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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektroakustik und insbesondere auf Konzepte zum Aufzeichnen und Wiedergeben von akustischen Signalen.
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Typischerweise werden akustische Szenen unter Verwendung eines Satzes von Mikrofonen aufgenommen. Jedes Mikrofon gibt ein Mikrofonsignal aus. Für eine Audioszene eines Orchesters, beispielsweise, können 25 Mikrofone verwendet werden. Dann führt ein Toningenieur eine Mischung der 25 Mikrofon-Ausgangssignale in, beispielsweise, ein Standardformat durch, wie beispielsweise ein Stereoformat, ein 5.1-, ein 7.1-, ein 7.2-, oder ein anderes entsprechendes Format. Bei einem Stereoformat werden beispielsweise durch den Toningenieur oder einen automatischen Mischprozess zwei Stereokanäle erzeugt. Bei einem 5.1-Format resultiert das Mischen in fünf Kanälen und einem Subwoofer-Kanal. Analog hierzu wird beispielsweise in einem 7.2-Format eine Mischung in sieben Kanäle und zwei Subwoofer-Kanäle vorgenommen. Wenn die Audioszene in einer Wiedergabeumgebung „gerendert“ bzw. aufbereitet werden soll, wird ein Mischergebnis an elektrodynamische Lautsprecher angelegt. In einem Stereo-Wiedergabeszenario existieren zwei Lautsprecher, wobei der erste Lautsprecher den ersten Stereokanal empfängt, und der zweite Lautsprecher den zweiten Stereokanal empfängt. In einem 7.2-Wiedergabeformat existieren beispielsweise sieben Lautsprecher an vorbestimmten Positionen und darüber hinaus zwei Subwoofer, die relativ beliebig platziert werden können. Die sieben Kanäle werden an die entsprechenden Lautsprecher angelegt, und die zwei Subwoofer-Kanäle werden an die entsprechenden Subwoofer angelegt.
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Die Verwendung einer einzigen Mikrofonanordnung bei der Erfassung von Audiosignalen und die Verwendung einer einzigen Lautsprecheranordnung bei der Wiedergabe der Audiosignale vernachlässigen typischerweise die wahre Natur der Schallquellen. Das europäische Patent
EP 2 692 154 B1 beschreibt ein Set zum Erfassen und Wiedergeben einer Audioszene, bei dem nicht nur die Translation aufgenommen und wiedergegeben wird, sondern auch die Rotation und darüber hinaus auch die Vibration. Daher wird eine Tonszene nicht nur durch ein einziges Erfassungssignal oder ein einziges gemischtes Signal wiedergegeben, sondern durch zwei Erfassungssignale oder zwei gemischte Signale, die einerseits simultan aufgezeichnet werden, und die andererseits simultan wiedergegeben werden. Damit wird erreicht, dass unterschiedliche Emissionscharakteristika von der Audioszene im Vergleich zu einer Standard-Aufnahme aufgezeichnet werden und in einer Wiedergabeumgebung wiedergegeben werden.
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Hierzu wird, wie es in dem europäischen Patent dargestellt ist, ein Satz von Mikrofonen zwischen der akustischen Szene und einem (gedachten) Zuhörerraum platziert, um das „konventionelle“ oder Translations-Signal zu erfassen, das sich durch eine hohe Gerichtetheit bzw. hohe Güte auszeichnet.
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Darüber hinaus wird ein zweiter Satz von Mikrofonen oberhalb oder seitlich von der akustischen Szene platziert, um ein Signal mit niedriger Güte bzw. niedriger Gerichtetheit aufzuzeichnen, das die Rotation der Schallwellen im Gegensatz zur Translation abbilden soll.
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Auf der Wiedergabeseite werden an den typischen Standardpositionen entsprechende Lautsprecher platziert, von denen jeder eine omnidirektionale Anordnung hat, um das Rotationssignal wiederzugeben, und eine direktionale Anordnung hat, um das „konventionelle“ translatorische Schallsignal wiederzugeben. Ferner existiert noch ein Subwoofer entweder an jeder der Standard-Positionen oder nur ein einziger Subwoofer an irgendeiner Stelle.
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Das europäische Patent
EP 2 692 144 B1 offenbart einen Lautsprecher zum Wiedergeben von, einerseits, dem translatorischen Audiosignal und, andererseits, dem rotatorischen Audiosignal. Der Lautsprecher hat also eine omnidirektional emittierende Anordnung einerseits und eine direktional emittierende Anordnung andererseits.
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Das europäische Patent
EP 2 692 151 B1 offenbart ein Elektretmikrofon, das zum Aufzeichnen des omnidirektionalen oder des direktionalen Signals eingesetzt werden kann.
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Das europäische Patent
EP 3 061 262 B1 offenbart einen Ohrhörer und ein Verfahren zum Herstellen eines Ohrhörers, der sowohl ein translatorisches Schallfeld als auch ein rotatorisches Schallfeld erzeugt.
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US 2017 / 0 155 989 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Lautsprechergrills eines Lautsprechers in einem Fahrzeug.
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US 2013 / 0 243 238 A1 offenbart ein planares Lautsprechersystem, welches einen unteren Rahmen mit einem Hohlraum umfasst.
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Die zur Erteilung vorgesehene europäische Patentanmeldung
EP 3 061 266 A1 offenbart einen Kopfhörer und ein Verfahren zum Erzeugen eines Kopfhörers, der ausgebildet ist, um unter Verwendung eines ersten Wandlers das „konventionelle“ translatorische Schallsignal zu erzeugen, und unter Verwendung eines zweiten senkrecht zum ersten Wandler angeordneten Wandlers das rotatorische Schallfeld zu erzeugen.
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Die Aufzeichnung und Wiedergabe des rotatorischen Schallfelds zusätzlich zum translatorischen Schallfeld führt zu einer signifikant verbesserten und damit hochqualitativen Audiosignalwahrnehmung, die nahezu den Eindruck eines Live-Konzertes vermittelt, obgleich das Audiosignal durch Lautsprecher oder Kopf- bzw. Ohrhörer wiedergebeben wird.
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Damit wird ein Schallerlebnis erreicht, das nahezu nicht unterscheidbar von der ursprünglichen Tonszene ist, bei der der Schall nicht durch Lautsprecher, sondern durch Musikinstrumente oder menschliche Stimmen emittiert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass berücksichtigt wird, dass der Schall nicht nur translatorisch, sondern auch rotatorisch und gegebenenfalls auch vibratorisch emittiert wird und daher entsprechend aufgezeichnet und auch wiedergegeben werden soll.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zum Wiedergeben dieses gesamten aufgezeichneten Schalls zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lautsprechersystem nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben des Lautsprechersystems nach Patentanspruch 18, oder ein Verfahren zum Herstellen des Lautsprechersystems nach Patentanspruch 19 gelöst.
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Das Lautsprechersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Wandler, welcher ausgebildet ist, um ein elektrisches Signal in Schallwellen umzuwandeln, und welcher eine eingespannte Membran aufweist, welche ausgebildet ist, um durch das elektrische Signal ausgelenkt zu werden. Die Membran weist einen Auslenkbereich auf, welcher in Relation zu einer Ruheposition der Membran auslenkbar ist. Die Membran weist ferner einen Einspannbereich auf, welcher in Relation zum Auslenkbereich weniger oder nicht auslenkbar ist. Der Wandler ist in einem Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse Perforierungen aufweist, um einen Austritt der Schallwellen in eine äußere Umgebung zu ermöglichen. Gemäß dem vorgeschlagenen Lautsprechersystem sind die Perforierungen überwiegend näher zu dem Einspannbereich als zu dem Auslenkbereich an dem Gehäuse angeordnet. Insbesondere sind die Perforierungen ausschließlich dem Einspannbereich gegenüberliegend angeordnet. Es wurde heraus gefunden, dass durch das überwiegende Anordnen der Perforierungen gegenüber dem Einspannbereich Rotationsschwingungen, welche am Einspannbereich durch die eingespannte Membran entstehen, unmittelbar das Lautsprechersystem verlassen können und damit zu einem Hörerlebnis beitragen können, welches einem live Erlebnis nahe kommt. Bevorzugt kann das Gehäuse mit nicht parallelen Seitenwänden oder Wandungen aufgebaut sein. Hierdurch kann beispielsweise vermieden werden, dass stehende Wellen durch die Reflexion der Schallwellen innerhalb des Gehäuses entstehen. Das Entstehen stehender Wellen kann nachteilig für das Lautsprechersystem sein, insbesondere bei Resonanzfrequenzen des Lautsprechersystems.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Lautsprechersystem welches umfasst: einen Wandler, welcher ausgebildet ist, um ein elektrisches Signal in Schallwellen umzuwandeln, und welcher eine eingespannte Membran aufweist, welche ausgebildet ist, um durch das elektrische Signal ausgelenkt zu werden, wobei die Membran einen Auslenkbereich, welcher in Relation zu einer Ruheposition der Membran auslenkbar ist, und einen Einspannbereich aufweist, welcher in Relation zum Auslenkbereich weniger oder nicht auslenkbar ist, ein Gehäuse, in welchem der Wandler angeordnet ist, wobei das Gehäuse Perforierungen aufweist, um einen Austritt der Schallwelle in eine äußere Umgebung zu ermöglichen, wobei die Perforierungen überwiegend näher zu dem Einspannbereich als zu dem Auslenkbereich an dem Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse Seitenflächen aufweist, die nicht parallel zueinander ausgebildet sind, wobei die Seitenflächen vertikal zu einer Bodenfläche und/oder zu einer Dachfläche des Gehäuses verlaufen, wobei an einem Scheitelpunkt der parabelförmigen oder hyperbelförmigen oder elliptischen Fläche die zu dieser Fläche gehörigen Symmetrieachsen einen Winkel von 30° aufschlagen, wobei die Perforierungen sich überwiegend oder vollständig entlang einer Seitenfläche in dem Verbindungsbereich senkrecht zu einem Bereich um den Scheitelpunkt der der parabelförmigen oder hyperbelförmigen oder elliptischen Fläche erstrecken.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Lautsprechersystems, wie hierin bereits beschrieben und ein Anlegen eines Signals an den Wandler, so dass ein elektrisches Signal in eine Schallwelle umgewandelt wird und ein Anteil der Schallwellen sich durch die Perforierungen hindurch in eine äußere Umgebung des Lautsprechersystems ausbreitet. Dadurch, dass beim Betreiben des Lautsprechersystems das hierin beschriebene Lautsprechersystem verwendet wird, können überwiegend Rotationsschwingungen das Lautsprechersystem ungehindert verlassen. Hierzu sind die Perforierungen, welches ein ungehindertes Verlassen des Lautsprechersystems erlauben, überwiegend näher zu dem Anspannbereich als zu dem Auslenkbereich an dem Gehäuse angeordnet. Mit anderen Worten, die Schwingungen der Membran, welche im Bereich der eingespannten Membran entstehen, sobald ein Signal angelegt wird, können das Lautsprechersystem durch die unmittelbar gegenüber liegenden Perforierungen verlassen. Die Schwingungen, welche im Auslenkbereich, also in dem Bereich der Membran, welcher nicht durch die Einspannung der Membran von einer Vibration abhalten werden, hingegen entstehen, werden von einem ungehinderten Austritt durch das Gehäuse gehindert. Vielmehr kann das Gehäuse oder ein an dem Gehäuse angebrachtes schallschluckendes Material die Schallwellen, welche durch den Auslenkbereich entstehen, absorbieren und/oder in einen Innenraum des Lautsprechersystems reflektieren. Mit dem Betrieb des vorliegenden Lautsprechersystems kann ein Eindruck eines live-Erlebnisses vermittelt werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lautsprechersystems, welches hierin beschrieben ist. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Wandlers, welcher ein elektrisches Signal in Schallwellen wandelt. Das Verfahren umfasst ferner ein Einspannen einer Membran, so dass die Membran durch die umgewandelte Schallwelle ausgelenkt wird, wobei die Membran in einem Auslenkbereich in Relation zu einer Ruheposition der Membran ausgelenkt wird und in einem Einspannbereich in Relation zum Auslenkbereich weniger oder nicht ausgelenkt wird. Mit anderen Worten, die Membran in dem Auslenkbereich kann zu ungestörten Schwingungen angeregt werden, während die Membran in dem Einspannbereich nur beschränkt zu Schwingungen angeregt werden kann. Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen eines Gehäuses und ein Anordnen von Perforierungen an dem Gehäuse, um einen Austritt der Schallwellen in eine äußere Umgebung zu ermöglichen; wobei die Perforierungen überwiegend näher zu dem Einspannbereich als zu dem Auslenkbereich an dem Gehäuse angeordnet werden. Schließlich umfasst das Verfahren ein Anordnen des Wandlers in dem Gehäuse. Bevorzugt kann der Wandler hierbei lediglich an einer Seite mit einer Wandung des Gehäuses gekoppelt werden. Vorliegend wird für den Begriff Wandung auch der Begriff Seitenfläche verwendet und umgekehrt.
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Mit dem hierin beschriebenen Lautsprechersystem oder dem Verfahren zum Betreiben eines Lautsprechersystems kann eine Wiedergabe des rotatorischen Anteils des Schallfeldes erreicht werden, wodurch zusammen mit einer Wiedergabe eine konventionellen Lauptsprechers ein Schallerlebnis erreicht wird, das nahezu nicht unterscheidbar von der ursprünglichen Tonszene ist, bei der der Schall durch Musikinstrumente oder menschliche Stimmen emittiert wird. Mittels des vorgeschlagenen Lautsprechersystems wird insbesondere erreicht, dass der Schall nicht nur translatorisch, sondern auch, insbesondere überwiegend, rotatorisch und gegebenenfalls auch vibratorisch emittiert werden kann. Gerade die Rotationsschwingungen können dazu bei tragen, einem Höher ein Live-Erlebnis zu vermitteln.
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Es versteht sich, dass einzelne Aspekte, welche in Bezug auf das Lautsprechersystem beschrieben sind, auch als Verfahrensschritt umgesetzt werden können und umgekehrt. Weitere Details werden im Rahmen der nachfolgenden Bildbeschreibung erörtert.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
- 1 ein vorgeschlagenes Lautsprechersystem in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 eine Draufsicht auf das Lautsprechersystems gemäß 1;
- 3a, b eine Draufsicht auf alternative Formen des vorgeschlagenen Lautsprechersystems;
- 4a-c eine Draufsicht auf das Gehäuse des Wandlers (4a); eine Draufsicht auf die Membran des Wandlers (4b); eine Seitenansicht auf den Wandler (4c); und
- 5 eine Schematische Darstellung einer Translationsschwingung, einer Rotationsschwingung und einer Vibrationsschwingung an einem dreiatomigen Molekül;
- 6 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Betreiben eines Lautsprechersystems; und
- 7 ein Ablaufschema zum Herstellen eines Lautsprechersystems.
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Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den 1 bis 7 beschrieben. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.
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1 zeigt ein vorgeschlagenes Lautsprechersystem 10 in einer perspektivischen Ansicht und 2 zeigt eine Draufsicht auf das Lautsprechersystem 10 gemäß 1. Das Lautsprechersystem 10 umfasst einen Wandler 20, welcher ausgebildet ist, um ein elektrisches Signal in Schallwellen umzuwandeln. Der Wandler 20 weist eine eingespannte Membran 30 auf, welche ausgebildet ist, um durch das elektrische Signal ausgelenkt zu werden, wobei die Membran 30 einen Auslenkbereich 32, welcher in Relation zu einer Ruheposition 34 der Membran 30 auslenkbar ist, und einen Einspannbereich 36 aufweist, welcher in Relation zum Auslenkbereich 32 weniger oder nicht auslenkbar ist. In 1 und 2 ist die Membran 30 in ihrer Ruheposition 34 gezeigt. Die Ruheposition ist jene Position, die die Membran 30 einnimmt, wenn kein Signal an dem Wandler 20 angelegt ist. Salopp gesagt, wenn das Lautsprechersystem abgeschaltet ist, befindet sich die Membran 30 in ihrer Ruheposition 34. Wenn an den Wandler 20 ein Signal angelegt ist, so wird die Membran 30 zu Schwingungen angeregt. Da die Membran 30 in dem Wandler 20 eingespannt ist, weist die Membran 30 einen Einspannbereich 36 auf, in welchem die Schwingungen durch die Einspannung der Membran 30 nur bedingt schwingen können. Ferner weist die Membran 30 einen Auslenkbereich 32 auf, in welchem die Schwingungen nahezu frei schwingen können. Beispielsweise schwingt die Membran in der x-y Ebene, wenn sich die Membran parallel zu einer y-z Ebene in Ruheposition 34 befindet. Ein entsprechendes Koordinatensystem ist in den 1 bis 4 eingezeichnet. Der Einspannbereich 36 und der Auslenkbereich 32 sind ferner in den 2 und 3 durch die gestrichelten Linien angedeutet.
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Der Wandler 20 ist in einem Gehäuse 40 angeordnet, wobei das Gehäuse 40 Perforierungen 50 aufweist, um einen Austritt der Schallwelle in eine äußere Umgebung zu ermöglichen. Die die Perforierungen 50 sind überwiegend näher zu dem Einspannbereich 36 als zu dem Auslenkbereich 32 an dem Gehäuse 40 angeordnet. Insbesondere sind die Perforierungen 50 ausschließlich dem Einspannbereich 36 gegenüberliegend angeordnet. Hierdurch können Schallwellen, die in der Nähe des Einspannbereiches 36 gebildet werden, das Gehäuse 40 umgehend, insbesondere ohne vorherige Reflexion an dem Gehäuse 40, verlassen. Es wurde ferner herausgefunden, dass es sich bei den Schallwellen, welche im Einspannbereich gebildet werden, sich vorwiegend um Rotationsschwingungen 94 handelt. Mit dem vorgeschlagenen Lautsprechersystem können bevorzugt Rotationsschwingungen zusätzlich zu Translationsschwingungen 96 freigesetzt werden, da durch die Perforierungen 50 am Gehäuse 40 die Rotationsschwingungen direkt in eine äußere Umgebung hinaustreten können, ohne vorher unnötig reflektiert zu werden. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kann folglich darin zu sehen sein, dass die Perforierungen 50 des Gehäuses 40 dort angeordnet sind, wo sie dem Einspannbereich 36 am nächsten sind.
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Das Gehäuse 40 weist Seitenflächen 42 aufweist, die nicht parallel zueinander ausgebildet sind. Solche nicht parallel zueinander ausgebildeten Seitenflächen 42 sind den 1, 2 und 3b gezeigt. Bei nicht parallelen Seitenflächen kann die Wahrscheinlichkeit, dass stehende Wellen bei Reflexion der Schallwellen an den Seitenflächen 42 des Gehäuses 40 entstehen, stark reduziert, insbesondere eliminiert, werden. Es ist auch denkbar, dass die Seitenflächen 42 parallel zu einander ausgebildet sind, wie dieses in 3a gezeigt ist. In einem solchen Fall kann die Wahrscheinlichkeit, dass stehende Wellen entstehen können, größer als bei nicht parallelen Seitenflächen 42 sein. Jedoch kann der Entstehung von stehenden Wellen auch dadurch entgegen gewirkt werden, indem schallschluckende Materialen an den Seitenflächen 42 bzw. entlang den Seitenflächen 42 wenigstens teilweise platziert werden.
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Bevorzugt ist der Wandler 20 ein Flächenwandler, der zwischen den Seitenflächen 42 angeordnet ist, wobei zwischen dem Flächenwandler und einer ersten Seitenfläche 42 ein erster Winkel α gebildet wird und zwischen dem Flächenwandler und einer zweiten Seitenfläche 42 ein zweiter Winkel β wird, wenn jeweils eine Tangente an die Seitenfläche 42 und eine Achse durch den Wandler 20 gelegt wird, wie dieses in 2 und 3b gezeichnet ist. Hierbei sind der erste und der zweite Winkel \α, β spitze Winkel. Bevorzugt sind der erste Winkel und der zweite Winkel gleich, d.h. α=β, oder der erste und der zweite Winkel unterscheiden sich höchstens um 20% voneinander, d.h. α=β±20%. Besonders bevorzugt umfassen der erste und zweite Winkel a, β jeweils 15°, d.h. α+β=30°. Ferner ist es denkbar, dass die Seitenflächen 42 in einem Schnitt Senkrecht zu der Seitenfläche 42, also in einer Draufsicht wie beispielsweise in den 2 und 3 gezeigt, einen Kurvenförmigen Verlauf haben. Es ist ferner denkbar, dass zwei gegenüberliegende Seitenflächen 42 in einem Schnitt zwei unterschiedliche Kurvenverläufe aufweisen (nicht gezeigt). Beispielsweise könnte ein Kurvenverlauf parabelförmig sein, und der andere Kurvenverlauf könnte ein Polynom höherer Ordnung oder eine Gerade sein. Aus ästhetischen Gründen werden jedoch zwei zueinander symmetrische Kurvenverläufe der Seitenflächen 42 bevorzugt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind auf der Membran 30 Leitungen 60 aufgebracht, in die das elektrische Signal einspeisbar ist, wobei auf wenigstens einer Seite der Membran 30 ein Array von Permanentmagneten 62 angeordnet ist, die von der Membran 30 beabstandet sind und voneinander beabstandet sind, so dass sich zwischen den Permanentmagneten 62 die Schallwellen ausbreiten können. Solche Leitungen 60 sind beispielsweise in 4b schematisch gezeigt. Die Leitungen 60 können meanderförmig auf der Membran 30 angeordnet sein. Die Leitungen 60 können derart auf der Membran 30 aufgebracht sein, dass die Leitungen 60 eine oder mehrere Spulen 70 ausbilden.
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4a zeigt eine Draufsicht auf das Gehäuse des Wandlers 20; 4b zeigt eine Draufsicht auf die Membran 30 des Wandlers 20 und 4c zeigt eine Seitenansicht auf den Wandler 20. Das Gehäuse der Wandlers 20, d.h. das Wandlergehäuse 22, kann bevorzugt Löcher 92 aufweisen und Verprägungen 90. Diese ist beispielsweise in 4a schematisch skizziert. Durch die Löcher 92 des Wandlergehäuses 22 können die Schallwellen den Wandler 22 verlassen. Außerdem kann durch die Löcher 92 Wärme durch Konvektion wenigstens teilweise abtransportiert werden. Eine Bessere Abführung der entstehenden Wärme kann durch das Wandlergehäuse 22 erfolgen, welches bevorzugt metallisch ausgebildet ist. Die Verprägungen 90 können als Kälterippen die entstehende Wärme gezielt abführen. Außerdem verleihen die Verprägungen 90 dem Wandlergehäuse 22 Stabilität. In dem Wandlergehäuse 22 ist die Membran 30 angeordnet, wobei die Membran in 4b skizziert ist. 4c zeigt in einer Seitenansicht, dass die Permanentmagnete 62 zu der Membran 30 und untereinander beabstandet angebracht sind. Die Permanentmagnete 62 sind beispielsweise auf einem Array oder direkt auf einer der Membran 30 zugewandten Seite des Wandlergehäuses 22 angeordnet. Die Membran 30 kann zwischen zwei Sicken 98 eingespannt sein (siehe 4c).
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Durch die Abstände der Permanentmagnete 62 zueinander können die Schallwellen den Wandler 20 unreflektiert verlassen und in den Raum 43 zwischen Wandler 20 und Seitenfläche 42 dringen. Der Wandler 20 mit seiner eingespannten Membran 30 ist dazu ausgebildet, Translationsschwingungen 96 im Auslenkbereich 32 und Rotationsschwingungen 94 im Einspannbereich 36 zu erzeugen. Dadurch, dass die Perforierungen 50 näher am Einspannbereich 36 als am Auslenkbereich 32 angeordnet sind, können bevorzugt die erzeugten Rotationsschwingungen 94 das Gehäuse 40 unreflektiert verlassen, so dass bevorzugt ein größerer Anteil an Rotationsschwingungen 94 im Verhältnis zu den Translationsschwingendgen 96 ein Gehör eines Nutzers erreichen kann.
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Die Leitungen 60 auf der Membran 30 sind als Spulen 70 ausgebildet und auf der Membran 30 angeordnet. Bevorzugt sind die Leitungen 60 mäanderförmig auf der Membran angeordnet, insbesondere aufgedruckt. Auch auf der zweiten Seite der Membran 30 ist ein weiteres Array von Permanentmagneten 62 angeordnet, die von der Membran 30 beabstandet sind und voneinander beabstandet sind, so dass sich zwischen den Permanentmagneten 62 die Schallwellen ausbreiten können. Insbesondere sind die Permanentmagnete 62 feststehend angeordnet. Dies bedeutet, dass sich die Membran 30 zusammen mit den Leitungen 60 relativ zu den feststehenden Permanentmagneten 62 bewegt, wenn ein Signal an die Leitungen 60 angelegt ist. Bevorzugt wird eine Wechselspannung an die Leitungen 60 angelegt, sodass die Membran 30 zu schwingen beginnt.
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Bevorzugt sind die Seitenflächen 42 über einen Verbindungsbereich 44 verbunden, so dass die Seitenflächen 42 in dem Verbindungsbereich 44 näher beieinanderliegen, wobei die Perforierungen 50 überwiegend oder vollständig in dem Verbindungsbereich 44 angeordnet sind. Der Verbindungsbereich 44 liegt einem der zwei Einspannbereiche 36 der Membran 30 gegenüber. Der Verbindungsbereich 44 wird durch die Bereiche der Seitenflächen 42 ausgebildet, welche aneinander grenzen, insbesondere welche miteinander verbunden sind. Die Perforierungen 50 sind in dem Verbindungsbereich 44 näher zueinander angeordnet. Insbesondere sind die Perforierungen 50 dort näher zueinander angeordnet, wo zwei Seitenflächen 42 ineinander übergehen.
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Bevorzugt verlaufen die Seitenflächen 42 vertikal zu einer Bodenfläche 46 und/oder zu einer Dachfläche 47 des Gehäuses 40. Dabei verlaufen die Bodenfläche 46 und die Dachfläche 47 parallel zueinander und/oder sind kongruent zueinander ausgebildet. Bevorzugt ist der Flächeninhalt der Bodenfläche 46 und der Dachfläche 47 gleich. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Bodenfläche 46 und die Dachfläche 47 zwar parallel zueinander verlaufen, jedoch nicht übereinander verlaufen, sondern versetzt zu einander. In einem solchen Fall sind die Seitenflächen 42 nicht senkrecht zu der Bodenfläche 46 und zu der Dachfläche 47 angeordnet. Es ist ferner denkbar, dass die Bodenfläche 46 und die Dachfläche 47 einen unterschiedlichen Flächeninhalt aufweisen. In einem solchen Fall sind die Seitenflächen 42 nicht senkrecht zu der Bodenfläche 46 und zu der Dachfläche 47 angeordnet. Bevorzugt weisen die Bodenfläche 46 und die Dachfläche 47 eine, parabelförmige Fläche, hyperbelförmige oder eine elliptische Fläche auf. Eine Parabelförmige Dachfläche 47 ist beispielsweise in den 1 und 2 zu sehen. An einem Scheitelpunkt der parabelförmigen oder hyperbelförmigen oder elliptischen Fläche schlagen die zu dieser Fläche gehörigen Symmetrieachsen 80 bzw. Tangenten 80 bevorzugt einen Winkel von 30° auf.
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Weiter bevorzugt erstrecken sich die Perforierungen 50 überwiegend oder vollständig entlang einer Seitenfläche 42 in dem Verbindungsbereich 44 senkrecht zu einem Bereich 48 um den Scheitelpunkt der der parabelförmigen oder hyperbelförmigen oder elliptischen Fläche. Mit anderen Worten der Bereich 48 um den Scheitelpunkt herum bildet den Verbindungsbereich 44, in dem zwei Seitenflächen 42 miteinander verbunden sind.
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Bevorzugt ist an der Bodenfläche 46 und/oder an der Dachfläche 47 ein schallwellenschluckendes Material 52 angeordnet. Ein Schallschluckendes Material 52 kann an den Seitenflächen 42 angeordnet sein, und zwar dort wo keine Perforierungen 50 am Gehäuse angebracht sind. Es ist nämlich auch denkbar, dass ein paar Perforierungen 50 an den Seitenflächen 42 des Gehäuses angebracht sind, so dass die paar Perforierungen 50 dem Auslenkbereich 32 gegenüberliegen. Hierdurch können auch Translationsschwingungen 96 das Gehäuse 40 unmittelbar verlassen. Bevorzugt bestehen die Seitenflächen 42 aus Metall, oder einem anderen Schallwellen reflektierenden Material. Durch Verwendung von Schallwellen reflektierenden Material für das Gehäuse 40 und Anbringen schallschluckender Materialen 52 sowie Anbringen der Perforierungen 50 kann gezielt eine gewünschte Intensität aus Rotationsschwingungen 94 und Translationsschwingungen 96 an eine äußere Umgebung abgegeben werden.
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Bevorzugt ist der Wandler 20 an einem Ende an einer Seitenfläche 42 angebracht und liegt an einem gegenüberliegenden Ende dem Verbindungsbereich 44 beabstandet gegen. Wie es beispielsweise in 1 zu sehen ist, liegt die Seitenfläche 42, an dem der Wandler 20 angebracht ist, zwischen den beiden Seitenflächen 42, welche über den Verbindungsbereich 44 miteinander verbunden sind.
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Bei der Erzeugung von Schallenergie werden Luftmoleküle, zum Beispiel zwei- und dreiatomige Gasmoleküle, angeregt. Es gibt drei verschiedene Mechanismen, die für die Stimulation verantwortlich sind. Es wird auf das Deutsche Patent
DE 198 19 452 C1 verwiesen. Diese drei Mechanismen sind schematisch in
5 zusammengefasst. Der erste Mechanismus bzw. die erste Anregung ist die Translation. Die Translation beschreibt die lineare Bewegung der Luftmoleküle oder Atome in Bezug auf den Schwerpunkt des Moleküls. Die zweite Art der Anregung ist die Rotation, bei der sich die Luftmoleküle oder Atome um den Schwerpunkt des Moleküls drehen. Der Schwerpunkt ist in
5 bei 700 angegeben. Der dritte Mechanismus ist der Vibrationsmechanismus, bei dem sich die Atome eines Moleküls in Richtung zum und vom Schwerpunkt der Moleküle hin und her bewegen.
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6 zeigt ein Ablaufschema eines Verfahrens 600 zum Betreiben eines Lautsprechersystems 10. Das Verfahren 600 umfasst in Schritt 610 ein Bereitstellen eines Lautsprechersystems 10, wie es hierin beschrieben worden ist; und in Schritt 620 ein Anlegen eines Signals an den Wandler, so dass ein elektrisches Signal in eine Schallwelle umgewandelt wird und ein Anteil der Schallwellen sich durch die Perforierungen 50 hindurch in eine äußere Umgebung des Lautsprechersystems 10 ausbreitet. Bevorzugt wird zum Betreiben des Lautsprechersystems 10 ein Wechselspannungssignal an die Leitungen 60 der Spule 70 angelegt. Hierdurch kann die Membran 30 gegenüber den feststehenden Permanentmagneten 62 zu Schwingungen angeregt werden.
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7 zeigt ein Ablaufschema zum Herstellen eines Lautsprechersystems 10. Das Verfahren 800 umfasst in Schritt 810 ein Bereitstellen eines Wandlers 20, welcher ein elektrisches Signal in Schallwellen wandelt, und zeigt in Schritt 820 ein Einspannen einer Membran 30, so dass die Membran 30 durch die umgewandelte Schallwelle ausgelenkt wird, wobei die Membran 30 in einem Auslenkbereich 32 in Relation zu einer Ruheposition 34 der Membran 30 ausgelenkt wird und in einem Einspannbereich 36 in Relation zum Auslenkbereich 32 weniger oder nicht ausgelenkt wird. Schritt 830 umfasst ein Bereitstellen eines Gehäuses 40 und Schritt 840 umfasst ein Anordnen von Perforierungen 50 an dem Gehäuse 40, um einen Austritt der Schallwellen in eine äußere Umgebung zu ermöglichen; wobei die Perforierungen 50 näher zu dem Einspannbereich 36 als zu dem Auslenkbereich 32 an dem Gehäuse 40 angeordnet sind. Schritt 850 umfasst ein Anordnen des Wandlers 20 in dem Gehäuse 40.
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Das Verfahren 800 zum Herstellen eines Lautsprechersystems 10 umfasst ferner bevorzugt ein Ermitteln einer Geometrie des Gehäuses 40; ein Ermitteln eines Musters an Perforierungen 50 an dem Gehäuse 40, so dass Schallwellen das Gehäuse über die Perforierungen 50 verlassen können; und ein Herstellen des Gehäuses 40 mit der ermittelten Geometrie und dem ermittelten Muster an Perforierungen 50.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lautsprechersystem
- 20
- Wandler
- 22
- Wandlergehäuse
- 30
- Membran
- 32
- Auslenkbereich
- 34
- Ruheposition
- 36
- Einspannbereich
- 40
- Gehäuse
- 42
- Seitenfläche
- 43
- Raum
- 44
- Verbindungsbereich
- 46
- Bodenfläche
- 47
- Dachfläche
- 48
- Bereich
- 50
- Perforierungen
- 52
- schallwellenschluckendes Material
- 60
- Leitung
- 62
- Permanentmagnet
- 70
- Spule
- 80
- Symmetrieachse, Tangente
- 90
- Verprägung
- 92
- Loch
- 94
- Rotationsschwingung
- 96
- Translationsschwingung
- 98
- Sicke
- 700
- Schwerpunkt
- 600
- Verfahren
- 610
- Schritt
- 620
- Schritt
- 800
- Verfahren
- 810
- Schritt
- 820
- Schritt
- 830
- Schritt
- 840
- Schritt
- 850
- Schritt
