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Die Erfindung betrifft System zur Sonifikation von den Zustand von Wasser, das mittels einer Wasserzuflusseinrichtung in eine Umgebung, beispielsweise in einen Raum eines Gebäudes, eingebracht wird, kennzeichnenden Parameter. Das System kann in der Küche oder im Bad zum Einsatz kommen, aber auch im Freien, so wie in Verbindung mit einem Wasserschlauch, einer Fontäne oder dergleichen.
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Mit einem derartigen System hat ein Endbenutzer die Möglichkeit, auf akustischem Wege Information über Wasser, das er benutzt, oder beispielsweise die Position eines Wasserhahnes, der üblicherweise als Wasserzuflusseinrichtung eingesetzt wird, zu erhalten. Damit wird der Sehsinn entlastet. Akustische Signale können überdies auch „mit dem Rücken zum Geschehen” wahrgenommen werden. Die Erfindung macht es zum Beispiel möglich, den Wasserkocher zu befüllen, ohne hinzuschauen, mit Wasser zu hantieren, ohne Gefahr zu laufen, sich unabsichtlich zu verbrühen, und vieles mehr. Personen mit eingeschränktem Sehvermögen ziehen besonderen Nutzen aus einem derartigen System. Für Kinder entsteht eine lustige Spielerei, welche auch dazu genutzt werden kann, ihnen einen bewussten Umgang mit Wasser zu vermitteln.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges System bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß weist ein System zur Sonifikation von den Zustand von Wasser, das mittels einer Wasserzuflusseinrichtung in eine Umgebung, beispielsweise in einen Raum eines Gebäudes, eingebracht wird, kennzeichnenden Parametern wenigstens eine Sensoreinrichtung, die für jeweils einen der Parameter dessen aktuellen Wert abfühlt, einen Controller, der die aktuellen Werte von der wenigstens einen Sensoreinrichtung empfängt und auswertet und abhängig von dem Ergebnis der Auswertung eines aus einer Vielzahl vorab abgelegter Klangmuster bereitstellt, und eine Klangausgabeeinrichtung, welche das Klangmuster empfängt und als akustisches Signal ausgibt, auf.
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Als „Sensoreinrichtung” sollen dabei alle Vorrichtungen angesehen werden, die die gewünschten Daten erfassen können und sind daher nicht auf einfache Sensoren beschränkt, sondern umfassen auch Messgeräte und andere geeignete Einheiten.
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Klangmuster können auch nach einer vorab definierten Vorschrift synthetisiert werden. Dies benötigt zum Beispiel geringeren Speicher. Abgelegte Klangmuster und rein ”prozessual” erzeugte Klänge können miteinander kombiniert werden. Entweder rein additiv, alternierend, oder auch so, dass die abgelegten Klangmuster durch Berechnungen dynamisiert, verfremdet, verbessert, verschlechtert, bearbeitet etc. werden. Ein Beispiel für eine Klangsynthese, die nicht auf einen ”Ablage” in einem Speicher basiert, ist zum Beispiel die Verwendung eines einfachen Sinus-Generators oder eines Rausch-Generators und die Anwendung von Hüllkurven auf ihn, wie es in einem handelsüblichen Synthesizer stattfindet. Durch die Kombination von Ablagewiedergabe und Synthese können lebhaftere Klänge erzeugt werden.
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Das Kernstück der Klangausgabeeinrichtung ist üblicherweise ein Lautsprecher, der in vielen Einsatzformen verwendet werden kann. Je nach vorhandenem Raum können Miniaturlautsprecher verwendet werden, beispielsweise Piezo-Lautsprecher. In Umgebungen, wo aufgrund eines hohen Lärmpegels hohe Wattleistungen nötig sind, kann ein elektrodynamischer Membranlautsprecher zum Einsatz kommen. Dem Lautsprecher ist in an sich bekannter Weise ein Verstärker vorgeschaltet.
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Die Auswahl der Parameter ist grundsätzlich beliebig, sinnvoll ist aber, diese aus der Gruppe zumindest bestehend aus Temperatur des Wassers, Durchflussvolumen durch die Wasserzuflusseinrichtung, Konzentration an Inhaltsstoffen, wie Nitraten, auszuwählen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum Erfassen des Durchflussvolumens durch die Wasserzuflusseinrichtung als Sensoreinrichtung ein Elektrogenerator vorgesehen, welcher außerdem das System mit Energie versorgt. Je schneller das Wasser durch die Wasserzuflusseinrichtung strömt, desto höher ist die erzeugte elektrische Wechselspannung. Diese wird gleichgerichtet, mit einem Kondensator geringer elektrischer Kapazität gepuffert und kann dann vom Controller als Durchflussgeschwindigkeit interpretiert werden. Über den Leitungsquerschnitt oder auch anhand von Erfahrungswerten lässt sich das Durchflussvolumen berechnen bzw. bestimmen.
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Eine andere Version eines Signalerzeugers wird dadurch bereitgestellt, dass ein handelsüblicher Wasserzähler modifiziert wird. Dazu wird auf der Achse des Zählerrades, eine dünne, optisch segmentierte Kunststoffscheibe aufgebracht, die je nach Durchflussgeschwindigkeit den Strahl einer Gabellichtschranke häufiger oder seltener unterbricht. So entstehen pulsierende elektrische Spannungsänderungen, die vom Controller verarbeitet werden können. Hier wird jedoch eine externe Energiequelle benötigt.
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Das Prinzip des Messen mittels Lichtschranke kann auch kombiniert mit dem Generatorprinzip angewendet werden. Das kann zur Messung vor allem von langsam ausströmenden Wassermengen sinnvoll sein, da der Generator erst ab einer bestimmten Wassermenge richtig arbeitet. Dazu kann beispielsweise ein zusätzliches Laufrad in das System eingebracht werden, um das Lichtschrankenprinzip zu nutzen.
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Erfindungsgemäß soll allerdings der verwendete Elektrogenerator die zum Betrieb des Systems benötigte elektrische Energie zur Verfügung stellen. Der am Ausgang des Elektrogenerators entstehende Wechselstrom wird gleichgerichtet und in einem Doppelschicht-Kondensator, der sich durch eine hohe Kapazität auszeichnet, gespeichert. Diese Vorgehensweise hat einen offensichtlichen Vorteil gegenüber der Energieversorgung aus einer externen Quelle, beispielsweise einer Batterie oder einem Netzteil.
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Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist zum Erfassen der Temperatur als Sensoreinrichtung wenigstens ein Temperatursensor vorgesehen, dessen Ausgangssignal abhängig vom Durchflussvolumen durch die Wasserzuflusseinrichtung zu modifizieren ist. Beispielsweise erfolgt die Messung der Temperatur mittels eines auf Temperaturänderungen hinreichend schnell reagierenden elektronischen Bauelementes. Es können zwei Thermistoren verwendet werden, welche an unterschiedlichen Stellen im Wasserfluss angeordnet sind. Auch hier wird eine Spannungsänderung vom Controller erfasst und verarbeitet. Dabei müssen Hysteresen beachtet werden, die die Zeit, die das Wasser für einen bestimmten Leitungsabschnitt benötigt, und auch eine entsprechende Reaktionszeit eines Menschen berücksichtigen. Selbst wenn man extrem schnelle Sensoren benutzte, bliebe das Problem menschlicher Latenz. Daher muss man möglichst ”zeitig” messen, darf aber bei evtl. kurzzeitigen Unterbrechungen nicht vergessen, dass noch etwas heißes Wasser für eine Weile irgend wo in der Leitung sein kann. Ferner sind die Kennlinie des Thermistors oder eines ähnlichen Bauelementes, Wassertemperatur und durchflossene Wasservolumina zu berücksichtigen. Gegebenenfalls erfolgt eine experimentelle Einmessung, mit der die Temperaturmessung kalibriert wird.
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Weiterhin kann nach einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Mikrofon zum Erfassen der Umgebungslautstärke bei der Wasserzuflusseinrichtung vorgesehen sein, wobei der Controller die Lautstärke des akustischen Signals entsprechend der Umgebungslautstärke anpasst. Die Umgebungslautstärke kann beträchtlich variieren, so ist schon allein zwischen langsamem und schnellem Wasseraustritt beträchtliche Variation der Umgebungslautstärke zu beobachten. Diese wird daher gemessen und die Ausgabelautstärke entsprechend angepasst, so dass die vom System erzeugten Klänge immer hörbar sind. Durch entsprechende Anbringung des Mikrofons und Frequenzfilterung wird erreicht, dass die vom System erzeugten Klänge auf die Messung der Umgebungslautstärke keinen oder nur geringen Einfluss haben. Zusätzliche Maßnahmen, wie die Verwendung der Richtcharakteristik, phasengedrehtes Einspeisen des erzeugten Klangsignals in den Messkanal sowie gegebenenfalls direkte Berechnungen im Controller sind ebenfalls denkbar.
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In einer praktischen Ausgestaltung kann ein Mikrofon beispielsweise direkt unter der Spüle am Ausfluss einer Mischarmatur angebracht sein, um hochfrequentes Rauschen als Indikator für verstärkten Wasserausfluss zu registrieren. Damit können kurzfristige, durch unterschiedliche Wasserstrahlstärken hervorgerufene Lautstärkenänderungen erfasst werden.
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Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, ein zweites Mikrofon vorzusehen, beispielsweise wenn in dem Raum selbst, in dem das System zur Anwendung kommt, mit variierenden Umgebungspegeln zu rechnen ist.
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Das System, wie es bisher beschrieben ist, kann nach einer Ausführungsform als Aufsatz auf die Ausgabeöffnung einer Wasserzuflusseinrichtung gestaltet sein, beispielsweise als ein auf gewöhnliche Wasserarmaturen aufschraubbarer Spenderkopf.
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Nach einer zweiten Ausführungsform kann das System als Zwischenstück zum Einbau in eine Wasserleitung ausgestaltet sein. Dieses Zwischenstück wird an einer geeigneten Stelle vor oder nach der Armatur in den Wasserlauf eingebracht, je nach Bauart der Armatur. Zum Beispiel kann bei Schlauchbrausearmaturen das Zwischenstück zwischen dem Armaturablauf und den Schlauchbrausenschlauch geschraubt werden. Bei Mischarmaturen ohne Schlauchbrause müssen zwei Zwischenstücke, eines für warmes und eines für kaltes Wasser, in die Zuleitungen zur Armatur eingebracht werden.
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Eine dritte Variante besteht im Realisieren der erfinderischen Idee in einem Neuentwurf einer Armatur. Die Erfindung lässt sich aber besonders vorteilhaft bei bereits vorhandene Armaturen nutzen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Schaltung, mit der das System gemäß der vorliegenden Erfindung zu realisieren ist;
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2a bis 2b Beispiele für Sonifikationsmöglichkeiten mit dem erfindungsgemäßen System; und
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3a bis 3c Einbauvarianten für das erfindungsgemäße System.
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Das System zur Sonifikation von den Zustand von Wasser, das mittels einer Wasserzuflusseinrichtung in einen Raum eines Gebäudes eingebracht wird, kennzeichnenden Parameter, wie es in einer Ausführungsform in der 1 dargestellt wird, besteht aus zwei Sensoreinrichtungen 10, 12, nämlich einem Durchflussmesser, der die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers ermittelt, und einem Temperatursensor, der die Temperatur des durchfließenden Wassers ermittelt, auf. Drehzahl und Temperatur werden an einen Mikrocontroller 14 geliefert, der die Daten verarbeitet, indem er sie auswertet, und zum richtigen Zeitpunkt die geeigneten Klänge erzeugt. Ein Umgebungsmikrofon 16 misst dabei die Umgebungslautstärke, wobei aus dieser die jeweils passende Wiedergabelautstärke abgeleitet wird. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Mikrocontroller 14 sowohl die Funktion der Datenauswertung als auch die der Klangerzeugung übernehmen. Es liegt aber ebenso im Rahmen der Erfindung, die Funktionen auf getrennten Bausteinen bzw. Recheneinheiten ausführen zu lassen. Die vom Mikrocontroller 14 ausgegebenen Klänge werden an eine Klangausgabeeinrichtung 20 gegeben, in der sie in einem Verstärker 22 elektrisch verstärkt und dann an einen Lautsprecher 24 weitergegeben werden.
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2a zeigt ein Beispiel für die Sonifikation der Durchflussmenge des Wassers. Wenn kein Wasser fließt, ist kein Klang zu hören. Bei niedriger Fließgeschwindigkeit erfolgen laute Impulse mit längerem zeitlichen Abstand und leiseren zwischengelagerten Unterteilungsimpulsen. Höhere Fließgeschwindigkeiten führen zu einer schnelleren Pulsfolge. Bei hoher Fließgeschwindigkeit sind nur noch schnell ablaufende laute Impulse zu hören.
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2b zeigt den Einsatz des Systems als Temperaturwarner. Dabei wird zunächst ein oberer Schwellenwert für eine Temperatur definiert, die für den Benutzer als sicher zu bezeichnen ist. Solange dieser obere Schwellenwert nicht erreicht wird, bleibt der Lautsprecher stumm. Bei Überschreitung und daher extrem hoher Wassertemperatur folgt ein Warnsignal in Form eines kurzen Pulses. Fällt die Temperatur wieder unter den oberen Schwellenwert, erklingt ein Entwarnungsgeräusch. Falls gewünscht, kann auch ein fortlaufendes Warnsignal aktiviert werden.
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2c zeigt die Lautstärkenanpassung in einer Umgebung, bei der beispielsweise durch unterschiedliche Menschenansammlungen unterschiedliche Umgebungslautstärkenpegel entstehen. Je lauter die Umgebungslautstärke ist, desto lauter wird auch die Wiedergabelautstärke des Systems eingestellt. Auch bei größeren Menschenmengen ist so sichergestellt, dass die erzeugten Klänge gehört werden können.
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Bei der Auswahl der Klangsignale bzw. Klangmuster sind grundsätzlich keine Einschränkungen zu beachten. Übliche Grundausrichtungen für das Klangmuster sind tropfenartige Sinusklänge, dem Meeresrauschen angelehnte Klänge oder ein Spaßmuster mit Überraschungsklängen, z. B. Froschquaken. Für längere Klangdateien müssen besondere Maßnahmen getroffen werden.
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Die 3a bis 3c stellen Einbauvarianten für das erfindungsgemäße System dar.
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Bei der 3a ist ein erfindungsgemäßes System 100 als Aufsatz auf einen üblichen Wasserhahn 110 gezeigt. 3b zeigt eine ähnliche Einbausituation, bei der das erfindungsgemäße System 100' als ein Zwischenstück gestaltet ist und zwischen die Ausgabeöffnung 120 einer Wasserzuflusseinrichtung und eine weiterführende Leitung 130, beispielsweise zu einer Handbrause, gebracht ist. 3c zeigt, wie je ein erfindungsgemäßes System 100'', 100''' in die getrennten Kalt- bzw. Heißwasserleitungen 140, 150 einer Wasserzuflusseinrichtung mit Wasserhahn 110 eingebaut sind. Die Systeme 100'', 100''' können dabei eine oder mehrere Komponenten gemeinsam nutzen, beispielsweise den Controller und/oder die Klangausgabeeinrichtung.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
