DE112011104192B4 - Electroacoustic transducer arrangement and operating method therefor - Google Patents

Electroacoustic transducer arrangement and operating method therefor Download PDF

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Abstract

Elektroakustische Wandleranordnung, umfassend:- einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler (101), der eine Hauptfläche (103) aufweist, die in einem ersten Zustand konvex ist und die ein einem zweiten Zustand konkav ist;- eine flexible Umrandung (102), die sich von der Hauptfläche (103) des elektroakustischen Wandlers (101) axial weg erstreckt, wobei, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem ersten Zustand befindet, ein vom elektroakustischen Wandler (101) abgewandter Bereich (104) der Umrandung (102) nach innen geneigt ist relativ zu einer Position des Bereichs (104) der Umrandung (102), die der Bereich (104) aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem zweiten Zustand befindet, so dass ein Hohlraum, der von der Umrandung (102) und dem elektroakustischen Wandler (101) eingeschlossen wird, in dem ersten Zustand minimal ist und in dem zweiten Zustand maximal ist.An electroacoustic transducer arrangement comprising: - a flat electroacoustic transducer (101) which has a main surface (103) which is convex in a first state and which is concave in a second state; - a flexible border (102) which differs from the main surface (103) of the electroacoustic transducer (101) extends axially away, wherein when the electroacoustic transducer (101) is in the first state, an area (104) of the border (102) facing away from the electroacoustic transducer (101) is inclined relative to a position of the area (104) of the border (102) which the area (104) has when the electroacoustic transducer (101) is in the second state, so that a cavity which is defined by the border (102 ) and the electroacoustic transducer (101) is minimal in the first state and maximal in the second state.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine elektroakustische Wandleranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektroakustischen Wandleranordnung.The invention relates to an electroacoustic transducer arrangement and a method for operating such an electroacoustic transducer arrangement.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Elektroakustische Wandler, insbesondere Ultraschallwandler, sind im Automobilbereich beispielsweise von Einparkhilfen bekannt, bei denen die Wandler direkt Luft einkoppeln und die bei Frequenzen von zirka 50 KHz bei einer Reichweite von einigen Metern arbeiten.Electroacoustic transducers, in particular ultrasound transducers, are known in the automotive sector, for example from parking aids, in which the transducers couple air directly and which operate at frequencies of approximately 50 kHz with a range of a few meters.

Elektroakustische Wandler können auch in Luftmassensensoren oder Kohlenwasserstoffsensoren eingesetzt werden. Der Arbeitsbereich der Frequenzen liegt hier vorzugsweise über den Frequenzen, die während des Betriebs des Automobils insbesondere im Motorraum, beispielsweise durch einen Turbolader, auftreten.Electroacoustic transducers can also be used in air mass sensors or hydrocarbon sensors. The working range of the frequencies here is preferably above the frequencies which occur during operation of the automobile, in particular in the engine compartment, for example due to a turbocharger.

Bei elektroakustischen Wandlern, die in diesem Bereich arbeiten, ist es wichtig, einen hohen Schalldruck aufzubauen und ein gutes Einkoppeln des Ultraschalls in das zu untersuchende Medium zu ermöglichen. Insbesondere beim Einkoppeln in Luft ist dies aufgrund des hohen Impedanzunterschieds herkömmlich aufwändig.In the case of electroacoustic transducers which work in this area, it is important to build up a high sound pressure and to enable the ultrasound to be coupled well into the medium to be examined. Especially when coupling in air, this is conventionally complex due to the large difference in impedance.

Die JP H10-200 487 A zeigt eine Haltevorrichtung für einen elektroakustischen Sensor. Der Sensor weist ein ringförmiges piezoelektrisches Element auf, das mit einem metallischen, zylindrischen Resonator gekoppelt ist.The JP H10-200 487 A shows a holding device for an electroacoustic sensor. The sensor has an annular piezoelectric element which is coupled to a metallic, cylindrical resonator.

Die US 3 357 641 A beschreibt einen Aerosolerzeuger, bei dem eine Kante eines Zylinders mit Hilfe einer piezoelektrischen Scheibe zum Vibrieren gebracht wird. Mit der vibrierenden Kante kann aus einer Flüssigkeit ein Aerosol erzeugt werden.The US 3,357,641 A describes an aerosol generator in which an edge of a cylinder is made to vibrate using a piezoelectric disc. With the vibrating edge, an aerosol can be generated from a liquid.

Aus der WO 2009/086805 A1 ist ein Ultraschallwandler zur Erzeugung asymmetrischer Schallfelder bekannt, die ein Gehäuse mit einer länglich ausgebildeten Membran und einem auf einer Seite einer Hauptfläche der Membran angeordneten plattenförmigen Wandlerelement aus einem elektrorestriktiven Material aufweist, durch das die Membran zu Schwingungen im Ultraschallbereich anregbar ist.From the WO 2009/086805 A1 an ultrasonic transducer for generating asymmetrical sound fields is known, which has a housing with an elongated membrane and a plate-shaped transducer element made of an electrorestrictive material arranged on one side of a main surface of the membrane, through which the membrane can be excited to vibrate in the ultrasonic range.

Die JP H10-206 529 A beschreibt einen Ultraschallwandler.The JP H10-206 529 A describes an ultrasonic transducer.

Die US 2008/0229830 A1 betrifft einen Ultraschallsensor.The US 2008/0229830 A1 relates to an ultrasonic sensor.

Es ist wünschenswert, eine elektroakustische Wandleranordnung anzugeben, die zuverlässig arbeitet und günstig herstellbar ist. Weiterhin ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektroakustischen Wandleranordnung anzugeben.It is desirable to provide an electroacoustic transducer arrangement that works reliably and is inexpensive to manufacture. Furthermore, it is desirable to specify a method for operating such an electroacoustic transducer arrangement.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine elektroakustische Wandleranordnung einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler. Der flächig ausgedehnte elektroakustische Wandler weist eine Hauptfläche auf, die in einem ersten Zustand konvex ist und die in einem zweiten Zustand konkav ist. Die elektroakustische Wandleranordnung umfasst weiterhin eine flexible Umrandung, die sich von der Hauptfläche des elektroakustischen Wandlers axial weg erstreckt. Ein von dem elektroakustischen Wandler abgewandter Bereich der Umrandung ist, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem ersten Zustand befindet, nach innen geneigt, relativ zu einer Position des Bereichs der Umrandung, die die Umrandung aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem zweiten Zustand befindet. In one embodiment of the invention, an electroacoustic transducer arrangement comprises an electroacoustic transducer which is extended over a large area. The flat electroacoustic transducer has a main surface which is convex in a first state and which is concave in a second state. The electroacoustic transducer arrangement further comprises a flexible border that extends axially away from the main surface of the electroacoustic transducer. A region of the border facing away from the electroacoustic transducer is inclined inward when the electroacoustic transducer is in the first state, relative to a position of the region of the border which the border has when the electroacoustic transducer is in the second state ,

Die elektroakustische Wandleranordnung weist den schwingfähigen elektroakustischen Wandler auf und zusätzlich die flexible Umrandung, die im Betrieb ebenfalls schwingt. Der im Betrieb mögliche Schalldruck der elektroakustischen Wandleranordnung ist dadurch hoch und die Einkopplung an das Medium außerhalb des Wandlers ist sehr gut, da innerhalb der Umrandung das gleiche Medium wie außerhalb des Wandlers ist, woraus sich ein Impedanzsprung von 1 ergibt.The electroacoustic transducer arrangement has the vibratable electroacoustic transducer and additionally the flexible border, which also vibrates during operation. The sound pressure of the electroacoustic transducer arrangement which is possible during operation is thus high and the coupling to the medium outside the transducer is very good, since the medium inside the border is the same as outside the transducer, which results in an impedance jump of 1.

In Ausführungsformen wird die Form der Umrandung abhängig von einem vorgegebenen Arbeitsbereich bezüglich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers vorgegeben. Die elektroakustische Wandleranordnung arbeitet insbesondere in einem Arbeitsbereich von über 200 KHz, beispielsweise 300 KHz, entsprechend wird die Form der Umrandung gewählt, so dass die Umrandung in den Frequenzen des vorgegebenen Arbeitsbereichs der Wandleranordnung schwingfähig ist. Weiterhin wird in Ausführungsformen das Material der Umrandung, insbesondere ein Kunststoff, abhängig von dem vorgegebenen Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers gewählt. In Ausführungsbeispielen kann der elektroakustische Wandler eine Ummantelung aus dem Kunststoffmaterial der Umrandung aufweisen, die beispielsweise durch ein Transfermolden aufgebracht ist.In embodiments, the shape of the border is specified as a function of a specified working range with regard to the frequencies of the electroacoustic transducer. The electroacoustic transducer arrangement works in particular in a working range of over 200 KHz, for example 300 KHz, the shape of the border is selected accordingly, so that the border can oscillate in the frequencies of the predetermined working range of the transducer arrangement. Furthermore, in embodiments, the material of the border, in particular a plastic, is selected depending on the predetermined working range of the frequencies of the electroacoustic transducer. In exemplary embodiments, the electroacoustic transducer can have a casing made of the plastic material of the border, which is applied, for example, by a transfer molding.

In weiteren Ausführungsformen weist die elektroakustische Wandleranordnung eine Mehrzahl von Schwingkörpern auf, die konzentrisch in Bezug auf die Längsachse an der Hauptfläche des elektroakustischen Wandlers angeordnet sind. Die Schwingkörper verhalten sich in Betrieb wie die Umrandung. Durch die Schwingkörper wird der Schalldruck der elektroakustischen Wandleranordnung insbesondere bei hohen Frequenzen von über 300 KHz weiter erhöht.In further embodiments, the electroacoustic transducer arrangement has a plurality of vibrating bodies which are arranged concentrically with respect to the longitudinal axis on the main surface of the electroacoustic transducer. The In operation, vibrating bodies behave like the border. The vibrating body further increases the sound pressure of the electroacoustic transducer arrangement, in particular at high frequencies of over 300 KHz.

In einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer solchen elektroakustischen Wandleranordnung wird der von dem elektroakustischen Wandler abgewandte Bereich der Umrandung nach innen geneigt, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem ersten Zustand befindet, relativ zu der Position, die der Bereich der Umrandung aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler in dem zweiten Zustand befindet.In one embodiment of a method for operating such an electroacoustic transducer arrangement, the area of the border facing away from the electroacoustic transducer is inclined inward when the electroacoustic transducer is in the first state, relative to the position which the area of the border has when the electroacoustic transducer is in the second state.

Die elektroakustische Wandleranordnung wird so angeregt, dass der Hohlraum, der von der Umrandung und dem elektroakustischen Wandler eingeschlossen wird, in dem ersten Zustand minimal wird und in dem zweiten Zustand maximal wird. Dadurch kann ein hoher Schalldruck erzeugt werden und eine Dämpfung auf Grund von verschiedenen Impedanzen kann verringert oder vermieden werden.The electroacoustic transducer arrangement is excited so that the cavity enclosed by the border and the electroacoustic transducer becomes minimal in the first state and maximal in the second state. As a result, a high sound pressure can be generated and damping due to different impedances can be reduced or avoided.

Figurenlistelist of figures

Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie beispielsweise Bereiche oder Schichten, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.Further advantages, features and further developments result from the following examples explained in connection with the figures. Identical, similar and identically acting elements can be provided with the same reference symbols in the figures. The elements shown and their size relationships to one another are fundamentally not to be regarded as true to scale; rather, individual elements, such as areas or layers, can be shown in an exaggeratedly thick or large size for better representation and / or for better understanding.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Wandleranordnung gemäß einer Ausführungsform,
  • 2 eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Wandleranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
  • 3 eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Wandleranordnung der 1 in einem ersten Zustand,
  • 4 eine schematische Darstellung der elektroakustischen Wandleranordnung der 1 in einem zweiten Zustand.
Show it:
  • 1 1 shows a schematic illustration of an electroacoustic transducer arrangement according to one embodiment,
  • 2 1 shows a schematic illustration of an electroacoustic transducer arrangement according to a further embodiment,
  • 3 is a schematic representation of an electroacoustic transducer arrangement of the 1 in a first state
  • 4 is a schematic representation of the electroacoustic transducer arrangement of the 1 in a second state.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

1 zeigt eine elektroakustische Wandleranordnung 100. Die Wandleranordnung umfasst einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler 101. Der elektroakustische Wandler 101 weist seine Hauptausbreitungsrichtung in der Schnittansicht in die X-Richtung der 1 auf. In der Hauptausbreitungsrichtung im Wesentlichen gleich gerichtet der X-Achse weist der Wandler 101 eine Hauptfläche 103 auf. Der Wandler 101 ist dreidimensional ausgedehnt. Insbesondere ist der Wandler 101 rund und weist entsprechend eine Zylinderform auf. Der Wandler 101 ist eingerichtet, im Betrieb elektrische Spannung in akustische Wellen umzuwandeln. 1 shows an electroacoustic transducer arrangement 100 , The transducer arrangement comprises an electroacoustic transducer which extends over a large area 101 , The electroacoustic transducer 101 points its main direction of propagation in the sectional view in the X -Direction of the 1 on. In the main direction of propagation essentially the same direction X - The converter has an axis 101 a main area 103 on. The converter 101 is expanded three-dimensionally. In particular, the converter 101 round and has a corresponding cylindrical shape. The converter 101 is set up to convert electrical voltage into acoustic waves during operation.

Solche Schallwandler können beispielsweise als Ultraschallwandler ausgebildet sein und in Ultraschallmesssystemen eingesetzt werden, bei denen Laufzeitmessungen zur Bestimmung von Messgrößen genutzt werden. Beispiele für Schallwandler sind piezoelektrische Schallwandler, die die Eigenschaften bestimmter Materialien, wie z. B. Quarze, Piezokeramiken, etc. nutzen, um bei mechanischer Verformung proportionale Signale abzugeben oder umgekehrt sich bei geeignetem angelegtem elektrischem Feld mechanisch zu verformen. Im Betrieb breiten sich die akustischen Wellen insbesondere ausgehend von der Hauptfläche 103 aus.Such sound transducers can be designed, for example, as ultrasound transducers and can be used in ultrasound measuring systems in which transit time measurements are used to determine measured variables. Examples of sound transducers are piezoelectric sound transducers that test the properties of certain materials, such as. B. use quartz, piezoceramics, etc. to emit proportional signals in the event of mechanical deformation or, conversely, to deform mechanically with a suitable applied electric field. In operation, the acoustic waves spread particularly from the main surface 103 out.

Der Wandler 101 ist eingerichtet, akustische Wellen im Ultraschallbereich auszusenden, insbesondere Frequenzen von über 50 KHz, vorzugsweise Frequenzen im Bereich von über 200 KHz, insbesondere Frequenzen von über 300 KHz.The converter 101 is set up to emit acoustic waves in the ultrasound range, in particular frequencies of over 50 KHz, preferably frequencies in the range of over 200 KHz, in particular frequencies of over 300 KHz.

An einer Seitenfläche 111 des elektroakustischen Wandlers 101, die quer zur Hauptfläche 103 in Y-Richtung der Figur verläuft, ist eine Umrandung 102 angeordnet. Die Umrandung verläuft um den gesamten Umfang des Wandlers 101. Die Umrandung 102 erstreckt sich axial in Y-Richtung weg von dem Wandler 101. Die Umrandung 102 ist an einem Ende in Kontakt mit dem Wandler 101 und weist ein dem Wandler abgewandtes Ende 110 auf. An das abgewandte Ende 110 schließt sich ein vom elektroakustischen Wandler 101 abgewandter Bereich 104 an.On one side 111 of the electroacoustic transducer 101 that are transverse to the main surface 103 in Y- The direction of the figure is a border 102 arranged. The border runs around the entire circumference of the transducer 101 , The border 102 extends axially in Y -Direction away from the converter 101 , The border 102 is in contact with the transducer at one end 101 and has an end facing away from the transducer 110 on. To the far end 110 includes the electroacoustic transducer 101 facing area 104 on.

Eine zu einer Längsachse 105 der Anordnung 100 zugewandte Innenseite 109 der Umrandung 102 verläuft quer zur Hauptfläche 103. Insbesondere weist die Umrandung eine Hohlzylinderform auf. In weiteren Ausführungsformen verläuft die Innenseite 109 schräg zu der Fläche 103, so dass die abgewandten Enden 110 weiter von der Längsachse 105 beabstandet sind als ein Bereich der Umrandung 102, der mit dem Wandler 101 in Kontakt ist. Insbesondere weist die Umrandung die Form eines hohlen Kegelstumpfs auf.One to a longitudinal axis 105 the arrangement 100 facing inside 109 the border 102 runs across the main surface 103 , In particular, the border has a hollow cylindrical shape. In further embodiments, the inside runs 109 at an angle to the surface 103 so the opposite ends 110 further from the longitudinal axis 105 are spaced as an area of the border 102 with the converter 101 is in contact. In particular, the border has the shape of a hollow truncated cone.

Beispielsweise weist also die Wandleranordnung 100 im Querschnitt eine U-Form auf. In weiteren Ausführungsformen weist die Anordnung im Querschnitt eine V-Form auf. Die Umrandung 102 schließt mit dem Wandler 101 einen Hohlraum 107 ein, der sich in Y-Richtung der Figur von der Hauptfläche 103 bis zu einer Ebene des Endes 110 erstreckt.For example, the converter arrangement 100 in cross-section a U-shape. In further embodiments, the arrangement has a V shape in cross section. The border 102 includes with the converter 101 a cavity 107 one that is in the Y direction of the figure from the main surface 103 to a level of the end 110 extends.

Die Umrandung 102 weist ein Kunststoffmaterial auf, so dass die Umrandung 102 flexibel schwingen kann. Insbesondere ist die Umrandung elastisch. Die Umrandung ist eingerichtet, in dem Frequenzbereich zu schwingen, in dem der Wandler 101 akustische Wellen aussendet. Insbesondere ist die Umrandung 102 eingerichtet, einen Frequenzbereich zu schwingen, in dem der Wandler 101 schwingt. Das Material und die Längs- und Querausdehnung der Umrandung 102 wird abhängig von einem Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers gewählt, so dass die Umrandung im Betrieb entsprechend schwingt. Insbesondere ist dies über Versuche ermittelbar, in denen der Frequenzbereich abhängig von einem bekannten Einsatzbereich der Anordnung vorgegeben ist.The border 102 has a plastic material so that the border 102 can swing flexibly. In particular, the border is elastic. The border is set up to vibrate in the frequency range in which the transducer 101 emits acoustic waves. In particular, the border 102 set up to oscillate a frequency range in which the transducer 101 swings. The material and the length and length of the border 102 is selected depending on a working range of the frequencies of the electroacoustic transducer, so that the border vibrates accordingly during operation. In particular, this can be determined via tests in which the frequency range is predetermined as a function of a known area of use of the arrangement.

Der elektroakustische Wandler 101 ist in Ausführungsformen von einer Ummantelung 106 umgeben, die ein Kunststoffmaterial umfasst. Vorzugsweise ist das Kunststoffmaterial der Ummantelung 106 gleich dem Kunststoffmaterial der Umrandung 102. Insbesondere werden die Umrandung 102 und die Ummantelung 106 mittels eines Transfermoldverfahrens hergestellt.The electroacoustic transducer 101 is in a jacket embodiment 106 surrounded, which comprises a plastic material. The plastic material of the sheathing is preferably 106 equal to the plastic material of the border 102 , In particular, the outline 102 and the casing 106 manufactured using a transfer molding process.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anordnung 100. Zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel der 1 weist das Ausführungsbeispiel der 2 einen Schwingkörper 108 auf, der an der Hauptfläche 103 des Wandlers 101 angeordnet ist. 2 shows a further embodiment of the arrangement 100 , In addition to the embodiment of FIG 1 shows the embodiment of 2 a vibrating body 108 on that on the main surface 103 of the converter 101 is arranged.

Der Schwingkörper 108 weist wie die Umrandung 102 eine Hohlzylinderform auf. Der Schwingkörper 108 und die Umrandung 102 sind konzentrisch zur Längsachse 105 angeordnet. In weiteren Ausführungsformen weist die Anordnung 100 eine Mehrzahl von Schwingkörpern 108 auf, die konzentrisch zur Längsachse 105 auf der Hauptfläche 103 angeordnet sind. Die Schwingkörper 108 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Umrandung 102 und verhalten sich im Betrieb wie die Umrandung 102. Die Dimensionierung der Schwingkörper 108, beispielsweise die Längs- und Querausdehnung ist abhängig von dem Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers 101.The vibrating body 108 points like the outline 102 a hollow cylindrical shape. The vibrating body 108 and the outline 102 are concentric to the longitudinal axis 105 arranged. In further embodiments, the arrangement 100 a plurality of vibrating bodies 108 on, concentric to the long axis 105 on the main area 103 are arranged. The vibrating body 108 are preferably made of the same material as the border 102 and behave like the border in operation 102 , The dimensioning of the vibrating body 108 , for example the longitudinal and transverse expansion is dependent on the working range of the frequencies of the electroacoustic transducer 101 ,

3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wandleranordnung 100 gemäß der 1 im Betrieb in einem ersten Zustand des Wandlers 101. Die Hauptfläche 103 des Wandlers 101 ist in dem gezeigten ersten Zustand konvex. Die Fläche 103 ist in Y-Richtung mittig nach oben geneigt. 3 shows a perspective view of the transducer assembly 100 according to the 1 in operation in a first state of the converter 101 , The main area 103 of the converter 101 is convex in the first state shown. The area 103 is in Y - Direction inclined upwards in the middle.

Der von dem Wandler 101 abgewandte Bereich 104 der Umrandung 102 ist in dem ersten Zustand des Wandlers 101 nach innen geneigt. Insbesondere ist die Innenseite 109 der Umrandung 102 nach innen geneigt. Der Bereich 104 ist in Richtung der Längsachse 105 geneigt. Insbesondere ist der Bereich 104 maximal nach innen geneigt, wenn die Hauptfläche 103 ihre stärkste konkave Krümmung aufweist. Dadurch wird der Hohlraum 107, der von der Umrandung 102 und dem Wandler 101 eingeschlossen wird, minimal. Der Bereich 104 ist relativ zu seiner Ruheposition nach innen geneigt. Insbesondere ist der Bereich 104 im Vergleich zu einer Position des Bereichs 104 während eines zweiten Zustands des Wandlers 101 (4) nach innen geneigt.The one from the converter 101 facing away area 104 the border 102 is in the first state of the converter 101 inclined inwards. In particular, the inside 109 the border 102 inclined inwards. The area 104 is in the direction of the longitudinal axis 105 inclined. In particular, the area 104 inclined maximally inward if the main surface 103 has its strongest concave curvature. This will make the cavity 107 that of the outline 102 and the converter 101 is included, minimal. The area 104 is inclined inwards relative to its rest position. In particular, the area 104 compared to a position of the area 104 during a second state of the converter 101 ( 4 ) inclined inwards.

4 zeigt den Wandler 101 in dem zweiten Zustand während des Betriebs. Die Hauptfläche 103 ist konkav gekrümmt. Insbesondere neigt sich die Fläche 103 mittig in Y-Richtung nach unten. 4 shows the converter 101 in the second state during operation. The main area 103 is curved concavely. In particular, the surface slopes 103 in the middle of Y -Direction down.

In dem zweiten Zustand des Wandlers 101 ist der Bereich 104 der Umrandung 102 nach außen geneigt. Insbesondere ist die Innenseite 109 der Umrandung 102 nach außen geneigt. Die Innenseite 109 neigt sich in dem Bereich 104 weg von der Längsachse 105 der Anordnung. Der Bereich 104 ist in dem zweiten Zustand des Wandlers 101 im Bezug auf seine Ruheposition nach außen geneigt. Der Bereich 104 ist im zweiten Zustand des Wandlers 101 in Bezug auf seine Position im ersten Zustand des Wandlers 101 nach außen geneigt. Insbesondere ist der Bereich 104 maximal nach außen geneigt, wenn die Hauptfläche 103 ihre maximale konkave Krümmung aufweist. Dadurch nimmt der Hohlraum 107 in dem zweiten Zustand sein maximales Volumen ein.In the second state of the converter 101 is the area 104 the border 102 inclined outwards. In particular, the inside 109 the border 102 inclined outwards. The inside 109 slopes in the area 104 away from the longitudinal axis 105 the arrangement. The area 104 is in the second state of the converter 101 tilted outward in relation to its resting position. The area 104 is in the second state of the converter 101 in terms of its position in the first state of the transducer 101 inclined outwards. In particular, the area 104 maximally inclined outwards if the main surface 103 has its maximum concave curvature. This takes up the cavity 107 its maximum volume in the second state.

Im Betrieb schwingen der Wandler 101 und die Umrandung 102 zwischen dem ersten Zustand der 3 und dem zweiten Zustand der 4. Folglich wird vom Übergang des minimalen Volumens des Hohlraums 107 der 3 zum maximalen Volumen des Hohlraums 107 der 4 das Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, durch die Volumenvergrößerung in den Hohlraum eingesaugt.The converter vibrates during operation 101 and the outline 102 between the first state of 3 and the second state of 4 , Consequently, the transition from the minimum volume of the cavity 107 the 3 to the maximum volume of the cavity 107 the 4 the working medium, for example air, is sucked into the cavity by increasing the volume.

Im nächsten Schritt, also im Übergang vom Zustand der 4 zum Zustand der 3, wird das Arbeitsmedium auf Grund der Volumenverkleinerung des Hohlraums 107 ausgestoßen. Dadurch entsteht am offenen Ende der Umrandung gegenüber dem Wandler 101 eine große Amplitude der akustischen Wellen. Nachdem im Hohlraum 107 das gleiche Medium angeordnet ist wie außerhalb des Wandlers, beispielsweise jeweils Luft, ist der Impedanzsprung am offenen Ende der Umrandung 1 und entsprechend koppeln die Wellen aus dem Hohlraum besonders gut in die Umgebung ein.In the next step, i.e. in the transition from the state of 4 on the state of the 3 , the working medium becomes due to the volume reduction of the cavity 107 pushed out. This creates at the open end of the border opposite the transducer 101 a large amplitude of acoustic waves. After in the cavity 107 the same medium is arranged as outside the transducer, for example air in each case, is the impedance jump at the open end of the border 1 and accordingly the waves from the cavity couple particularly well into the environment.

So kann ein hoher Schalldruck in die Umgebung eingekoppelt werden. Zudem wird die Reichweite, insbesondere bei hohen Frequenzen, im Bezug auf herkömmliche Anordnungen, erhöht. Weiterhin lässt sich eine Dämpfung der Schallwellen, insbesondere bei im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen überwinden und die Anordnung ist über einen vergleichsweise langen Betriebszeitraum verlässlich. Die Schallkeule der aus der Öffnung der Umrandung austretenden Schallwellen kann vergleichsweise schmal ausgelegt werden. Dadurch, dass am Ausgang der Umrandung 102 kein oder nur ein geringer Impedanzunterschied zwischen dem Hohlraum 107 und der Umgebung vorliegt, kann auf eine aufwändige Impedanzanpassung verzichtet werden, wodurch die Herstellung der Anordnung vergleichsweise günstig ist. Die elektroakustische Wandleranordnung wird beispielsweise als Luftmassensensor oder als Kohlenwasserstoffsensor in Kraftfahrzeugen eingesetzt.In this way a high sound pressure can be injected into the environment. In addition, the range, especially at high frequencies, is increased in relation to conventional arrangements. In addition, damping of the sound waves can be overcome, particularly when the temperatures are high during operation, and the arrangement is reliable over a comparatively long operating period. The sound lobe of the sound waves emerging from the opening of the border can be designed to be comparatively narrow. Because at the exit of the border 102 little or no difference in impedance between the cavity 107 and the environment is present, complex impedance matching can be dispensed with, as a result of which the manufacture of the arrangement is comparatively cheap. The electroacoustic transducer arrangement is used, for example, as an air mass sensor or as a hydrocarbon sensor in motor vehicles.

Claims (8)

Elektroakustische Wandleranordnung, umfassend: - einen flächig ausgedehnten elektroakustischen Wandler (101), der eine Hauptfläche (103) aufweist, die in einem ersten Zustand konvex ist und die ein einem zweiten Zustand konkav ist; - eine flexible Umrandung (102), die sich von der Hauptfläche (103) des elektroakustischen Wandlers (101) axial weg erstreckt, wobei, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem ersten Zustand befindet, ein vom elektroakustischen Wandler (101) abgewandter Bereich (104) der Umrandung (102) nach innen geneigt ist relativ zu einer Position des Bereichs (104) der Umrandung (102), die der Bereich (104) aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem zweiten Zustand befindet, so dass ein Hohlraum, der von der Umrandung (102) und dem elektroakustischen Wandler (101) eingeschlossen wird, in dem ersten Zustand minimal ist und in dem zweiten Zustand maximal ist.Electroacoustic transducer assembly comprising: - A flat electro-acoustic transducer (101) which has a main surface (103) which is convex in a first state and which is concave in a second state; - A flexible border (102) which extends axially away from the main surface (103) of the electroacoustic transducer (101), wherein when the electroacoustic transducer (101) is in the first state, one facing away from the electroacoustic transducer (101) The region (104) of the border (102) is inclined inwards relative to a position of the region (104) of the border (102) which the region (104) has when the electroacoustic transducer (101) is in the second state, so that a cavity enclosed by the border (102) and the electroacoustic transducer (101) is minimal in the first state and maximum in the second state. Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 1, bei der sich eine Innenseite (109) der flexiblen Umrandung (102) schräg zur Hauptfläche (103) erstreckt.Electroacoustic transducer arrangement according to Claim 1 , in which an inner side (109) of the flexible border (102) extends obliquely to the main surface (103). Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 1, bei der sich eine Innenseite (109) der flexiblen Umrandung (102) quer zur Hauptfläche (103) erstreckt.Electroacoustic transducer arrangement according to Claim 1 , in which an inner side (109) of the flexible border (102) extends transversely to the main surface (103). Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Form der Umrandung (102) abhängig von einem vorgegebenen Arbeitsbereich der Frequenzen des elektroakustischen Wandlers (101) ist.Electroacoustic transducer arrangement according to one of the Claims 1 to 3 , in which the shape of the border (102) is dependent on a predetermined working range of the frequencies of the electroacoustic transducer (101). Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Umrandung (102) ein Kunststoffmaterial umfasst.Electroacoustic transducer arrangement according to one of the Claims 1 to 4 , in which the border (102) comprises a plastic material. Elektroakustische Wandleranordnung nach Anspruch 5, bei der der elektroakustische Wandler (101) eine Ummantelung (106) aus dem Kunststoffmaterial umfasst.Electroacoustic transducer arrangement according to Claim 5 , in which the electroacoustic transducer (101) comprises a casing (106) made of the plastic material. Elektroakustische Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Mehrzahl von Schwingkörper (108), die konzentrisch in Bezug auf die Längsachse (105) an der Hauptfläche (103) angeordnet sind.Electroacoustic transducer arrangement according to one of the Claims 1 to 6 comprising a plurality of vibrating bodies (108) which are arranged concentrically with respect to the longitudinal axis (105) on the main surface (103). Verfahren zum Betreiben einer elektroakustischen Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem ersten Zustand befindet, der abgewandte Bereich (104) der Umrandung (102) nach Innen geneigt wird relativ zu der Position, die der Bereich (104) der Umrandung (102) aufweist, wenn sich der elektroakustische Wandler (101) in dem zweiten Zustand befindet, so dass ein Hohlraum (107), der von der Umrandung (102) und dem elektroakustischen Wandler (101) eingeschlossen wird, in dem ersten Zustand minimal wird und in dem zweiten Zustand maximal wird.Method for operating an electroacoustic transducer arrangement according to one of the Claims 1 to 7 , in which, when the electroacoustic transducer (101) is in the first state, the opposite region (104) of the border (102) is inclined inwards relative to the position which the region (104) of the border (102) has when the electroacoustic transducer (101) is in the second state so that a cavity (107) enclosed by the border (102) and the electroacoustic transducer (101) becomes minimal in the first state and in the second Condition becomes maximum.
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