DE202006013241U1

DE202006013241U1 - Schallwandlervorrichtung

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Publication number: DE202006013241U1
Application number: DE200620013241
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2016-08-19
Also published as: EP2082612A1; WO2008019747A1

Abstract

Schallwandlervorrichtung zur lösbar festen Anbringung an eine Struktur (1), mit einem elektromechanischen Wandlersystem (2), das mit einem Verbindungsmittel (3) verbunden ist, vermittels dessen das elektromechanische Wandlersystem in eine lösbar feste Wirkverbindung mit der Struktur (1) bringbar ist, einer Ansteuereinheit (6) zur Schwingungsanregung des Wandlersystems (2) auf Grundlage von dem elektromechanischen Wandlersystem (2) zuführbaren Schwingungsinformationen sowie einem Energiemodul (7).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schallwandlervorrichtung, die vorzugsweise zur Sprachausgabe geeignet ist.
Stand der Technik
Herkömmliche Schallwandlersysteme bedienen sich dem an sich bekannten Lautsprecherprinzip, gemäß dem eine mit einer Induktivität versehene Membranfläche in Gegenwart eines Permanentmagnetfeldes bedingt durch einen die Induktivität durchsetzten elektrischen Stromfluss räumlich ausgelenkt und in Abhängigkeit des Stromflusses in Schwingungen versetzt wird, wodurch Schallwellen in die Umgebung abgestrahlt werden. Derartig konventionell aufgebaute Schwingungswandlersysteme sind unter Verwendung moderner Halbleitertechnologien in beachtlicher Weise miniaturisierbar, jedoch bedürfen sie stets einer freischwingend gelagerten, die Schallwellen erzeugenden Membranfläche, so dass selbst in miniaturisierten Schallwandlersystemen technisch hohe Anforderungen an die Herstellung diesbezüglicher Systeme zu stellen sind. Ein weiterer Aspekt, den es bei der Beurteilung des konventionellen, auf elektromagnetischer Wechselwirkung basierenden Lautsprecherprinzips zu beachten gilt, betrifft die elektromagnetische Verträglichkeit, kurz EMV, die zwar beim miniaturisierten Schallwandlersystem eine nur untergeordnete Rolle spielt, jedoch bei größeren, konventionell aufgebauten Schallwandlersystemen Beachtung zu finden hat.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schallwandlervorrichtung anzugeben, die auf einem neuartigen Wirkprinzip zur Schallwellenentstehung beruht, das mit möglichst einfachen technischen Mitteln beherrschbar sein soll und zu dessen Realisierung keine aufwendigen Herstellungstechniken und Verfahrensschritte erforderlich sind. Gleichgültig von der Dimensionierung der Schallwandlervorrichtung sollte der Aspekt der elektromagnetischen Verträglichkeit keinerlei Rolle spielen. Insbesondere die Herstellkosten sollten gering gehalten werden, um die neuartige Schallwandlervorrichtung vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und letztlich auch einer möglichst großen Verbreitung zugänglich zu machen.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Schutzanspruch 1 angegeben. Die neuartige Schallwandlervorrichtung vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche und darüber hinaus der weiteren Beschreibung im Einzelnen zu entnehmen. Sämtliche Ansprüche sind Teil des Beschreibungstextes.
In Abkehr zu konventionellen Schallwandlervorrichtungen, wie vorstehend beschrieben, sieht die lösungsgemäße Schallwandlervorrichtung keine eigens konfektionierte, die Schallwellen erzeugende Membranfläche vor, vielmehr ermöglicht die lösungsgemäße Schallwandlervorrichtung eine nahezu beliebige Adaptierbarkeit an vorzugsweise flächig ausgebildete Strukturen, die in ihren unterschiedlichsten Ausprägungsformen in der allgemeinen Umgebung zu finden sind, wie beispielsweise Fensterflächen, Schrankwände, Tischplatten, Türen, Gehäuseteiloberflächen aus Kunststoff oder Blech, um in nicht abschließender Form nur einige zu nennen, und deren Oberflächen die vermittels der lösungsgemäß ausgebildeten Schallwandlervorrichtung in Schwingungen zur Erzeugung akustisch wahrnehmbarer Schallwellen versetzbar sind.
Die lösungsgemäße Schallwandlervorrichtung ist geeignet an eine flächige Struktur lösbar fest angebracht zu werden, und weist hierzu folgende Komponenten auf: Ein elektromechanisches Wandlersystem, vorzugsweise in Form eines flächig ausgebildeten piezokeramischen Aktors, der über ein Verbindungsmittel flächig mit der flächigen Struktur, die es in Schwingungen zu versetzen gilt, lösbar fest verbindbar ist. Ferner ist ein Speichermodul vorgesehen, in dem Schwingungsinformationen, beispielsweise Sprachinformationen abgespeichert sind, die mit Hilfe einer Ausleseeinheit ausgelesen und einer Ansteuereinheit zur Schwingungsanregung des elektromechanischen Wandlersystems genutzt werden. Das die Schwingungsinformationen enthaltende Speichermodul kann getrennt zum Verbindungsmittel vorgesehen sein und über eine drahtgebundene oder drahtlose Datenübertragung mit dem elektromechanischen Wandlersystem über die Auslese- und Ansteuereinheit verbunden sein. Schließlich ist ein Energiemodul vorgesehen, das sämtliche zur Schallerzeugung erforderlichen Komponenten der Schallwandlervorrichtung mit elektrischer Energie versorgt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Schallwandlervorrichtung sieht die Ausbildung des Verbindungsmittels in Form eines flächigen Trägersubstrats vor, das beispielsweise die Form und Größe einer Scheckkarte aufweist und als doppelseitige Klebefolie ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch von einer Scheckkarte abweichende Formen und Größen denkbar, sinnfälligerweise sollte das die Form und Größe der Schallwandlervorrichtung wesentlich bestimmende Verbindungsmittel leicht mitführbar und handhabbar sein. Das Verbindungsmittel stellt somit einerseits einen kraftschlüssigen Kontakt zu der flächig ausgebildeten Struktur dar, die letztlich zur Schallwellenabstrahlung erforderlich ist, andererseits bietet die der flächigen Struktur abgewandte Seite des Verbindungsmittels eine Art Befestigungsfläche für alle vorstehend aufgezählten Komponenten. So sind das Speichermodul, die Auslese- und Ansteuereinheit, vorzugsweise in Form eines Digital-Analog-Umsetzers sowie eines Leistungstreibers, als auch das Energiemodul in möglichst miniaturisierter Bauweise ausgebildet, um einen möglichst geringen Einfluß auf die dem Verbindungsmittel innewohnende Elastizität zu haben, so dass die auf Grundlage der im Speichermodul erhaltenen Schwingungsinformationen ausgeführten Schwingungen des piezoelektrischen Aktors möglichst verlustfrei und unverfälscht über das Verbindungsmittel auf die flächige Struktur übertragen werden können.
Das auf dem Verbindungsmittel integrierte Speichermodul weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Schnittstelle auf, über die Schwingungsinformationen in Form von Sprachinformationen übermittelt werden können. Die Schnittstelle kann in an sich bekannter Weise über eine Steckerverbindung zum Anschluss eines geeignet ausgebildeten Verbindungskabels vorsehen sein, andererseits ist es denkbar die Schnittstelle ausschließlich auf dem Wirkprinzip einer induktiven Signalübertragung zu realisieren. Das zur Stromversorgung erforderliche Energiemodul ist vorzugsweise in Form einer wiederaufladbaren Batterie realisierbar, denkbar ist jedoch in alternativer Alleinstellung oder in Kombination mit einer Batterie oder eines Akkumulators der Einsatz eines Energiewandlers, der elektrische Energie aus seiner Umgebung zu gewinnen in der Lage ist. Beispielsweise vermögen Thermoelemente Wärmeenergie, Photovoltaische Zellen Lichtenergie und piezoelektrische Aktoren mechanische Energie, beispielsweise Schwingungsenergie, jeweils in elektrische Energie umzuwandeln, die letztlich zur teilweisen Stromversorgung der auf dem Verbindungsmittel vorgesehen elektrischen Komponenten dient. In einer anderen Ausführungsform, wie vorstehend bereits angedeutet, kann die Schwingungsinformation auch drahtbehaftet oder drahtlos von einem externen Speichermodul an den Leistungstreiber und elektromechanischen Wandler, etc. übertragen werden.
Die neuartige Schallwandlervorrichtung soll vorzugsweise mit sehr preiswerten Komponenten realisiert und einfach hergestellt werden, so dass die Schallwandlervorrichtung als Billigprodukt herstellbar und dadurch ein großes Verbreitungspotential finden kann. Die mit der Schallwandlervorrichtung denkbaren Verwendungs- und Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig, zumal die Schallwandlervorrichtung als vollkommen autonome Einheit an nahezu beliebige flächige Strukturen wieder lösbar anbringbar ist. So lässt sich die Schallwandlervorrichtung beispielsweise in Art eines elektronischen Notizzettels einsetzen, der z.B. an eine Tür geklebt werden kann und die Abwesenheit oder den aktuellen Aufenthaltsort einer Person wiederzugeben vermag. Um zu vermeiden, dass die Schallwandlervorrichtung unentwegt das elektromechanische Wandlersystem und damit verbunden die flächige Struktur in Schwingungen versetzt, ist eine Schaltereinheit vorgesehen, die bei entsprechender Bedienung die Schwingungsanregung auslöst und/oder beendet. Die Schaltereinheit kann im einfachsten Fall als druckempfindliche Kontaktfläche ausgebildet sein, jedoch auch mittels Licht aktivierbar sein. Es ist jedoch auch möglich auf eine derartige Schaltereinheit zu verzichten, so dass der im Speichermodul enthaltende Informationsgehalt unmittelbar nach Aufkleben auf eine flächige Struktur einmalig und vollständig ausgelesen und in akustisch wahrnehmbare Schallwellen umgesetzt wird.
Ferner ist es möglich, die Schallwandlervorrichtung im vorstehend beschriebenen Sinne als Notizzettel auf den stabilen Deckel eines Aktenordners aufzukleben und darin abgespeicherte den Aktenfall betreffende Nachrichten abzuhören. Denkbar wäre in diesem Zusammenhang auch eine mögliche Funktionserweiterung der lösungsgemäß ausgebildeten Schallwandlervorrichtung durch eine geeignet ausgebildete Schnittstelle um Aufspielen bzw. Aufsprechen von Informationen in das Speichermodul. So könnte beispielsweise über ein entsprechendes Verbindungskabel ein Informationsaustausch zwischen einem Diktiergerät und dem Speichermodul der Schallwandlervorrichtung hergestellt werden. Ist kein Diktiergerät zur Hand so könnte ein extern über die an der Schallwandlervorrichtung vorgesehene Schnittstelle ansteckbares Mikrofon zur direkten Spracheingabe von Informationen in das Speichermodul dienen.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel der lösungsgemäß ausgebildeten Schallwandlervorrichtung stellt die so genannte „Hörzeitung" dar, bei der in dem Speichermodul der Schallwandlervorrichtung der gesamte Informationsgehalt einer Zeitung oder Zeitschrift abgespeichert ist, der nach geeigneter Anbringung der Schallwandlervorrichtung an einer flächigen Struktur hörbar vorgetragen werden kann. Um beispielsweise bestimmte Zeitungsinhalte überspringen zu können, kann in einer erweiterten Ausführungsvariante der Schallwandlervorrichtung beispielsweise über die vorgesehene Schnittstelle ein Bedienmodul adaptierbar sein, mit dem über ein Eingabegerät entsprechende Informationskapitel der „Hörzeitung" übersprungen werden oder nochmals zum Vortrag gebracht werden können. Die „Hörzeitung" kann entweder als komplettes autarkes Modul mit den vorstehend genannten Bestandteilen ausgebildet sein, oder die entsprechenden Textinformationen können via Internet und per Schnittstelle in das Speichermodul übertragen werden.
Es liegt auf der Hand, dass die Anwendungsbeispiele für das lösungsgemäß ausgebildete Schallwandlersystem mannigfaltig sind. So lässt sich die Schallwandlervorrichtung auch in Form eines quasi stationären Systems ausbilden und einsetzen, beispielsweise zu Zwecken einer sprechenden Ampel, eines sprechenden Fahrplans oder an Informationspunkten.
In der einzigen beigefügten Figur ist stark schematisiert die neuartige Schallwandlervorrichtung dargestellt. Auf dem Verbindungsmittel 3, das als doppelseitige Klebefolie ausgebildet ist, sind zur Schwingungsanregung einer mit der Unterseite des Verbindungsmittels 3 verbundenen flächigen Struktur 1, beispielsweise in Form einer Fensterscheibe oder einer Tür, folgende Komponenten aufgebracht: Ein elektromechanisches Wandlersystem 2, ein Speichermodul 4, ein Energiemodul 7 sowie eine Auslese- und Ansteuereinheit 5, 6. Das Energiemodul 7 versorgt das Speichermodul 4, die Auslese- und Ansteuereinheit 5, 6 sowie auch das elektromechanische Wandlersystem 2 mit elektrischer Energie. Zur Schwingungsanregung des elektromechanischen Wandlersystems 2 dient ein Digital-Analog-Umsetzer 6 sowie ein Leistungstreiber 7, die gemeinsam die Auslese- und Ansteuereinheit bilden, und die innerhalb des Speichermoduls 4 abgespeicherte Informationen in elektrische Signale umsetzen, die wiederum das aus einer Piezokeramik bestehende elektromagnetische Wandlersystem 2 zu gezielten Schwingungen anzuregen in der Lage sind, die letztlich zur akustischen Schallwellenerzeugung auf die flächig ausgebildete Struktur 1 übertragen werden.
Das Energiemodul 7, das typischerweise in Form einer Batterie ausgebildet ist, kann vorzugsweise durch eine Einheit 9 ergänzt sein, die elektrische Energie aus der Umgebung gewinnt, so beispielsweise aus Wärmeenergie, mechanischer Energie oder aus Lichtenergie. Über eine zusätzlich vorgesehene Schnittstelle 8 ist es möglich, das Speichermedium 4 mit entsprechenden Informationen zu versehen. Überdies ist es möglich über die Schnittstelle 8 entsprechende Ansteuereinheiten anzustecken, mit denen es beispielsweise möglich ist, Informationsinhalte, die in dem Speichermodul 4 abgespeichert sind, zu überspringen oder erneut anzuhören. Letztlich ist eine Schaltereinheit 10 vorgesehen, mit der es möglich ist, den Vorgang der Schwingungsanregung des elektromechanischen Wandlersystems 2 auszulösen bzw. zu beenden.
Über die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der in der Figur dargestellten und auf der flächig ausgebildeten Struktur aufgebrachten Schallwandlervorrichtung ist bereits eingangs hingewiesen worden.

1: flächig ausgebildete Struktur
2: elektromechanisches Wandlersystem
3: Verbindungsmittel
4: Speichermodul
5, 6: Auslese- und Ansteuereinheit
7: Energiemodul
8: Schnittstelle
9: Energiewandlereinheit
10: Schaltereinheit

Claims

Schallwandlervorrichtung zur lösbar festen Anbringung an eine Struktur (1), mit einem elektromechanischen Wandlersystem (2), das mit einem Verbindungsmittel (3) verbunden ist, vermittels dessen das elektromechanische Wandlersystem in eine lösbar feste Wirkverbindung mit der Struktur (1) bringbar ist, einer Ansteuereinheit (6) zur Schwingungsanregung des Wandlersystems (2) auf Grundlage von dem elektromechanischen Wandlersystem (2) zuführbaren Schwingungsinformationen sowie einem Energiemodul (7).
Schallwandlervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speichermodul (4) vorgesehen ist, in dem die Schwingungsinformationen abspeicherbar sind, und dass eine Ausleseeinheit vorgesehen ist, die die Schwingungsinformationen aus der Speichereinheit ausliest.
Schallwandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine flächige Struktur ist
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromechanische Wandlersystem einen piezokeramischen Wandlerwerkstoff aufweist.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (3) in Art eines flächigen Trägersubstrat ausgebildet ist, auf dem neben dem elektromechanischen Wandlersystem (2) das Speichermodul (4), die Auslese- und Ansteuereinheit (5, 6) sowie das Energiemodul (7) aufgebracht sind.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel in Art einer ein- oder zweiseitigen Klebefolie ausgebildet ist, mit deren einen Seite zumindest das elektromechanische Wandlersystem (2) in körperlichen Kontakt steht und deren andere Seite vermittels einer adhäsiv wirkenden Klebeschicht an die Struktur (1) fügbar ist.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermodul (4) eine Schnittstelle (8) aufweist, die vermittels eines Verbindungskabels oder kabellos Schwingungsinformationen übertragbar sind, die der Schwingungsanregung des elektromechanischen Wandlersystems (2) dienen.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemodul (7) als Batterie oder Akkumulator ausgebildet ist.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemodul (7) über wenigstens eine Einheit (9) zur Energiewandlung von thermischer, mechanischer und/oder elektrodynamischer Energie in elektrische Energie verfügt.
Schallwandlervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (9) ein Thermoelement, piezoelektrischer Wandler oder eine photovoltaische Einheit ist.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese- und Ansteuereinheit einen Digital-Analog-Umsetzer (6) sowie einen Leistungstreiber (7) vorsieht.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (3) in Form eines flächigen Trägersubstrats maximal die Größe und Form einer Checkkarte besitzt
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallwandlersystem als autonom funktionierende Einheit ausgebildet ist, die durch Schwingungsanregung des elektromechanischen Wandlersystems (2) die mit diesem über das Verbindungsmittel (3) verbundene Trägerstruktur (1) derart zum Schwingen anregt, dass hörbare Schallwellen erzeugbar sind.
Schallwandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltereinheit (10) vorgesehen ist, die die Schwingungsanregung auslöst und/oder beendet.
Schallwandlervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltereinheit (10) druck- oder lichtempfindlich ist.