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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bilden einer Schallquelle, wobei die Vorrichtung integrierte Messmittel zum Messen einer für die Stärke der Schallquelle repräsentativen Eigenschaft umfasst, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse mit einem Schallausstrahlungsbereich, der mindestens eine Ausstrahlungsöffnung zum Ausstrahlen einer Schallwelle umfasst, und mindestens einen Schallerzeuger zum Erzeugen einer Schallwelle, der derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass eine erzeugte Schallwelle aus dem Schallausstrahlungsbereich strahlen kann, umfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es ist bekannt, die Akustik einer bestimmten Umgebung unter Verwendung eines eine Vielzahl von räumlich verteilten Lautsprechern umfassenden Messsystems zu analysieren, wobei ein einziges Mikrofon an einem bestimmten zentralen Ort positioniert wird.
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In einem alternativen Umfeld kann ein Messsystem zum Analysieren der Akustik einer Umgebung eine Vielzahl von räumlich verteilten Mikrofonen umfassen, wobei an einem zentralen Ort ein einziger Lautsprecher positioniert ist.
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Aufgrund der reziproken Natur der Schallübertragung kann eine Schallquelle durch ein Mikrofon und ein Mikrofon durch eine Schallquelle ersetzt werden, wobei eine ausgeführte Messung weiterhin dieselben Informationen liefert. Daher ist das Ausführen von Akustikmessungen mit einem Einlautsprechersystem, wie vorangehend beschrieben, im Prinzip in der Lage, dieselben Informationen zu liefern, wie das Ausführen derartiger Messungen mit einem Einmikrofonsystem.
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Bei beiden Arten von Messsystemen ist es wichtig, dass sich die zentrale Vorrichtung auf möglichst omnidirektionale Weise verhält, sodass Schall oder ein bestimmter Pegel im gesamten die Vorrichtung umgebenden dreidimensionalen Raum von einem Mikrofon empfangen oder von einem Lautsprecher ausgestrahlt wird.
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Während für ein Mikrofon die Omnidirektionalität relativ leicht erreicht werden kann, indem es kleiner gemacht wird, ist die Lösung für einen Lautsprecher weniger einfach. Das hängt mit der Tatsache zusammen, dass ein Lautsprecher eine gewisse Größe aufweisen muss, um Schall eines ausreichenden Pegels bereitzustellen. Des Weiteren muss ein Lautsprecher einen gewissen Innenraum einer gewissen Größe aufweisen, um Schall mit ausreichend tiefer Frequenz bereitstellen zu können.
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Um Omnidirektionalität bei einem Lautsprecher zu erhalten, besteht eine Standardlösung darin, ihn mit einer Vielzahl von Schallerzeugern zu versehen, wobei jeder Schallerzeuger dazu konfiguriert ist, Schall in einer anderen Richtung auszustrahlen. Wenn die mehreren Schallerzeuger in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind, ist ein derartiger Lautsprecher mit ausreichender Größe und innerem Volumen versehen, um Schall mit ausreichendem Pegel und ausreichend tiefer Frequenz zu erzeugen, während gleichzeitig Schall mit ausreichendem Pegel zur gesamten Umgebung der Vorrichtung hin ausgestrahlt werden kann.
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Ein Beispiel eines derzeit bei akustischen Analysen verwendeten Lautsprechers, der sich in relativ hohem Maß auf omnidirektionale Weise verhält, umfasst ein Gehäuse mit im Wesentlichen zwölfflächiger Form, wobei in jeder der Wände des Gehäuses, die eine Fläche der zwölfflächigen Form bedecken, ein Loch bereitgestellt wird, wobei eine Vielzahl von Schallerzeugern bereitgestellt wird und jeder Schallerzeuger eines der in den Wänden des Gehäuses bereitgestellten Löcher bedeckt.
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Es hat sich gezeigt, dass der Grad der Omnidirektionalität des zwölfflächigen Lautsprechers mit der Frequenz abnimmt. Bei Frequenzen, die höher sind als ein gewisser Grenzwert, hat sich gezeigt, dass zwischen verschiedenen Stellen in derselben radialen Entfernung von der Vorrichtung ein Unterschied von einigen dB beim Schallpegel besteht, was ein zu großer Unterschied ist, um ausreichend genaue Messungen zu liefern. Der zwölfflächige Lautsprecher weist außerdem einen relativ komplexen Aufbau auf und ist relativ teuer.
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Gewisse Arten von Lautsprechern sind bekannterweise mit einem Sensor zum Messen einer für die Stärke einer von diesem Lautsprecher gebildeten Schallquelle repräsentativen Eigenschaft ausgestattet. Ein derartiger Sensor kann zum Beispiel dazu konfiguriert sein, eine von einem Schallerzeuger beim Auslösen einer Schallwelle erzeugte Luftvolumenverdrängung oder einen dabei erzeugten Differenzluftdruck zu messen.
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Derzeit bekannte Lautsprecher, die wie beschrieben mit einem Sensor versehen sind, sind entweder von kleiner Größe und stellen ein hohes Maß an Omnidirektionalität bereit, jedoch nur in Verbindung mit einem niedrigen Ausgangspegel, oder sie sind von großer Größe und stellen einen hohen Ausgangspegel bereit, jedoch nur in Verbindung mit einem geringen Grad an Omnidirektionalität. Lautsprecher wie beschrieben stellen bekannterweise weder einen relativ hohen Grad an Omnidirektionalität in Verbindung mit einem hohen Ausgangspegel bereit noch stellen sie einen Grad an Omnidirektionalität bereit, der unter Verwendung relativ hoher Frequenzen wenigstens für ausreichend genaue Messungen geeignet ist.
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WO 96/11558 beschreibt eine Vorrichtung zum Bilden einer omnidirektionalen Schallquelle, umfassend einen Lautsprecher, der in einer Richtung in einen hohlen Koppler mit einem offenen Einlass, der mit dem Lautsprecher in Verbindung steht und davon geschlossen wird, sowie mit einem offenen Auslass zum Herausstrahlen von Schall, strahlt, wobei der Koppler Wände umfasst, die in einer Richtung weg von dem Lautsprecher einen abnehmenden Querschnitt aufweisen, wobei der Lautsprecher in der entgegengesetzten Richtung in einen Kasten strahlt, wobei die Querschnittsfläche des Kastens in einer Richtung weg von dem Lautsprecher abnimmt. Bei dieser Konfiguration weist der Auslass zum Herausstrahlen von Schall einen wesentlich kleineren Durchmesser auf als der Lautsprecher.
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Die Firma Bruel & Kjaer vertreibt eine Vorrichtung zum Bilden einer omnidirektionalen Schallquelle, umfassend einen Lautsprecher, der durch einen konischen Koppler zu einer kreisförmigen Öffnung strahlt, wobei an dem Ausgang ein Adapter hinzugefügt wurde, um die Ausgangs-Volumengeschwindigkeit zu messen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für die mit dem Mangel an Omnidirektionalität von in akustischen Analysen verwendeten Lautsprechern zusammenhängenden Probleme bereitzustellen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung bestrebt, eine Vorrichtung zum Bilden einer Schallquelle messbarer Stärke bereitzustellen, die einen relativ hohen Grad an Omnidirektionalität für einen relativ großen Bereich an Frequenzen und für relativ hohe Schallpegel bereitstellt.
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Das Vorangehende wird durch eine Vorrichtung erreicht, bei der das Gehäuse eine Längsachse und einen durchgehenden Umfang in einer zur Längsachse senkrechten Ebene aufweist, wobei das Gehäuse ein Paar auf gegenüberliegenden Seiten des Schallausstrahlungsbereichs gelegene Gehäuseabschnitte umfasst, wobei die Gehäuseabschnitte jeweils eine zylindrische Außenfläche aufweisen, die sich von dem Schallausstrahlungsbereich weg entlang der Längsachse erstreckt, wobei sich der Schallausstrahlungsbereich entlang dem durchgehenden Umfang erstreckt.
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Da sich der Schallausstrahlungsbereich entlang dem durchgehenden Umfang erstreckt, kann eine erzeugte Schallwelle vom Ausstrahlungsbereich entlang dem gesamten Umfang des Gehäuses strahlen, wonach sich die Schallwelle weiter in der Radialrichtung ausbreiten kann. Da das Gehäuse ein Paar auf gegenüberliegenden Seiten des Schallausstrahlungsbereichs gelegene Gehäuseabschnitte umfasst, wobei die Gehäuseabschnitte jeweils eine zylindrische Außenfläche aufweisen, die sich von dem Schallausstrahlungsbereich weg entlang der Längsachse des Gehäuses erstreckt, kann sich eine gestrahlte Schallwelle weiter entlang dem Äußeren des Gehäuses in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der die Schallwelle von der Ausstrahlungsöffnung strahlte, ausbreiten. Als Folge der kombinierten radialen und Längsfortpflanzung ermöglicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung, dass sich eine Schallwelle im Wesentlichen homogen in drei Dimensionen entwickelt, wodurch ein hoher Grad an Omnidirektionalität bereitgestellt wird.
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Bei einer praktischen Ausführungsform umfasst die mindestens eine Ausstrahlungsöffnung eine ringförmige durchgehende Öffnung oder eine ringartige angeordnete Reihe oder ein Gitter diskreter Öffnungen, die sich entlang dem durchgehenden Umfang erstrecken.
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Des Weiteren umfasst bei einer praktischen Ausführungsform mindestens einer der Gehäuseabschnitte einen Röhrenabschnitt, der das Gehäuse mit einem vergrößerten inneren Volumen versieht.
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Die Größe des Schallausstrahlungsbereichs entlang der Längsachse des Gehäuses kann gleich zweimal den durchschnittlichen Außendurchmesser einer der Außenflächen betragen, vorzugsweise 1,8-mal oder weniger und noch bevorzugter einmal oder weniger. Es hat sich gezeigt, dass kleinere Größen des Bereichs erhöhte Grade an Omnidirektionalität bereitstellen, d.h. kleinere Schallpegelunterschiede zwischen verschiedenen Orten auf der Oberfläche einer um die Vorrichtung definierten Kugel mit einem bestimmten Radius bereitstellen. Die hierin dargestellten spezifischen Größen liefern spezifische Verbesserungen der Genauigkeit.
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Mindestens eine der Außenflächen kann entlang einer Länge von einmal dem durchschnittlichen Durchmesser dieselbe Querschnittsform aufweisen, vorzugsweise zwei-, drei-, vier-, sechs- oder zehnmal diesem Durchmesser. Es hat sich gezeigt, dass längere Strecken den erhaltenen Grad der Omnidirektionalität zunehmend verbessern, wobei jede der dargestellten spezifischen Größen spezifische Verbesserungen der Genauigkeit liefert.
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Um ein symmetrisches Schallfeld zu erhalten, können die zwei Außenflächen symmetrische Lagen und Formen in Bezug auf den Schallausstrahlungsbereich aufweisen.
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Zur verbesserten Omnidirektionalität kann mindestens eine der Außenflächen über einen zunehmenden Abstand vom Schallausstrahlungsbereich weg zur Längsachse hin konisch verjüngt sein.
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Außerdem kann für verbesserte Omnidirektionalität mindestens einer der Gehäuseabschnitte einen Endteil aufweisen, der vom Schallausstrahlungsbereich entfernt gelegen ist, wobei der Endteil eine verjüngte oder abgerundete Form aufweist, wobei ein Übergang zwischen mindestens einem der Gehäuseabschnitte und dem Endteil vorzugsweise glatt ist.
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Mindestens eine der Außenflächen kann eine rotationssymmetrische Form, vorzugsweise eine runde oder vieleckige Form aufweisen.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann mehrere Schallerzeuger umfassen, die jeweils ein eine der Vielzahl von Ausstrahlungsöffnungen bedeckendes Schwingungselement aufweisen, wobei die mehreren Ausstrahlungsöffnungen entlang dem Umfang des Schallausstrahlungsbereichs verteilt sind. Bei einer derartigen Ausführungsform kann eine Schallwelle am Ort einer Ausstrahlungsöffnung durch in der Radialrichtung des Gehäuses schwingende Schwingungselemente erzeugt werden und eine Schallwelle kann sich direkt in die Umgebung der Vorrichtung ausbreiten, ohne durch das Innere des Gehäuses zu gelangen.
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Alternativ kann eine Vorrichtung gemäß der Erfindung einen Schallerzeuger mit einem Schwingungselement umfassen, das die Querschnittsöffnung eines als ein Röhrenabschnitt gebildeten Gehäuseabschnitts bedeckt. Bei einer derartigen Ausführungsform wird eine Schallwelle von einem Schwingungselement erzeugt, das in der Längsrichtung eines derartigen Röhrenabschnitts schwingt und eine Schallwelle wird entlang einer kurzen oder langen Strecke durch das Innere des Gehäuses weitergeleitet, bevor sie von einer Ausstrahlungsöffnung ausgestrahlt wird. Im Interesse der Vollständigkeit wird darauf hingewiesen, dass bei einem Schwingungselement, das eine Querschnittsöffnung eines Röhrenabschnitts bedeckt, das Schwingungselement derart zu positionieren ist, dass eine schwingende Fläche davon entlang einem Querschnitt des Innenraums des Röhrenabschnitts orientiert ist.
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Der Schallerzeuger kann derart positioniert werden, dass sein Schwingungselement direkt dem Schallausstrahlungsbereich benachbart gelegen ist. Dann wird die von einer Schallwelle in dem Gehäuse zurückgelegte Strecke relativ kurz gehalten.
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Der Schallerzeuger kann auch derart positioniert werden, dass sein Schwingungselement eine gewisse Strecke vom Schallausstrahlungsbereich entfernt gelegen ist. Dann ist die von einer Schallwelle in dem Gehäuse zurückgelegte Strecke relativ lang.
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Es kann ein zweiter Schallerzeuger in dem anderen Gehäuseabschnitt angeordnet werden, sodass eine resultierende Schallwelle aus dem Schallausstrahlungsbereich ausgestrahlt wird, die aus den von dem ersten und dem zweiten Schallerzeuger erzeugten einzelnen Schallwellen gebildet wird.
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Alternativ kann der andere Gehäuseabschnitt mit einer reflektierenden Fläche zum Reflektieren einer von dem einen Schallerzeuger erzeugten Schallwelle versehen werden, sodass eine resultierende Schallwelle aus dem Schallausstrahlungsbereich ausgestrahlt wird, die aus einer von dem einen Schallerzeuger erzeugten Schallwelle und der von der reflektierenden Fläche kommenden Reflexion davon gebildet wird.
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Das Messmittel kann im Inneren oder am Äußeren des Gehäuses angeordnet werden, um eine in dem Gehäuse bzw. außerhalb des Gehäuses messbare Eigenschaft zu messen.
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Das Messmittel kann in Bezug auf eine Ausstrahlungsöffnung auf derselben Seite des Schwingungselements eines Schallerzeugers positioniert werden, um eine auf dieser selben Seite messbare Eigenschaft zu messen, oder auf der gegenüberliegenden Seite eines derartigen Elements, um eine auf dieser gegenüberliegenden Seite messbare Eigenschaft zu messen.
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Das Messmittel kann außerdem an dem Schwingungselement eines Schallerzeugers angeordnet werden, um eine Messung anhand einer Bewegung dieses Elements zuzulassen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden näher beschrieben durch die nachfolgende Beschreibung einer oder mehr bevorzugter Ausführungsformen unter Verweis auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile kennzeichnen und in denen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, wobei die Figur insbesondere ein Gehäuse einer derartigen Vorrichtung zeigt;
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2a–2d jeweils schematische Seitenansichten eines Teils des Gehäuses von 1 für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen;
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3a–3c schematische Längsschnittansichten durch das Gehäuse von 1 zeigen, die verschiedene Konfigurationen von Schallerzeugern für unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung darstellen;
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4a–4d zusätzliche Längsschnittansichten zeigen, die alternative Lagen eines Schallerzeugers und eines Messmittels in Bezug aufeinander darstellen;
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5a–5d ein Ganzes eines Gehäuses einer Vorrichtung gemäß der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen zeigen;
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6 ein Ganzes eines Gehäuses gemäß noch einer anderen Ausführungsform zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Verweis auf 1 umfasst eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Gehäuse 10. Das Gehäuse 10 umfasst einen ersten Abschnitt 110 und einen zweiten Abschnitt 120, wobei die zwei Abschnitte 110, 120 entlang einer Längsachse des Gehäuses 10 voneinander beabstandet sind, sodass ein Schallausstrahlungsbereich 60 als ein Zwischenbereich zwischen dem ersten Abschnitt 110 und dem zweiten Abschnitt 120 gebildet werden kann.
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Das Gehäuse 10 umfasst ein Paar zylindrischer Außenflächen 111, 112, die als die Außenflächen des ersten Abschnitts 110 und des zweiten Abschnitts 120 gebildet werden. Indem die Außenflächen 111, 121 zylindrisch sind, sollen die Flächen 111, 121 jeweils einen durchgehenden Umfang aufweisen, der in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 10 liegt. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung kann die Form des Umfangs rund, vieleckig, zum Beispiel sechseckig, oder eine beliebige andere Form sein. Vorzugsweise ist die Form rotationssymmetrisch um die Längsachse.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl 1 die Außenflächen 111, 121 als eine langgestreckte Form aufweisend zeigt, sodass sie eine Größe entlang der Längsachse aufweisen, die viel größer ist als der in einer Ebene senkrecht zu der Achse gemessene Durchmesser, die Flächen 111, 121 auch viel kürzer sein können. Je nach Ausführungsform muss die Länge sogar nicht unbedingt größer als der Durchmesser sein. Außerdem kann die Länge des Gehäuses 10 als Ganzes im Vergleich zu einem durchschnittlichen Durchmesser einer Außenfläche 111, 121 eines Gehäuseabschnitts klein sein. Dann muss die Größe des Gehäuses 10 entlang der hierin als die Längsachse dargestellten Achse nicht größer als dieser Durchmesser sein.
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Gemäß einer bedeutenden Ausführungsform der Erfindung werden die zwei Gehäuseabschnitte 110, 120 jeweils als Röhrenabschnitt gebildet, sodass jeder Gehäuseabschnitt 110, 120 einen Innenraum 112, 122 aufweist, wie später unter Verweis auf 3a–3c beschrieben wird. Auf die Gehäuseabschnitte 110, 120 wird daher im Folgenden auch als die Röhrenabschnitte 110, 120 verweisen. Es ist jedoch zu beachten, dass bei einer bestimmten Ausführungsform, bei der ein Innenraum 112, 122 eines Gehäuseabschnitts 110, 120 für das Funktionieren der Vorrichtung nicht notwendig ist, wie im Folgenden erklärt wird, es sich bei einem derartigen Gehäuseabschnitt 110, 120 zum Beispiel auch um einen massiven Stab handeln kann.
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Unter Verweis auf 2a–2d umfasst das Gehäuse 10 mindestens eine Ausstrahlungsöffnung 20, 30 zum Ausstrahlen einer Schallwelle, die innerhalb des Schallausstrahlungsbereichs 60 bereitgestellt wird. Je nach Konfiguration dieser Öffnung 20, 30, kann das Gehäuse 10 in dem Schallausstrahlungsbereich 60 unterschiedliche Formen annehmen.
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Das Gehäuse 10 kann ohne Wandabschnitt in dem Schallausstrahlungsbereich 60 ausgeführt werden, sodass die zwei Gehäuseabschnitte 110, 120 voneinander getrennt sind und von einer in den Figuren nicht gezeigten Struktur mit ihren Außenflächen 111, 121 entlang der Längsachse aufeinander ausgerichtet gehalten werden. Wie in 2a dargestellt, ist in diesem Fall eine ringförmige durchgehende Öffnung 20 zwischen den einander zugewandten Enden der zwei Gehäuseabschnitte 110, 120 vorhanden, wobei sich die durchgehende Öffnung 20 entlang dem in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse definierten durchgehenden Umfang des Gehäuses 10 erstreckt.
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Das Gehäuse 10 kann auch in dem Zwischenbereich 60 im Wesentlichen röhrenförmig sein, wobei der erste Gehäuseabschnitt 110 und der zweite Gehäuseabschnitt 120 weiter ein einstückiges Teil bilden können. In beiden dieser Fälle kann gemäß der Erfindung eine Reihe diskreter Öffnungen 30 in dem Gehäuseteil in dem Schallausstrahlungsbereich 60 bereitgestellt werden, wobei die Reihe diskreter Öffnungen 30 ringartig angeordnet ist, sodass sie sich entlang im Wesentlichen dem gesamten Umfang des Gehäuses 10 erstreckt. Unter Verweis auf 2b können die diskreten Öffnungen 30 rund sein. Unter Verweis auf 2c können die diskreten Öffnungen 30 auch eine Schlitzform aufweisen, die sich in der Längsrichtung des Gehäuses 10 erstreckt. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung sind auch andere Formen möglich.
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Gemäß der Erfindung kann ein von Ausstrahlungsöffnungen 30 abgedeckter Anteil des Umfangs des Gehäuses 10 auf nur 30 Prozent begrenzt werden, wobei das Gehäuse 10 somit in dem Schallausstrahlungsbereich 60 entlang bis zu 70 Prozent des Umfangs geschlossen ist, wobei Schall mit ausreichendem Pegel immer noch entlang im Wesentlichen dem Ganzen des Umfangs ausgestrahlt werden kann. Die Öffnungen 30 weisen vorzugsweise dieselbe Größe und Form auf und sind vorzugsweise homogen entlang dem Umfang des Gehäuses 10 verteilt.
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Unter Verweis auf 2d kann gemäß der Erfindung auch ein ringartig angeordnetes Gitter diskreter Öffnungen 30 von beliebiger Form bereitgestellt werden, wobei mehrere Öffnungen 30 entlang sowohl der Längsachse des Gehäuses 10 als auch entlang dem Umfang angeordnet werden. Vorzugsweise bilden die Öffnungen 30 einen offenen Bereich von mindestens 30 Prozent des gesamten Gitterbereichs.
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Unter Verweis auf 3a–3c umfasst eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mindestens einen Schallerzeuger 40a, 40b, 40c zum Erzeugen einer Schallwelle, wobei, ebenfalls je nach Konfiguration der Ausstrahlungsöffnung 20, 30, die Lage und Orientierung des Schallerzeugers 40a, 40b, 40c für unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung verschieden sind. Ebenfalls unter Verweis auf 3a–3c und wie weiter oben angemerkt, kann mindestens einer der Gehäuseabschnitte 110, 120 als Röhrenabschnitt gebildet werden, sodass er einen von einer Wand 113, 123 umgebenen Innenraum 112, 122 aufweist, wobei die Außenfläche 111, 121 des jeweiligen Abschnitts 110, 120 als eine Außenfläche der Wand 113, 123 gebildet wird.
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Unter Verweis auf 3a–3b, insbesondere im Fall einer durchgehenden ringförmigen Ausstrahlungsöffnung 20, kann ein erster Schallerzeuger 40a derart positioniert werden, dass sein Schwingungselement 41a die Querschnittsöffnung eines als Röhrenabschnitt gebildeten ersten Gehäuseabschnitts 110 bedeckt. Der Schallerzeuger 40a ist somit derart konfiguriert, dass sich sein Schwingungselement 41a in der Längsrichtung des Gehäuseabschnitts 110 bewegen kann, um einen gegenüber dem Umgebungsdruck oszillierenden Differenzdruck in einem zylindrischen Raum 21 zu erzeugen, der zwischen den einander zugewandten Enden der zwei Gehäuseabschnitte 110, 120 vorhanden ist und dessen äußere Grenze von der ringförmigen durchgehenden Öffnung 20 definiert wird.
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Wie in 3a dargestellt, kann dem ersten Schallerzeuger 40a ein zweiter Schallerzeuger 40b zugewandt sein, der ähnlich in einem zweiten als Röhrenabschnitt gebildeten Gehäuseabschnitt 120 angeordnet ist, sodass das Paar Schallerzeuger 40a, 40b mittels ihrer dem Raum 21 zugewandten oszillierenden Schwingungselemente 41a, 41b einen kombinierten oszillierenden Differenzdruck in dem zylindrischen Raum 21 erzeugt.
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Wie in 3b dargestellt, kann alternativ dem ersten Schallerzeuger 40a auch eine reflektierende Fläche 125 zugewandt sein, die an dem anderen Gehäuseabschnitt 120 am dem zylindrischen Raum 21 zugewandten Ende bereitgestellt wird. Bei einer derartigen Konfiguration wird ein oszillierender Differenzdruck in dem zylindrischen Raum 21 gebildet, der eine erste Komponente, die aus einer von dem Schwingungselement 41a des ersten Schallerzeugers 40a kommenden Druckwelle resultiert, und eine zweite Komponente, die aus einer von der reflektierenden Fläche 125 kommenden Reflexion dieser Druckwelle resultiert, umfasst. Es wird darauf hingewiesen, dass in einem derartigen Fall der mit der reflektierenden Fläche versehene Gehäuseabschnitt nicht unbedingt als Röhrenabschnitt gebildet werden muss, sondern lediglich mit einer Fläche versehen werden muss, die einen zur Längsachse senkrechten Querschnitt des Gehäuses bedeckt. Vorzugsweise wird jedoch eine reflektierende Fläche 125 an einer Stirnwand eines als Röhrenabschnitt gebildeten Gehäuseabschnitts 120 gebildet, wie in der Figur dargestellt, wobei die Stirnwand den Innenraum 122 des Gehäuseabschnitts 120 abschließt.
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Unter Verweis auf 3c, insbesondere im Fall einer Reihe diskreter Ausstrahlungsöffnungen 30, wobei sich die Reihe in der Umfangsrichtung des Gehäuses 10 erstreckt, können mehrere Schallerzeuger 40c ebenfalls in einer Reihe angeordnet werden, wobei das Schwingungselement 41c jedes Erzeugers 40c derart positioniert ist, dass es eine der Ausstrahlungsöffnungen 30 bedeckt, wobei die Schwingungselemente 41c einen Raum 32, der die Innenräume 112, 122 der zwei Gehäuseabschnitte 110, 120 verbindet, von der Umgebung der Vorrichtung trennen. Somit ist jeder Erzeuger 40c derart konfiguriert, dass sein Schwingungselement einen oszillierenden Differenzdruck direkt außerhalb einer Ausstrahlungsöffnung 30 des Gehäuses 10 erzeugt, wobei die Vielzahl von Erzeugern 40c dazu konfiguriert ist, einen derartigen Differenzdruck innerhalb eines im Wesentlichen ringförmigen Raums 31 zu erzeugen, der das Gehäuse 10 entlang seinem gesamten Umfang umgibt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass bei jeder der beschriebenen Konfigurationen von Schallerzeugern 40a, 40b, 40c die jeweiligen Schwingungselemente 41a, 41b, 41c einen Raum 21, 31, in dem ein oszillierender Differenzdruck gebildet werden soll, von einem in dem Gehäuse 10 gebildeten Raum 32, 112, 122 trennen. Indem die Schwingungselemente 41a, 41b, 41c derart positioniert werden, können sie derart schwingen, dass mittels des erzeugten oszillierenden Differenzdrucks mindestens bei niedrigen Frequenzen eine Schallwelle mit relativ hohem Pegel ausgelöst werden kann. Durch Bereitstellen relativ langer Gehäuseabschnitte 110, 120 kann der erreichbare Pegel erhöht werden.
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Unter Verweis auf 3a–3c umfasst eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weiter ein Messmittel in Form eines Sensors 50 zum Messen einer für die Stärke einer mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzeugten Schallquelle repräsentativen Eigenschaft. Der Sensor 50 wird nur schematisch abgebildet, da viele verschiedene Ausführungsformen eines derartigen Sensors 50 denkbar sind. Der Sensor 50 ist als in einem Innenraum 112, 113 eines Gehäuseabschnitts 110, 120 angeordnet abgebildet, kann jedoch auch in einem derartige Innenräume 112, 113 verbindenden Zwischenraum 32 oder auf der Fläche 111, 121 eines Gehäuseabschnitts bereitgestellt werden, je nach Ausführungsform. Bei dem Sensor 50 kann es sich zum Beispiel um einen Drucksensor zum Messen eines in einem Innenraum 32, 112, 113 wie beschrieben erzeugten Differenzdrucks handeln. Bei dem Sensor 50 kann es sich auch um einen Beschleunigungsmesser handeln, der an einem beweglichen Teil eines Schallerzeugers 40a, 40b, 40c, wie etwa einem Kolben oder einem Schwingungselement 41a, 41b, 41c zum Verdrängen eines bestimmten Luftvolumens, typischerweise einer Membran, bereitgestellt wird. Bei dem Sensor 50 kann es sich auch um eine beliebige Art von Sensor handeln, der dazu konfiguriert ist, eine Verdrängung oder Geschwindigkeit von Luft zu messen, wie etwa einen Partikelgeschwindigkeitsmesser oder einen Hitzedraht.
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Damit der Sensor 50 genau misst, sollte der Sensor im Fall einer Lage in einem Inneren 32, 112, 122 des Gehäuses 10 relativ nah an einem Schallerzeuger 40a, 40b, 40c oder, im Fall einer Lage an einer Außenfläche 111, 121 des Gehäuses 10, relativ nah an einer Ausstrahlungsöffnung 20, 30 positioniert werden. Der Sensor 50 kann außerdem mit einem beliebigen anderen, für Akustikmessungen nützlichen Sensor kombiniert werden, wie etwa einem Drucksensor oder einem Thermometer. Natürlich umfasst eine den beschriebenen Sensor 50 und einen möglichen weiteren Sensor umfassende Vorrichtung gemäß der Erfindung außerdem Verbindungsmittel zum Verbinden derartiger Sensoren mit einer Vorrichtung zum Lesen des Ausgangs der Sensoren.
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Unter Verweis auf 3a kann ein Schallerzeuger 40a mit einem Schwingungselement 41a, das die Querschnittsöffnung eines Röhrenabschnitts 110 bedeckt, direkt dem Schallausstrahlungsbereich 60 benachbart angeordnet werden. Wie in 4a dargestellt, kann ein derartiger Schallerzeuger 40 jedoch auch in einem gewissen Abstand von dem Schallausstrahlungsbereich 60 bereitgestellt werden. Dieser gewisse Abstand kann zum Beispiel mindestens einmal den durchschnittlichen Durchmesser der Außenfläche 111 betragen, vorzugsweise mehrmals.
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Unter Verweis auf 3a kann ein in dem Gehäuse 10 bereitgestellter Sensor 50 auf der in Bezug auf eine Ausstrahlungsöffnung 20 gegenüberliegenden Seite eines Schwingungselements 41a eines Schallerzeugers 40a angeordnet werden. Wie in 4a dargestellt, kann ein derartiger Sensor 50 jedoch auch auf der in Bezug auf eine Ausstrahlungsöffnung 20 selben Seite eines Schwingungselements 41 eines Schallerzeugers 40 angeordnet werden.
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4b–4d zeigen jeweils schematische Beispiele eines an einem bewegten Teil 41 eines Schallerzeugers 40 angeordneten Sensors 50, eines in einem zylindrischen Raum 21, der zwischen zwei Gehäuseabschnitten 110, 120 bereitgestellt wird, bereitgestellten Sensors 50, wobei der Sensor 50 somit relativ nah an einer Ausstrahlungsöffnung 20 liegt, bzw. eines an der Außenfläche 121 eines Gehäuseabschnitts 120 bereitgestellten Sensors 50, wobei der Sensor 50 vorzugsweise auch relativ nah an der Ausstrahlungsöffnung 20 positioniert wird.
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5a–5d zeigen ein Ganzes eines Gehäuses 10 einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die an einem Draht 300 aufgehängt ist, der durch eine Mitte des Schallausstrahlungsbereichs 60 verläuft, sodass er an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Unter Verweis auf diese Figuren kann ein Gehäuseabschnitt 110, 120 einen Endteil 114, 124 aufweisen, der vom Schallausstrahlungsbereich 60 entfernt gelegen ist. Eine virtuelle Grenze zwischen einem Gehäuseabschnitt 110, 120 und einem Endteil 114, 124 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
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Wie in 5a–5c gezeigt, weisen die Gehäuseabschnitte 110, 120 zylindrische Außenflächen 111, 121 mit konstantem Durchmesser auf, die sich von dem Schallausstrahlungsbereich 60 weg erstrecken. In einer gewissen Entfernung von dem Schallausstrahlungsbereich grenzt jede zylindrische Außenfläche 111, 121 an eine Außenfläche eines derartigen Endteils 114, 124 an. Unter Verweis auf 5a kann der Endteil 114, 124 eine gerade Wand umfassen, sodass die jeweilige zylindrische Außenfläche in eine ebene angrenzende Fläche übergeht, die direkt in die Längsrichtung des Gehäuses 10 weist. Unter Verweis auf 5b kann der Endteil 114, 124 eine abgerundete Form aufweisen, um eine Kuppel zu bilden. Unter Verweis auf 5c kann der Endteil eine verjüngte Form aufweisen, die zum Beispiel einen spitzen Kegel, wie gezeigt, oder einen stumpfen Kegel, bildet.
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Wie in 5d gezeigt, weisen die Gehäuseabschnitte 110, 120 zylindrische Außenflächen 111, 121 auf, die ihrerseits eine verjüngte Form aufweisen, sodass der Durchmesser einer Außenfläche 111, 121 mit zunehmender Entfernung von dem Schallausstrahlungsbereich 60 allmählich abnimmt. An der Grenze mit einem Endteil 114, 124 grenzen die zylindrischen Außenflächen 111, 121 jeweils gleichmäßig an verjüngte Außenflächen dieser Endteile an, um ein kegelförmiges Äußeres eines Gehäuseabschnitts 110, 120 zu bilden, das entlang der gesamten Länge des Gehäuseabschnitts 110, 120 zur Längsachse hin verjüngt ist. Es wird klar sein, dass eine zylindrische Außenfläche 111, 121 eines Gehäuseabschnitts 110, 120, die zu der Längsachse hin verjüngt ist, auch in einer gewissen Entfernung von dem Schallausstrahlungsbereich an die Außenfläche eines eine gerade Wand 114, 124 umfassenden Endteils, wie in 5a gezeigt, oder an einen kuppelförmigen Endteil 114, 124, wie in 5b gezeigt oder die Außenfläche eines stumpfen Kegels angrenzen kann.
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Man wird einsehen, dass, da eine abgerundete Form und eine verjüngte Form eines Endteils 114, 124 einen gleichmäßigeren Übergang für eine sich über ein Ende des Gehäuses 10 hinaus ausbreitende Schallwelle bereitstellt, diese Formen bessere Omnidirektionalität bereitstellen. Vorzugsweise ist ein Übergang zwischen einer zylindrischen Außenfläche 111, 121 und der Außenfläche eines Endteils 114, 124 gleichmäßig, wie für die abgerundete Form und für die in 5d gezeigte Form gezeigt. Abgerundete und verjüngte Endteile 114, 124 können die Gehäuseabschnitte 110, 120 verglichen mit den Längen der zuvor beschriebenen zylindrischen Außenflächen 111, 121 größer machen. Je nach Ausführungsform kann ein Länge, wie in Bezug auf eine zylindrische Außenfläche 111, 121 beschrieben, jedoch auch die Größe eines Endteils 114, 124 in der Längsrichtung eines Gehäuses 10 umfassen.
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Trotz der Möglichkeit von Ausführungsformen mit Gehäuseabschnitten 110, 120, die jeweils ein von dem Schallausstrahlungsbereich 60 entferntes freies Ende aufweisen, wie in 5a–5d gezeigt, ist es außerdem möglich, dass ein von dem Schallausstrahlungsbereich 60 entferntes Ende eines Gehäuseabschnitts 110, 120 an irgendeiner Struktur befestigt wird, wie in 6 dargestellt. Wie gezeigt, kann eine derartige Struktur einen Kanal 210 zum Leiten einer Schallwelle umfassen, die von einem Schallerzeuger 40 erzeugt wird, der in einem anderen Gehäuseteil 200 als den Gehäuseabschnitten 110, 120 wie beschrieben positioniert ist, zu einer Querschnittsöffnung des befestigten Gehäuseabschnitts 110 hin, sodass sie schließlich über den Schallausstrahlungsbereich 60 ausgestrahlt wird. Bei einer derartigen Ausführungsform ist das Vorhandensein eines Schallerzeugers 40 in keinem der Gehäuseabschnitte 110, 120 notwendig. Das Gehäuse 10 als Ganzes kann dann aufgrund der befestigten Struktur eine asymmetrische Form aufweisen.
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In Bezug auf das Funktionieren einer Vorrichtung gemäß der Erfindungen wird darauf hingewiesen, dass ein in dem beschriebenen zylindrischen Raum 21 in einem Gehäuse 10 erzeugter oszillierender Differenzdruck als eine Druckwelle durch die durchgehende Ausstrahlungsöffnung 20 oder durch eine Reihe oder ein Gitter von diskreten Öffnungen 30, die in diesem Fall ebenfalls vorhanden sein können, zur Umgebung des Gehäuses 10 hin strahlt. Von direkt außerhalb der Öffnung 20 oder Öffnungen 30 kann sich die für eine Schallwelle repräsentative Druckwelle außerhalb des Gehäuses 10, wie eingangs in dieser Anmeldung beschrieben, in der Radial- und der Axialrichtung des Gehäuses 10 ausbreiten. In Bezug auf das Ausbreiten außerhalb des Gehäuses 10 gilt dasselbe für einen in einem das Gehäuse umgebenden ringförmigen Raum 31 gebildeten oszillierenden Differenzdruck.
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Es wird darauf hingewiesen, dass durch Auswählen unterschiedlicher Größen a, b für die Ausstrahlungsöffnungen 20, 30 in der Umfangs- und der Längsrichtung des Gehäuses 10, wie in 2a–2c dargestellt, oder durch Auswählen einer geeigneten Größe a für eine Gesamtlänge eines Gitters von Öffnungen 30, wie in 2d dargestellt, die Vorrichtung zum Erhalten eines relativ hohen Grads an Omnidirektionalität für bestimmte Frequenzen einer schließlich mittels der Erzeuger 41a, 41b, 41c erzeugten Schallwelle optimiert werden kann. Eine praktische Größe ist eine Größe, die kleiner ist als die halbe Wellenlänge eines maximalen Frequenz, die ein Schallerzeuger 41a, 41b, 41c erzeugen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die Größe a, wie in Bezug auf ein Gitter dargestellt, oder die Größe des Schallausstrahlungsbereichs 60 in der Längsrichtung des Gehäuses für eine beliebige Art von Ausführungsform übrigens der maximale Abstand zwischen den zwei in Längsrichtung äußersten Rändern einer beliebigen Ausstrahlungsöffnung oder eines Paars Ausstrahlungsöffnungen sein soll, wobei die zwei Ränder in Richtung gegenüberliegender Enden der Vorrichtung gelegen sind. Eine maximale Breite eines die zwei Ausstrahlungsöffnungen trennenden Teils des Gehäuses, zum Beispiel eines Stabs eines Gitters, beträgt vorzugweise weniger als eine ganze Wellenlänge.
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Ohne den Schutzbereich der Erfindung einzuschränken, beträgt ein typischer Durchmesser eines Gehäuseabschnitts 110, 120 einer für Frequenzen von etwa 4 kHz verwendeten Vorrichtung etwa 20 mm. Für 2–3 kHz beträgt ein typischer Durchmesser 80 mm. Es hat sich gezeigt, dass es mit diesen Abmessungen möglich ist, relativ laute Schallpegel bei einer maximalen Abweichung von nur einigen dB gegenüber eine kugelförmige Wellenfront von einem isotropen Schallpegel bereitstellender idealer Omnidirektionalität zu erreichen.
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Man wird einsehen, dass eine Vorrichtung gemäß der Erfindung im Grunde einen Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall in einem um eine mittlere Achse definierten ringförmigen Raum umfasst, wobei die Vorrichtung ein Paar Leitflächen zum Leiten von Schall von dem ringförmigen Raum weg in entgegengesetzten Richtungen entlang der mittleren Achse umfasst. Es versteht sich, dass in der vorangehenden Beschreibung die mittlere Achse von dem als die Längsachse des Gehäuses beschriebenen repräsentiert wird und die Leitflächen von den zylindrischen Außenflächen der beschriebenen Gehäuseabschnitte repräsentiert werden. Wenn Schall wie beschrieben geleitet wird und sich Schall außerdem außerhalb der Vorrichtung in einer Radialrichtung in Bezug auf die mittlere Achse ausbreiten kann, wird ein hoher Grad an Omnidirektionalität der gebildeten Schallquelle erreicht.
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Es sollte für den Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehend erörterten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist, sondern, dass mehrere Variationen und Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert, möglich sind. Selbst wenn gewisse Merkmale in verschiedenen untergeordneten Patentansprüchen aufgeführt sind, betrifft die vorliegende Erfindung auch eine diese Merkmale gemeinsam umfassende Ausführungsform. Bezugszeichen in einem Anspruch dürfen nicht als den Umfang diese Anspruchs einschränkend ausgelegt werden.
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Schließlich wird darauf hingewiesen, dass das Vorhandensein eines Sensors 50 wie beschrieben, zum Erhalten eines hohen Grads an Omnidirektionalität nicht notwendig ist. Daher können Anwendungen denkbar sein, bei denen eine Vorrichtung wie beschrieben, aber ohne einen derartigen Sensor 50, vorteilhaft genutzt werden kann.
