanz durch eine stehende Welle und eine hinreichend geringe Dämpfung einer einmalig durch die Dämpfscheibe (14) hindurchtretenden Schallwelle bewirkbar ist.
Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Werkstoff des Dämpfungsmaterials ausreichend biegesteif ist, um am der Außenfläche der Baugruppe (1) zugeordneten Endabschnitt des Schallführungskanals (12) einen Berühr- bzw. Eindringschutz zu realisieren.
Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Querschnitt des Schallführungskanals (12) über dessen Länge konstant ist.
Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der sich der Querschnitt des Schallführungskanals (12) mit zunehmendem Abstand zur Mikrofonkapsel (10) vergrößert.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 7, bei der der Schallführungskanal (12) trichterförmig ist und der Trichterumfang am der Mikrofonkapsel (10) abgewandten äußeren Ende des Schallführungskanals (12) größer als die zu nutzende Wellenlänge ist.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 8, bei der die Länge des trichterförmigen Schallführungskanals (12) größer als die Hälfte der zu nutzenden Wellenlänge ist.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der sich der Querschnitt des trichterförmigen Schallführungskanals (12) mit zunehmendem Abstand zur Mikrofonkapsel (10) linear, konisch, stufenweise, exponentiell, bilinear oder hyperbolisch erweitert.
Mikrofonanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der sich der Querschnitt des Schallführungskanals (12) ab einem vorgebbaren Abstand zur Mikrofonkapsel (10) trichterförmig erweitert.
Mikrofonanordnung nach Anspruch 11, bei der sich an der Position des Übergangs zwischen konstantem und sich erweiterndem Querschnitt eine Dämpfscheibe befindet.