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Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Schallwandler zum Umwandeln eines akustischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal, eine Sensorvorrichtung und ein Kraftfahrzeug.
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Schallwandler sind aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, einen verbesserten Schallwandler, eine verbesserte Sensorvorrichtung, sowie ein verbessertes Kraftfahrzeug mit einem Schallwandler und ein verbessertes Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung bereitzustellen.
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Die
US 8094040 B1 offenbart einen Sirenensensor zur Erkennung von Sirenengeräuschen aus Einsatzfahrzeugen und elektronische Verarbeitungsschaltungen zur elektronischen Erkennung und Identifizierung der Sirengeräusche zur Steuerung der Ampeln an einer Kreuzung, damit nur das Einsatzfahrzeug durch eine Kreuzung mit dem Vorfahrtsrecht fahren kann. Weiterer Stand der Technik ist beispielsweise offenbart in
EP 2927056 A1 ,
EP 2037698 A1 ,
US 2006 / 0013425 A1 ,
WO 2015015646 A1 ,
DE 727877 A ,
DE 1098999 ,
DE 1547067 A ,
GB 483730 A ,
SU 637978 A1 ,
US 5282245 A ,
DE 102018222768 B3 und
DE 102019102698 A1 .
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schallwandler zum Umwandeln eines akustischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal. Der Schallwandler umfasst eine abschnittsweise rohrförmige Schallleitvorrichtung umfassend eine Schalleingangsöffnung und ein geschlossenes Schallaufnahmeende, und eine an dem geschlossenen Schallaufnahmeende angeordnete Schallaufnahmevorrichtung. Dabei ist die Schallleitvorrichtung ausgebildet, ein akustisches Eingangssignal an der Schalleingangsöffnung zu empfangen und ein auf dem akustischen Eingangssignal basierendes akustisches Aufnahmesignal an dem Schallaufnahmeende bereitzustellen. Die Schallaufnahmevorrichtung ist ausgebildet, das akustische Aufnahmesignal in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln.
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Ein Schallwandler ist dabei ein Gerät, das ausgebildet ist, akustische Signale in elektrische Signale umzuwandeln. Die Umwandlung erfolgt dabei beispielsweise elektrodynamisch, elektrostatisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv.
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Das akustische Eingangssignal ist dabei eine Druckschwankung eines kompressiblen Schallübertragungsmediums, das typischerweise Luft ist. Dabei ist der Druck des Schallübertragungsmediums, das heißt beispielsweise der Luftdruck, an einem bestimmten Ort zeitlich veränderlich. Der Druck setzt sich zusammen aus einem statischen Druck p0 und einem Wechseldruck pS, der auch Schalldruck genannt wird und eine Wechselgröße darstellt.
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Das elektrische Ausgangssignal ist dabei typischerweise ein Spannungssignal, das heißt eine veränderliche elektrische Spannung. Das elektrische Ausgangssignal kann jedoch auch ein Stromsignal sein, das heißt ein veränderlicher elektrischer Strom sein. Das elektrische Ausgangssignal kann ein analoges Signal umfassen, das mit dem akustischen Eingangssignal in einem linearen Zusammenhang steht. Das elektrische Ausgangssignal kann auch ein digitales Signal umfassen, das Informationen über das Schallsignal in codierter Form bereithält. Insbesondere kann das digitale Signal auch komprimiert sein, beispielsweise durch verlustfreie Datenkompression oder durch verlustbehaftete Datenreduktion. Verlustbehaftete Datenreduktion reduziert dabei die Größe der digitalen Daten unter Ausnutzung psychoakustischer Modelle, sodass ein für den Menschen subjektiv möglichst wenig verfälschtes Ergebnis gespeichert wird.
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Die abschnittsweise rohrförmige Schallleitvorrichtung ist typischerweise aus einem festen Material gefertigt, beispielsweise aus Metall, Kunststoff, Holz, Glas, Gummi, Steingut, Beton oder Keramik. Die Schallleitvorrichtung stellt dabei das empfangene akustische Eingangssignal verändert als akustisches Aufnahmesignal an dem Schallaufnahmeende bereit. Dabei ist das Aufnahmesignal im Vergleich zu dem Eingangssignal außerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs gedämmt und/oder innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs verstärkt. Dabei ist die Schallleitvorrichtung so dimensioniert, dass der vorbestimmte Frequenzbereich eine gewünschte Frequenz umfasst, welcher Nutzdaten enthält. Beispielsweise kann eine Länge der Schallleitvorrichtung näherungsweise als Quotient aus Schallgeschwindigkeit und vierfacher gewünschter Frequenz berechnet. Wenn beispielsweise eine gewünschte Frequenz 400 Hz beträgt, und die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 20° Celsius 343,2 m/s beträgt, dann wird die Schallleitvorrichtung mit einer Länge von 0,29 m dimensioniert. Wenn ein gewünschter Frequenzbereich Frequenzen zwischen 200 Hz und 400 Hz umfasst, dann wird entsprechend die Schallleitvorrichtung mit einer Länge zwischen 15 cm und 29 cm, beispielsweise mit einer Länge von 22 cm dimensioniert. Die Schallleitvorrichtung ist abschnittsweise rohrförmig, das heißt sie umfasst einen länglichen Hohlkörper mit einer Wand, die im Querschnitt über einen Abschnitt hinweg eine gleichbleibende Wandstärke und eine ähnliche Gestalt beibehält. Eine ähnliche Gestalt ist dabei beispielsweise eine gleichbleibende Form, eine im geometrischen Sinne ähnliche Form, oder eine Form mit geringer euklidischer Abweichung. Beispielsweise kann die Schallleitvorrichtung in einem Abschnitt einen ovalen Querschnitt aufweisen, dessen Größe und Wandstärke über den gesamten Abschnitt hinweg unverändert bleibt.
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Dabei stellt die Schalleingangsöffnung ein offenes Ende eines rohrförmigen Abschnitts der Schallleitvorrichtung dar. Die Schalleingangsöffnung liegt beispielsweise in einer Querschnittsebene, senkrecht auf einer Längsachse von mindestens einem Abschnitt der Schallleitvorrichtung. Dabei weist die Längsachse von einer Mitte der Schalleingangsöffnung zu einer Mitte des Schallaufnahmeendes. Die Schalleingangsöffnung weist dabei einen Flächeninhalt auf, der geringfügig kleiner als die Querschnittsfläche der Schallleitvorrichtung an deren offenem Ende ist. Beispielsweise entspricht die Fläche der Schalleingangsöffnung der gesamten Innen-Querschnittsfläche der Schallleitvorrichtung, sodass lediglich eine Wand der Schallleitvorrichtung die Schalleingangsöffnung umschließt. In einem anderen Beispiel ist die Schalleingangsöffnung kleiner als die Innen-Querschnittsfläche der Schallleitvorrichtung, sodass ein Kragen zusätzlich zu der Wand der Schallleitvorrichtung die Schalleingangsöffnung umschließt.
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Das geschlossene Schallaufnahmeende stellt dabei ein abgeschlossenes Ende eines rohrförmigen Abschnitts der Schallleitvorrichtung dar. Das Schallaufnahmeende ist dabei beispielsweise flach und liegt senkrecht zu einer Wand der Schallleitvorrichtung, wobei die Wand in einer Längsrichtung der Schallleitvorrichtung liegt. Dabei weist die Längsrichtung der Schallleitvorrichtung von der Schalleingangsöffnung zu dem Schallaufnahmeende. Das Schallaufnahmeende kann aus demselben Material bestehen wie die gesamte Schallleitvorrichtung. Insbesondere kann die Schallleitvorrichtung einstückig ausgeführt sein, oder jedenfalls das Schallaufnahmeende ein Bestandteil eines einstückigen Teils der Schallleitvorrichtung sein. Alternativ kann das Schallaufnahmeende ein zusätzliches Bauteil sein, beispielsweise in Form eines Stopfens. Dabei kann das Schallaufnahmeende aus einem anderen Material als die restliche Schallleitvorrichtung bestehen. Beispielsweise kann das Schallaufnahmeende aus einem weicheren Material als die restliche Schallleitvorrichtung bestehen.
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An dem geschlossenen Schallaufnahmeende stellt die Schallleitvorrichtung das akustische Aufnahmesignal bereit. Das akustische Aufnahmesignal basiert dabei auf dem akustischen Eingangssignal, wobei es aufgrund der geometrischen Gegebenheiten der abschnittsweise rohrförmigen Schallleitvorrichtung systematisch gegenüber dem Eingangssignal verändert ist. Dabei sind Signalanteile des Eingangssignals bei dem Aufnahmesignal in bestimmten Frequenzbereichen verstärkt und/oder gedämpft. Wie die Veränderung von der Schallleitvorrichtung im Detail abhängt, ist bereits oben diskutiert worden. Beispielsweise kann die Schallleitvorrichtung eine Bandpasswirkung haben, das bedeutet das an dem Schallaufnahmeende bereitgestellte akustische Aufnahmesignal ist eine bandpassgefilterte Version des an der Schalleingangsöffnung empfangenen akustischen Eingangssignals.
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Die Schallaufnahmevorrichtung wandelt das akustische Aufnahmesignal in ein elektrisches Ausgangssignal um. Die Schallaufnahmevorrichtung wird auch Mikrofon, Schallsensor, Drucksensor, oder Schallempfänger genannt. Die Umwandlung erfolgt dabei beispielsweise elektrodynamisch, elektrostatisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv. Dazu kann die Schallaufnahmevorrichtung eine Membran aufweisen, die durch das akustische Aufnahmesignal in Schwingung versetzt wird. Die Schwingung der Membran moduliert dann beispielsweise ein elektrisches Spannungssignal, oder erzeugt unmittelbar eine elektrische Spannung. Beispielsweise bei einer piezoelektrischen Schallaufnahmevorrichtung ist eine Membran mechanisch mit einem piezoelektrischen Element gekoppelt, das durch die Druckschwankungen geringfügig verformt wird. Das piezoelektrische Material, beispielsweise meist Blei-Zirkonat-Titanat, erzeugt dadurch elektrische Spannungsschwankungen. Die Spannung an dem piezoelektrischen Element wird von einem elektrischen Verstärker verstärkt. Wieder beispielsweise bei einer elektrodynamischen Schallaufnahmevorrichtung ist die Membran wie bei einem elektrodynamischen Lautsprecher mit einer Spule verbunden. Die Spule wird durch die Membranbewegung in einem dauermagnetischen Feld bewegt, beispielsweise in einem Luftspalt eines Topfmagneten. Die Druckschwankungen des Aufnahmesignals verursachen eine Bewegung der Membran, die eine relative Bewegung von Spule und Magnetfeld verursacht. Die relative Bewegung von Spule und Magnetfeld erzeugt durch Induktion eine Spannung, die ebenfalls von einem Verstärker verstärkt wird. Das Spannungssignal kann dabei alternativ oder zusätzlich auch auf eine andere Weise aus dem akustischen Aufnahmesignal erzeugt werden. Dabei kann das so erzeugte Signal, beziehungsweise das verstärkte Signal des elektrischen Verstärkers, als Ausgangssignal bereitgestellt werden, oder zunächst weiter verarbeitet, zum Beispiel digitalisiert, komprimiert, geglättet und/oder anderweitig verarbeitet werden.
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Dadurch, dass der Schallwandler eine Schallleitvorrichtung umfasst, die ein akustisches Eingangssignal empfängt und ein akustisches Aufnahmesignal an eine Schallaufnahmevorrichtung bereitstellt, kann eine bessere Aufnahme des akustischen Eingangssignals erfolgen. Insbesondere können Störanteile des Eingangssignals verringert werden und Nutzdaten in dem Eingangssignal für das elektrische Ausgangssignal zugänglich gemacht werden, indem sie von der Schallaufnahmevorrichtung erfasst werden können.
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Dadurch, dass das an dem Schallaufnahmeende bereitgestellte akustische Aufnahmesignal eine gefilterte Version des an der Schalleingangsöffnung empfangenen akustischen Eingangssignals darstellt, können geringe Anforderungen an eine Schallaufnahmevorrichtung gestellt werden. Insbesondere können Störsignale in dem Eingangssignal, welche in dem Aufnahmesignal gedämpft sind, die Schallaufnahmevorrichtung nicht beeinträchtigen, beispielsweise indem sie die Schallaufnahmevorrichtung in einen Bereich eines Auslenkungsmaximums, der auch Clippingbereich genannt wird, führen. Dadurch kann der Schallwandler ein klares und ungestörtes elektrisches Signal auch basierend auf einem mit starken Störsignalen überlagerten akustischen Eingangssignal und auch mit einer günstigen, einfachen Schallaufnahmevorrichtung generieren.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Schallleitvorrichtung abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt auf.
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Dadurch, dass das die Schallleitvorrichtung abschnittsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist, ist die Schallleitvorrichtung besonders einfach und günstig herzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Schallaufnahmevorrichtung über das gesamte Schallaufnahmeende. Beispielsweise erstreckt sich die Schallaufnahmevorrichtung über zwischen 85% und 100% der Fläche des Schallaufnahmeendes. Zum Beispiel erstreckt sich die Schallaufnahmevorrichtung über 90% der Fläche des Schallaufnahmeendes. Somit kann sich beispielsweise eine Membran der Schallaufnahmevorrichtung über 91 % der Fläche des Schallaufnahmeendes erstrecken, da die Membran 90% der Fläche der Schallaufnahmevorrichtung einnimmt.
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Dadurch, dass das die Schallaufnahmevorrichtung sich über das gesamte Schallaufnahmeende erstreckt, kann das Aufnahmesignal besonders klar und deutlich aufgenommen werden. Beispielsweise kann die Schallaufnahmevorrichtung eine Membran mit einer besonders hohen Membranfläche umfassen, wodurch die Schallaufnahmevorrichtung das Aufnahmesignal besonders klar und deutlich aufnehmen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform verjüngt sich die Schallleitvorrichtung zu dem Schallaufnahmeende hin. Beispielsweise kann sich die Schallleitvorrichtung linear zu dem Schallaufnahmeende hin verjüngen, sodass zum Beispiel eine Wand der Schallleitvorrichtung einem Winkel von 10° zu einer Längsachse der Schallleitvorrichtung bildet. Dabei weist die Längsachse von einer Mitte der Schalleingangsöffnung zu einer Mitte des Schallaufnahmeendes. Wieder beispielsweise kann sich die Schallleitvorrichtung konisch zu dem Schallaufnahmeende hin verjüngen, zum Beispiel mit einem ausladenden Trichter in einem Bereich der Schalleingangsöffnung und zylindrisch in einem Bereich des Schallaufnahmeendes.
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Dadurch, dass sich die Schallleitvorrichtung zu dem Schallaufnahmeende hin verjüngt, kann ein breiterer Frequenzbereich des akustischen Eingangssignals durch die Schallleitvorrichtung verstärkt bzw. nicht gedämpft werden. Dabei kann durch die genaue Ausgestaltung der Verjüngung die Charakteristik der Verstärkung und/oder Dämpfung beeinflusst werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schallleitvorrichtung ein Dämmmaterial. Beispielsweise kann die Schallleitvorrichtung mit einem Schaumstoff ausgefüllt sein. In einem anderen Beispiel kann die Schalleitvorrichtung eine Textilmatrix enthalten.
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Dadurch, dass die Schallleitvorrichtung ein Dämmmaterial umfasst, kann die Schallgeschwindigkeit in der Schallleitvorrichtung herabgesetzt werden. Dadurch kann der Schallwandler flexibler dimensioniert werden. Weiter können durch das Dämmmaterial Störgeräusche wie beispielsweise Pfeifgeräusche, die das akustische Eingangssignal überlagern könnten, minimiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schallwandler eine schalldurchlässige Bespannung, die an der Schalleingangsöffnung angeordnet ist. Eine schalldurchlässige Bespannung wird auch Akustikstoff, Boxenstoff, oder Bespannstoff genannt. Die schalldurchlässige Bespannung ist ein Textil, das Schallsignale weitgehend ungehindert passieren lässt, während beispielsweise Licht daran absorbiert und reflektiert wird. Weiter werden beispielsweise Schmutz und Feuchtigkeit von dem Bespannstoff abgewiesen.
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Dadurch, dass der Schallwandler eine schalldurchlässige Bespannung aufweist, kann die Schallaufnahmevorrichtung gegen Schmutz, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen geschützt werden. Dadurch kann der Schallwandler vielseitiger eingesetzt werden und langlebiger sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Schallleitvorrichtung eine Krümmung auf. Beispielsweise weist die Schallleitvorrichtung eine Krümmung um mindestens 45°, zum Beispiel mindestens 80° auf. In einem anderen Beispiel weist die Schalleitvorrichtung eine zweite Krümmung auf. Dabei kann die zweite Krümmung gegenläufig zu der ersten Krümmung sein.
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Die Krümmung kann sich über einen kurzen Abschnitt erstrecken und/oder einen kleinen Radius aufweisen, beispielsweise in der Form eines Knicks. Alternativ kann die Krümmung sich über einen langen Abschnitt erstrecken einen großen Radius aufweisen, beispielsweise in der Form eines Bogens.
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Dadurch, dass die Schallleitvorrichtung eine Krümmung aufweist, kann die Schallaufnahmevorrichtung gegen Spritzwasser und Schmutz geschützt werden. Weiter kann dadurch der Schallwandler besonders kompakt konstruiert werden.
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Erfindungsgemäß umfasst der Schallwandler weiter eine Schalldichtvorrichtung, die in der Schallleitvorrichtung angeordnet ist. Die Schalldichtvorrichtung kann dabei eine Form aufweisen, die abschnittsweise derjenigen der Schallleitvorrichtung ähnelt, wobei der Querschnitt etwas kleiner ist, beispielsweise 5% kleiner. Dabei kann die Schalldichtvorrichtung abschnittsweise durch die Schalldichtvorrichtung ausgefüllt sein, beispielsweise zu mindestens 80% ausgefüllt, zum Beispiel zu 95% ausgefüllt. Die Schalldichtvorrichtung kann dabei ein gleiches Material wie die Schallleitvorrichtung umfassen, oder ein anderes Material umfassen. Insbesondere kann die Schalldichtvorrichtung auch hohl oder teilweise hohl sein.
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Dadurch, dass der Schallwandler eine Schalldichtvorrichtung umfasst, die in der Schallleitvorrichtung angeordnet ist, kann die Schallaufnahmevorrichtung gegen Feuchtigkeit und Schmutz geschützt werden. Weiter kann somit das akustische Aufnahmesignal, das an einem Schallaufnahmeende bereitgestellt wird, verändert werden. Beispielsweise können mittels der Schalldichtvorrichtung bestimmte Frequenzanteile aus dem akustischen Eingangssignal bei dem akustischen Aufnahmesignal besonders gedämpft werden.
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Erfindungsgemäß weist dabei die Schalldichtvorrichtung eine Krümmung auf. Dabei weist die Schallleitvorrichtung eine zu der Krümmung der Schalldichtvorrichtung korrespondierende Krümmung auf.
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Dadurch, dass die Schalldichtvorrichtung und die Schallleitvorrichtung zueinander korrespondierende Krümmungen aufweisen, kann die Schallaufnahmevorrichtung besonders gut gegen Feuchtigkeit und Schmutz geschützt werden. Insbesondere kann somit ein Weg von der Schalleingangsöffnung zu dem Schallaufnahmeende besonders eng ausgeführt sein, um beispielsweise das Eindringen von Feuchtigkeit oder Schmutz zu verhindern. Weiter können dadurch bestimmte Frequenzanteile aus dem akustischen Eingangssignal bei dem akustischen Aufnahmesignal besonders gut gedämpft und/oder verstärkt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform bilden dabei die Schalldichtvorrichtung und die Schallleitvorrichtung eine Labyrinthdichtung. Die Labyrinthdichtung, die auch Spaltdichtung genannt wird, ist eine berührungsfreie Dichtung. Die Dichtwirkung beruht auf der Verlängerung des Strömungsweges durch den abzudichtenden Spalt, wodurch der Strömungswiderstand wesentlich erhöht wird. Die Wegverlängerung wird durch eine Verkämmung, das heißt ein berührungsloses Ineinandergreifen von Formelementen der Schalldichtvorrichtung und der Schallleitvorrichtung erreicht.
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Das bedeutet, dass die Schalldichtvorrichtung und die Schalleitvorrichtung eine Anzahl von zueinander korrespondierenden, untereinander gegenläufigen Krümmungen aufweisen. Beispielsweise kann die Schalldichtvorrichtung eine erste Linkskrümmung aufweisen, und die Schallleitvorrichtung eine korrespondierende zweite Linkskrümmung. Zusätzlich kann die Schalldichtvorrichtung eine erste Rechtskrümmung aufweisen, und die Schallleitvorrichtung eine korrespondierende zweite Rechtskrümmung.
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Dadurch, dass die Schalldichtvorrichtung und die Schallleitvorrichtung eine Labyrinthdichtung bilden, kann die Schallaufnahmevorrichtung besonders wirksam gegen Feuchtigkeit und Schmutz abgedichtet werden. Da die Labyrinthdichtung eine berührungslose Dichtung ist, kann dabei dennoch Schall von der Schalleingangsöffnung zu dem Schallaufnahmeende gelangen kann.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung umfasst einen Schallwandler zum Umwandeln eines akustischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, und ein Steuergerät. Dabei ist das Steuergerät ausgebildet ein Nutzdatensignal aus dem elektrischen Ausgangssignal zu generieren.
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Dabei ist das Steuergerät beispielsweise ausgebildet, eine Mustererkennung auf dem elektrischen Ausgangssignal durchzuführen. Wieder beispielsweise ist das Steuergerät ausgebildet, Sprachdaten aus dem elektrischen Ausgangssignal herauszufiltern. Zum Beispiel ist das Steuergerät ausgebildet, eine Spracherkennung auf dem elektrischen Ausgangssignal durchzuführen.
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Dadurch, dass die Sensorvorrichtung einen Schallwandler zum Umwandeln eines akustischen Eingangssignals in ein elektrisches Ausgangssignal nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst, kann die Sensorvorrichtung auch basierend auf einem schlechten akustischen Eingangssignal, beispielsweise auf einem verrauschten oder mit Störschall überlagerten Eingangssignal, ein brauchbares Nutzdatensignal generieren. Weiter kann dadurch die Sensorvorrichtung zusätzliche Nutzdaten basierend auf dem Eingangssignal generieren. Somit kann die Sensorvorrichtung zuverlässiger, leistungsfähiger und/oder günstiger sein.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Schallwandler gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Dadurch, dass das Kraftfahrzeug einen Schallwandler gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst, kann das Kraftfahrzeug einen besseren Komfort bieten. Beispielsweise kann dadurch eine Telefoniefunktion des Kraftfahrzeugs für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs ein klareres Sprachsignal des Benutzers bereitstellen. Wieder beispielsweise kann eine Spracherkennungsfunktion des Kraftfahrzeugs eine höhere Zuverlässigkeit und/oder eine höhere Erkennungsrate bereitstellen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer Sensorvorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Dadurch, dass das Kraftfahrzeug eine Sensorvorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist, kann das Kraftfahrzeug zuverlässiger und/oder leistungsfähiger sein. Beispielsweise kann dadurch eine Sensorvorrichtung, die akustische Signale für eine Motorüberwachung, für eine Steuerung von Aerodynamik-Komponenten, oder für eine Innenraumüberwachung auswertet, zuverlässiger und/oder leistungsfähiger sein. Dadurch kann das Kraftfahrzeug in dem entsprechenden Bereich leistungsfähiger, zuverlässiger, und/oder komfortabler sein.
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Weitere Merkmale ergeben sich in den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen zu verlassen.
- 1 veranschaulicht in einem schematischen Längsschnitt einen Schallwandler gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt ein Diagramm eines Frequenzgangs eines akustischen Eingangssignals und eines akustischen Aufnahmesignals in einem Schallwandler gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt einen Schallwandler 1 mit einer Schallleitvorrichtung 2, die eine Schalleingangsöffnung 21 und ein geschlossenes Schallaufnahmeende 22 umfasst. Weiter ist in 1 eine an dem geschlossenen Schallaufnahmeende 22 der Schallleitvorrichtung 2 angeordnete Schallaufnahmevorrichtung 3 zu erkennen. Die Schallaufnahmevorrichtung 3 ist dabei auf einer Innenseite der Schallleitvorrichtung 2 angeordnet.
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Der Längsschnitt ist dabei eine grafische Darstellung des Schallwandlers 1 entlang einer Längsachse des Schallwandlers 1. Die Längsachse des Schallwandlers 1 ist dabei eine Richtung, die von der Schalleingangsöffnung zu dem Schallaufnahmeende weist.
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Die in 1 im Längsschnitt dargestellte Schallleitvorrichtung 2 weist dabei einen kreisrunden Querschnitt auf. Das bedeutet insbesondere, dass die Schalleingangsöffnung 21 der Schallleitvorrichtung 2 und das geschlossene Schallaufnahmeende 22 der Schallleitvorrichtung 2 jeweils die Form einer Kreisscheibe aufweisen.
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Weiter ist in 1 zu erkennen, dass die Schallaufnahmevorrichtung 3 sich über das gesamte Schallaufnahmeende 22 der Schallleitvorrichtung 2 erstreckt. Dabei nimmt die Schallaufnahmevorrichtung 3 mindestens 80% der Fläche des Schallaufnahmeendes 22 der Schallleitvorrichtung 2 ein. Beispielsweise nimmt die Schallaufnahmevorrichtung 3 zwischen 85% und 95% der Fläche des Schallaufnahmeende 22 der Schallleitvorrichtung 2 ein.
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Die Schallleitvorrichtung 2 weist dabei einen sich zu dem Schallaufnahmeende 22 der Schallleitvorrichtung 2 hin verjüngenden Querschnitt auf. Somit ist der Flächeninhalt der Schalleingangsöffnung 21 der Schallleitvorrichtung 2 größer als die Querschnittsfläche des Schallaufnahmeendes 22 der Schallleitvorrichtung 2. Insbesondere stellt die Fläche der Schalleingangsöffnung 21 der Schallleitvorrichtung 2 eine Kreisscheibe dar, welche einen größeren Radius aufweist als die Kreisscheibe, welche die Fläche des Schallaufnahmeendes 22 der Schallleitvorrichtung 2 darstellt.
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Dabei umfasst die Schallleitvorrichtung 2 weiter ein Dämmmaterial 41. Das Dämmmaterial füllt die Schalleitvorrichtung 2 teilweise aus.
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Außerdem ist in 1 zu erkennen, dass der Schallwandler 1 eine schalldurchlässige Bespannung 42 aufweist. Die schalldurchlässige Bespannung 42 ist dabei an der Schalleingangsöffnung 21 der Schallleitvorrichtung 2 angeordnet. Die Bespannung 42 besteht aus einem Akustikstoff, der Schmutz und Feuchtigkeit abweist und dabei Schall ungehindert passieren lässt. Dabei ist die Bespannung über die Schalleingangsöffnung gespannt, sodass sie stabil mit der Schallleitervorrichtung verbunden ist, ohne dass die Bespannung aufwendig mit der Schallleitervorrichtung verklebt sein müsste.
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In einer alternativen Ausführungsform, die in 1 zum Zwecke der Klarheit der Figur nicht dargestellt ist, weist die Schallleitvorrichtung 2 eine Krümmung auf. Dabei ist die Schallleitvorrichtung über einen Abschnitt von 4 cm so gebogen, dass die Richtung der Schallleitvorrichtung auf einer ersten Seite der Krümmung um 90° von der Richtung der Schallleitvorrichtung auf einer zweiten Seite der Krümmung abweicht. So kann der Schallwandler besonders kompakt konstruiert werden, sowie beliebigen Anforderungen hinsichtlich eines zur Verfügung stehenden Bauraums gerecht werden.
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Weiter umfasst der Schallwandler in einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform eine Schalldichtvorrichtung. Dabei hat die Schalldichtvorrichtung eine zu der Schallleitvorrichtung korrespondierende Form, sodass die Schalldichtvorrichtung vollständig von der Schallleitvorrichtung aufgenommen wird. Es ergibt sich lediglich ein schmaler Spalt auf allen Seiten zwischen der Schallleitvorrichtung und der Schalldichtvorrichtung. Dabei ist der Spalt 1 mm schmal. Die Form der Schalldichtvorrichtung korrespondiert mit der Form der Schallleitvorrichtung 2 dabei insbesondere in einem Bereich, in welchem die Schallleitvorrichtung 2 eine Anzahl von kurzen, starken Krümmungen umfasst. Die Krümmungen umfassen dabei über eine Länge von jeweils 2 mm einen Winkel von 70°. Durch die Krümmungen der Schallleitvorrichtung 2 und die korrespondierenden Krümmungen der Schalldichtvorrichtung, die ineinander verkämmt sind, das heißt berührungslos ineinandergreifen, weist der Spalt zwischen der Schallleitvorrichtung 2 und der Schalldichtvorrichtung eine verschlungene Form auf. Daraus ergibt sich ein erhöhter Strömungswiderstand in dem Spalt, wodurch die Schallleitvorrichtung 2 und die Schalldichtvorrichtung gemeinsam als Labyrinthdichtung fungieren. Dadurch kann die Schallaufnahmevorrichtung besonders wirksam gegen Feuchtigkeit und Schmutz abgedichtet werden, wobei dennoch Schall von der Schalleingangsöffnung 21 zu dem Schallaufnahmeende 22 gelangen kann
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2 zeigt ein Diagramm eines Frequenzgangs eines akustischen Eingangssignals 51 und eines akustischen Aufnahmesignals 52 in einem Schallwandler 1 gemäß einer Ausführungsform.
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Dabei ist auf einer horizontalen Achse eine Frequenz eines Schallsignals aufgetragen, beispielsweise ein Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 25 kHz.
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Auf der vertikalen Achse ist dabei eine Amplitude dargestellt. Dabei ordnet ein Frequenzgang eines Signals jeder Frequenz auf der horizontalen Achse einer Amplitude auf der vertikalen Achse zu, die angibt in welchem Maß das Signal Schall der betreffenden Frequenz umfasst.
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Der Frequenzgang eines beispielhaften Eingangssignals 51 ist dabei in einem Bereich oberhalb einer ersten Grenzfrequenz konstant. Das bedeutet, dass Schall einer ersten Frequenz mit der gleichen Amplitude in dem Eingangssignal vorliegt wie Schall einer zweiten Frequenz, wenn sowohl die erste Frequenz als auch die zweite Frequenz oberhalb der ersten Grenzfrequenz liegen. Für Frequenzen unterhalb der oberen Frequenzen fällt die Amplitude mit sinkender Frequenz bis auf Null ab, sodass Schall sehr tiefer Frequenzen kaum bis gar nicht durch den herkömmlichen Schallwandler aufgenommen wird. Die erste Grenzfrequenz ist dabei 10 Hz.
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Der Frequenzgang des Aufnahmesignals 52 weist demgegenüber einen differenzierteren Verlauf auf. Dabei ist die Amplitude für Frequenzen unterhalb einer zweiten Grenzfrequenz gering, zwischen 0% und 10% einer maximalen Amplitude. Ebenso ist die Amplitude für Schall mit Frequenzen oberhalb einer dritten Grenzfrequenz gering, zwischen 0% und 10% einer maximalen Amplitude. Dabei ist die zweite Grenzfrequenz 300 Hz und die dritte Grenzfrequenz 5 kHz. Für Schall mit einer Frequenz zwischen der zweiten und der dritten Grenzfrequenz ist die Amplitude hoch, zwischen 10% und 100% der maximalen Amplitude. In anderen Worten weist der Frequenzgang des Aufnahmesignals 52 eine Bandpassform gegenüber dem Frequenzgang des Eingangssignals 51 auf. In anderen Worten zeigen der Frequenzgang des Aufnahmesignals 52 und der Frequenzgang des Eingangssignals 51, dass das Aufnahmesignal 52 durch eine Bandpassfilterung des Eingangssignals 51 entstanden ist. Dadurch kann der Schallwandler bestimmte Schallsignale, beispielsweise menschliche Sprache, besonders klar und störungsfrei aufnehmen. Dadurch, dass die Bandpasswirkung bereits das akustische Aufnahmesignal betrifft und nicht erst das elektrische Ausgangssignal, können geringere Anforderungen an eine Schallaufnahmevorrichtung gestellt werden. Beispielsweise können Störsignale, die in dem Aufnahmesignal 52 gedämpft sind, die Schallaufnahmevorrichtung nicht in einen Bereich eines Auslenkungsmaximums, der auch Clippingbereich genannt wird, bringen. Dadurch kann ein klares und ungestörtes elektrisches Signal auch basierend auf einem mit starken Störsignalen überlagerten akustischen Eingangssignal und auch mit einer günstigen, einfachen Schallaufnahmevorrichtung, generiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schallwandler
- 2
- Schallleitvorrichtung
- 21
- Schalleingangsöffnung
- 22
- Schallaufnahmeende
- 3
- Schallaufnahmevorrichtung
- 41
- Dämmmaterial
- 42
- schalldurchlässige Bespannung
- 51
- Eingangssignal
- 52
- Aufnahmesignal
