DE2451446A1

DE2451446A1 - Verfahren zum erzeugen akustischer strahlungsmuster und piezoelektrische wandleranordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2451446A1
Application number: DE19742451446
Authority: DE
Inventors: Ralph Wheeler Goble
Original assignee: SONTRIX Inc
Current assignee: SONTRIX Inc
Priority date: 1973-11-05
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1975-05-07
Also published as: IT1037087B; CA1010140A; GB1478068A; US3873866A; GB1478067A; FR2250251B1; JPS5081082A; FR2250251A1

Description

Patentanwälte

i)r.~Ing, Williülm Reichel
töpi-log. Wolfgang Beichel

6 Ficnlci-uri a. M. 1

Parkeiraß© 13 -

8041

SONTRIX, INC.,Boulder, Colorado, VStA

Verfahren zum Erzeugen akustischer Strahlungsmuster und piezoelektrische Wandleranordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen akustischer Strahlungsmuster und auf piezoelektrische Wandleranordnungen.

Ein Verfahren zum Erzeugen eines schirmartigen, ringförmigen Strahlungsmusters akustischer Energie einer ausgewählten Wellenlänge rund um eine vorbestimmte Achse ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein zu der vorbestimmten Achse konzentrisches, ringförmig nach außen strahlendes Muster akustischer Energie der ausgewählten Wellenlänge erzeugt wird und daß die akustischen Wellen des ringförmigen Musters, die von der einen Seite

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einer senkrecht zu der Achse mitten durch das Ringmuster verlaufenden, imaginären Ebene abgestrahlt werden, von einer ebenen Reflexionsoberfläche reflektiert werden, die sich in einem ausgewählten Abstand parallel zu der imaginären Ebene erstreckt, um in Phase mit den sich von der anderen Seite der imaginären Ebene nach außen fortpflanzenden Strahlungen reflektierte parallele Strahlungen vorzusehen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer piezoelektrischen Wandleranordnung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in der Fig. 1 dargestellte Wandleranordnung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des in der Anordnung nach der Fig. 1 benutzten piezoelektrischen Elements,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das in der Fig. 3 dargestellte piezoelektrische Element,

Fig. 5 eine Seitenansicht des in der Anordnung nach der Fig. 1 benutzten Wandlers mit einem Querschnitt des innerhalb der Resonanzkammer der Anordnung nach der Fig. 1 erzeugten Strahlungsmusters,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine der kreisförmigen öffnungen in der Seitenwand des Resonanzhohlraums der Anordnung nach der Fig. 1 mit einem Querschnitt durch das aus der öffnung austretende Strahlungsmuster,

Fig. 7 eine Seitenansicht der an einer Decke befestigten Anordnung nach der Fig. 1 mit einem Querschnitt des von der Anordnung erzeugten, schirmartigen Strahlungsmusters und

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Figuren 8 und 9 teilweise geschnittene Seitenansichten der in verschiedene Hohlräume eingesetzten Anordnung nach der Fig. 1.

Piezoelektrizität ist Druckelektrizität, und piezoelektrisches Verhalten ist die Eigenschaft von Materialien, sich beim Anlegen von elektrischen Signalen zu verformen, oder umgekehrt Elektrizität zu erzeugen, wenn eine Verformung durch Druck auftritt. Piezoelektrische Materialien kommen in der Natur vor und können künstlich hergestellt werden·

In den Figuren 1 und 2 ist eine Wandleranordnung 10 dargestellt, die eine Resonanzkammer 11, einen Wandler 12 und eine Reflexionsplatte 13 enthält.

Die Resonanzkammer 11 ist an ihren beiden Enden geschlossen und zeigt einen geeigneten Aufbau, der im allgemeinen mit Helmholtz-Kammer bezeichnet wird. Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, ist das obere Ende der Kammer 11 durch ein Tragteil 12a verschlossen, das den Wandler .12 haltert· Das untere Ende der Resonanzkammer 11 ist mit einer Stirnwand 14 abgeschlossen. Die Reflexionsplatte 13 erstreckt sich nach allen Seiten über die Kammer 11 hinaus, und zwar in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Kammer 11 verläuft.

Der innerhalb der Kammer 11 angeordnete Wandler 12 erstreckt sich symmetrisch quer zur Längsachse der Kammer» Der Wandler 12 ist in einer geeigneten Weise am Tragteil 12a befestigt und enthält ein piezoelektrisches Element 20, das in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist.

Das piezoelektrische Element 20 ist ein flaches, plattenartiges Biegeelement, das sich beim Anlegen eines zu seinen ebenen Oberflächen senkrecht verlaufenden elek-

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trischen Feldes in der gezeigten Weise um seinen Knoten 21 biegt. Derartige Biegeelemente werden beispielsweise von der Clevite Corporation unter dem Namen Bimorph hergestellt. Wie man der Fig· 4 entnehmen kann, ist das Element 20 rechteckförmig ausgebildet und weist einen kreisförmigen Knoten 21 auf, der in der Fig. 4 durch unterbrochene Linien eingezeichnet ist. Wie man der Fig. 3 entnehmen kann, bewegen sich die Randabschnitte des Elements stets in entgegengesetzter Richtung wie der innerhalb des Knotens 21 liegende Mittelabschnitt. Bei der Darstellung nach der Fig. 3 ist das Element 20 mit ausgezogenen Linien in seiner nach oben gebogenen Stellung und mit unterbrochenen Linien in seiner nach unten gebogenen Stellung gezeigt.

Das piezoelektrische Element 20 hat eine ausgewählte, vorzugsweise über dem Hörbereich liegende, natürliche Resonanzfrequenz und ist in dem Wandler 12 derart angeordnet, daß es um den Knoten 20 freie Schwingungen ausführen kann. Der Wandler 12 umfaßt eine Struktur, die die auf entgegengesetzten Seiten des Knotens 21 erzeugten Verdichtungs- und Verdünnungswellen veranlaßt, in einer solchen Weise phasenverschoben zu werden, daß sie sich durch konstruktive Interferenz vereinigen und gegenseitig verstärken. Weiterhin ist das Element 20 im Wandler 12 in einem geeigneten Abstand von der angrenzenden Oberfläche des Tragteils 12a angeordnet, daß die an entgegengesetzten Seiten der Ebene des Elements 20 erzeugten Schallwellen im Sinne einer konstruktiven Interferenz reflektiert werden und sich daher gegenseitig verstärken. Weiterhin enthält der Wandler 12 elektrische Kontakte und Anschlüsse 15a und 15b, über die elektrische Signale abgenommen oder den entgegengesetzten Flächen des piezoelektrischen Elements 20 zugeführt werden können.

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Eine geeignete Art der Halterung und Befestigung des piezoelektrischen Elements 20 im Wandler 12 ist aus der US-PS 3 704 385 bekannt.

Wenn das piezoelektrische Element 20 bei seiner natürlichen Resonanzfrequenz elektrisch erregt wird, erzeugt der Wandler 12 innerhalb der Kammer 11 ein sphärisches oder kugeliges Strahlungsmuster 30. Es wird hier angenommen, daß die Resonanzfrequenz des Elements 20 eine Überschallfrequenz ist.

Eine Querschnittsansicht des sphärischen Strahlungsmusters 30 mit Schallvektoren 31, 32 und 33 ist in der Fig. 5 gezeigt. Der Vektor 32 liegt in der Längsachse der Kammer 11. Die Schallenergievektoren 31 und 33 sind auf diametral entgegengesetzten Seiten des sphärischen Musters 30 um Jeweils 45° gegenüber dem Vektor 32 verschoben.

Die Helmholtz-Kammer 11 bildet einen Resonanzhohlraum geeigneter Länge und ist in bezug auf das Tragteil 12a axial einstellbar, um eine Resonanzfrequenz vorzusehen, die der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements 20 entspricht. Die Folge davon ist, daß das akustische Ausgangssignal des Wandlers 12 durch die Resonanzwirkung der Helmholtz-Kammer 11 verstärkt wird. Ein Klemmring 18 hält die Kammer in bezug auf das Tragteil 12a in ihrer Lage.

In einem vorbestimmten Abstand von der Reflexionsplatte 13 sind in der zylindrischen Seitenwand der Helmholtz-Kammer 11 mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, radial ausgerichtete öffnungen 16 vorgesehen. Die öffnungen sind kreisförmig und haben einen Durchmesser, der etwa gleich der halben Wellenlänge der ültraschallresonanzfrequenz des Elements 20 ist. Die Wellenlänge der Resonanzfrequenz wird mit "¹^ bezeichnet.

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Die Öffnungen 16 sind in Umfangsrichtung um die zylindrische Seitenwand der Kammer 11 verteilt, und zwar in einer solchen Weise, daß die Mittelpunkte 17 der Öffnungen 16 in einer Ebene liegen, die parallel zur Platte 13 verläuft, und daß zwischen benachbarten Mittelpunkten 17 ein Abstand von etwa ^ besteht. Der Abstand X zwischen jedem der Mittelpunkte 17 und der Ebene der Platte 13 beträgt gemessen entlang einer Senkrechten auf der Platte 13 gleich m»^.* sin θ , wobei m irgendeine ganze Zahl ist, beispielsweise 1, 2, 3 usw., und θ der Winkel zwischen einem Hauptvektor 36 und einem Vektor 38 ist, der die Richtung der verstärkten Energie angibt·

Beim Betrieb setzt die Helmholtz-Kammer 11 das sphärische Strahlungsmuster 30, das längs der Achse des Wandlers 12 erzeugt wird, in eine Anzahl von im wesentlichen sphärischen Strahlungsmustern 35 um, die aus den Öffnungen 16 austreten. Jede Öffnung 16 arbeitet daher, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, als einzelne, getrennte Schallquelle, die ein sphärisches Strahlungsmuster mit einer maximalen Energiekomponente längs der durch den Vektor 36 bezeichneten Achse erzeugt. Die Vektoren 36 ragen von den Mittelpunkten 17 der Öffnungen 16 in einer Ebene weg, die parallel zur Reflexionsplatte 13 verläuft. Zur Erläuterung sind Schallkomponenten oder Vektoren 37 und 38, die eine senkrecht zur Reflexionsplatte 13 verlaufende Ebene definieren, eingezeichnet. Die Vektoren 37 und 38 sind auf diametral entgegengesetzten Seiten des sphärischen Musters 35 unter einem Winkel von θ in bezug auf die durch den Vektor 36 definierte Öffnungsachse angeordnet. Die maximale Verstärkung tritt bei θ = 45° auf. Durch Einstellen eines geeigneten Abstands der Mittelpunkte 17 der Öffnungen 16 von der Oberfläche der Reflexionsplatte 13 kann auch eine Verstärkung bei einem Winkel θ auftreten, der von abweicht. In diesem Fall muß die Beziehung für X=m*]^-sin θ eingehalten werden. Dabei ist Q der Winkel zwischen dem

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parallel zur Platte 13 verlaufenden Hauptvektor 36 und dem gewünschten Verstärkungsvektor 38.

Infolge des Abstands von /v zwischen den Öffnungsmittelpunkten 17 addieren sich die sphärischen Muster 35 der Ultraschall strahlung in der Phase, um ein nach außen gerichtetes, ringförmiges Strahlungsmuster zu bilden, das die Längsachse der Kammer 11 symmetrisch umgibt· Beim Abstrahlen dieses ringförmigen Strahlungsmusters nach, außen kommt die in Richtung des Vektors 37 abgestrahlte Komponente bald in Berührung mit der Reflexionsplatte 13, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Wie man sieht, trifft der Vektor 37 auf der Reflexionsplatte 13 unter einem Einfallswinkel von 45°. auf. Die Strecke, die eine längs des Vektors 37 wandernde akustische Welle bis zum Zeitpunkt des Auftreff ens auf der Platte 13 durchlaufen hat, kann man durch eine Formel angeben, in der Z = X : sin 45° ist· Wie bereits erwähnt, ist die Strecke X = m·^* sin θ gewählt· Die Strecke Z ist daher gleich m/».· sin θ ι sin θ· Demzufolge ist Z β fflrX« Die von der Reflexionsplatte 13 längs des Vektors 37 reflektierten akustischen Wellen addieren sich daher in der Phase mit den akustischen Wellen längs des Vektors 38, um rund um die Achse der Helmholtz-Kammer 11 ein schirmartiges Strahlungsmuster 40 zu bilden·

Eine Querschnittsansicht des Schirmförmigen Strahlungsmusters 40 ist in der Fig. 7 gezeigt. Die in dieser Figur dargestellte Wandleranordnung 10 ist mit ihrer Reflexionsplatte 13 an einer Decke 41 eines Raumes befestigt· Die Achse 42 der Anordnung 10 erstreckt sich von der Decke 41 senkrecht nach unten. Das schirmförmige Ringstrahlungsmuster 40 wird symmetrisch mit 360° rings um die Achse 42 erzeugt, wobei die maximalen EnergiekompOnenten längs der Vektoren 43 verlaufen, die unter einem Winkel von 45° zur Achse 42 verlaufen. Aus der Fig, 7 geht hervor, daß das Strahlungsmuster 40 über einen verhältnismäßig

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großen Oberflächenbereich des Bodens 41 einen Schutzschirm bildet. Weiterhin kann man der Fig. 7 entnehmen, daß die Strahlung längs des Vektors 43 auf der Oberfläche des Bodens 44 reflektiert wird, wie es durch den Vektor 43a angedeutet ist. Ein an der Stelle A befindlicher Gegenstand, der normalerweise außerhalb der unmittelbaren Bedeckung des Schirms liegt, wird daher erfaßt. Der Vektor 43a wird wiederum von der Decke 41 reflektiert, so daß durch Mehrfachreflexion der erfaßte Flächenbereich vergrößert wird. Diese Vergrößerung tritt bei Mehrfachwandleranordnungen in einem noch stärkeren Maße auf.

Die Wandleranordnung 10 kann auch im Empfangs- oder Aufnahmebetrieb arbeiten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 7, bei dem θ « 45° ist, würde die maximale Empfindlichkeitsrichtung der Anordnung 10 in der Empfangsbetriebsart unter einem Winkel von 45° längs der Vektoren 43 verlaufen. Grundsätzlich kann man sagen, daß das Empfangsempfindlichkeitsmuster mit dem dargestellten Sendemuster identisch ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 ist die Helmholtz-Kammer 11 der Anordnung 10 in einem zylindrischen Hohlraum 50 angeordnet» Der Hohlraum 50 kann in der Decke eines Raumes vorgesehen sein oder ein getrenntes Bauteil darstellen, das an einer Wand oder Decke befestigt werden kann. Der Hohlraum 50 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und wird von einer Deckenwand 51 und einer zylindrischen Seitenwand 52 begrenzt. Falls die Deckenwand 51 aus einem geeigneten Material hergestellt ist, kann sie als Reflexionsplatte 13 dienen. Dies gilt auch für eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit der Decke eines Raumes. Die Seitenwand 52 verläuft parallel zur Achse der Kammer 11, so daß die längs des Vektors 36 wandernden akustischen Wellen aus dem Hohlraum 50 nicht nach außen reflektiert werden. Weiterhin muß der Hohlraum 50 hinreichend groß sein, damit

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die längs des Vektors 37 wandernden akustischen Wellen nach außen reflektiert werden können. Der Hohlraum 50 weist vorzugsweise eine solche Größe auf, daß die akustischen Wellen, die aus dem Mittelpunkt der Öffnungen 16 austreten und längs des Vektors 36 wandern, derart reflektiert werden, daß die reflektierten Wellen in Phase mit den ausgesendeten Wellen sind und daher diese verstärken. Der Abstand der Öffnungen 16 der Kammer 11 von der Wand 52 des Hohlraums sollte daher gleich η-^ sein, wobei η gleich oder größer als eine Wellenlänge ^ der ausgesendeten akustischen Wellen ist, und zwar in Abhängigkeit von dem gewünschten Schirmmuster. Der Anteil der Strahlung von den Öffnungen 16, der auf die Wand 52 trifft, wird somit derart reflektiert, daß die reflektierten Wellen in Phase mit den ausgesendeten Wellen sind und dazu dienen, diese zu verstärken. Obwohl die Wand 52 vorzugsweise senkrecht zum HauptStrahlungsvektor 36 verläuft, können auch andere Winkelbeziehungen erwünscht sein, wenn die größte Empfindlichkeit längs eines Vektors erwünscht ist, bei dem θ von 45° abweicht. Die Wand 52 ist in bezug auf die Ebene der Öffnungsmittelpunkte vorzugsweise unter einem Winkel angeordnet, der gleich oder größer als 90° ist. Der Einbau der Wandleranordnung an einer einspringenden Stelle bietet den Vorteil, daß die Wandleranordnung geschützter untergebracht ist.. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 liegt die Stirnwand 14 der Kammer 11 in derselben Ebene wie die Dekke 42.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 9 ist der Hohlraum 50 in einem Abschirm- oder Schutzbauteil 60 vorgesehen. Das an einer Decke anbringbare Schutzbauteil 60 weist abgerundete Randabschnitte 61 auf, um ein besseres Aussehen zu bewirken. Ferner soll das Schutzbauteil 60 verhindern, daß Fremdkörper an der Wandleranordnung angeschlagen werden.

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Die beschriebene piezoelektrische Wandleranordnung erzeugt somit ein ringförmiges, schirmartiges Strahlungsmuster dadurch, daß zunächst ein sphärisches Strahlungsrauster erzeugt wird, das zum Erzeugen von mehreren sphärischen Strahlungsmustern dient, die zu einem ringförmigen Strahlungsmuster vereinigt werden, von dem zur Bildung des ringförmigen, schirmartigen Strahlungsmusters Teile reflektiert werden.

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Claims

Patentansprüche

1, Verfahren zum Erzeugen eines schirmartigen, ringförmigen Strahlungsmusters akustischer Energie einer ausgewählten Wellenlänge rund um eine vorbestimmte Achse, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu der vorbestimmten Achse konzentrisches, ringförmig nach außen strahlendes Muster akustischer Energie der ausgewählten Wellenlänge erzeugt wird und daß die akustischen Wellen des ringförmigen Musters, die von der einen Seite einer senkrecht zu der Achse mitten durch das Ringmuster verlaufenden, imaginären Ebene abgestrahlt werden, von einer ebenen Reflexionsoberfläche reflektiert werden, die sich in einem ausgewählten Abstand parallel zu der imaginären Ebene erstreckt, um in Phase mit den sich von der anderen Seite der imaginären Ebene nach außen fortpflanzenden Strahlungen reflektierte parallele Strahlungen vorzusehen·

2· Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß Wellen in Phase mit den direkt abgestrahlten Wellen von einer Reflexionsoberfläche reflektiert werden, um die direkt abgestrahlten Wellen zu verstärken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Strahlungsmuster durch Vereinigen einer Anzahl ähnlicher sphärischer Strahlungsmuster akustischer Energie der ausgewählten Wellenlänge erzeugt wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die imaginäre und die reflektierende Ebene um einen senkrecht zur Reflexionsoberfläche gemessenen Abstand voneinander getrennt sind, der etwa gleich einer ganzen Zahl von Wellenlängen bei der Resonanzfrequenz multipliziert mit sin θ ist, wobei θ (vorzugsweise 45°) der Winkel zwischen der imaginären Ebene und dem Vektor der nach außen abgestrahlten Energie ist, die verstärkt werden soll.

5. Piezoelektrische Wandleranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, enthaltend ein piezoelektrisches Element mit einem sphärischen Sende- oder Abtaststrahlungsmuster und eine Resonanzkammer, die ein Gehäuse für das piezoelektrische Element bildet,

dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkammer (11) eine Anzahl von Öffnungen (16) aufweist, deren Mittelpunkte in einer gemeinsamen Ebene liegen und vom Zentrum des sphärischen Strahlungsmusters gleich weit entfernt sind, daß Jede eier Öffnungen (16) derart angeordnet und bemessen ist, daß sie außerhalb der Kammer bei der Resonanzfrequenz ein teilsphärisches Strahlungsmuster erzeugt, und daß die Öffnungen (16) einen solchen Abstand voneinander haben, daß sich die sphärischen Strahlungsmuster von allen Öffnungen zu einem ringförmigen Strahlungsmuster mit der Kammerresonanzfrequenz und der Resonanzkammer (11) als Mittelpunkt vereinigen·

6, Wandleranordnung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Reflexionsoberfläche (13), die sich in einem solchen . Abstand X parallel zu der gemeinsamen Ebene erstreckt, daß die von der Reflexionsoberfläche (13) reflektierte Strahlung die nicht von der Reflexionsoberfläche reflektierte Strah-

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lung unter einem Winkel von θ bezogen auf diese Fläche verstärkt, um dem Strahlungsmuster eine schirmartige Form zu geben,

7. Wandler anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand X durch die Gleichung X = m ^ sin θ definiert ist, wobei Λ die Wellenlänge bei Resonanzfrequenz und m eine ganze Zahl ist.

8. Wandleranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen kreisförmig sind und daß der Durchmesser von jeder der öffnungen etwa gleich der halben Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz ist.

9. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Öffnungen etwa gleich der Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz ist.

10. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz eine Ultraschallresonanzfrequenz ist bzw. über dem Hörbereich liegt.

11. Piezoelektrische Wandleranordnung zum Erzeugen eines vorbestimmten Strahlungsmusters akustischer Energie, bei der eine Resonanzkammer mit Seiten- und Stirnwänden sowie einer ausgewählten Resonanzfrequenz vorgesehen ist, die Längsachse der Kammer parallel zu der Seitenwand verläuft, eine Anzahl von schallabgebenden Öffnungen in der Seitenwand vorgesehen ist, die in einem Abstand die Längsachse umgibt, die Mittelpunkte der öffnungen in einer gemeinsamen Ebene liegen, die senkrecht zur Achse verläuft, inner-

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halb der Kammer eine piezoelektrische Wandlereinrichtung angeordnet ist, die längs der Achse ein sphärisches Strahlungsmuster akustischer Energie bei der Resonanzfrequenz der Kammer erzeugt, wobei bei erregter Wandlereinrichtung ähnliche Strahlungsmuster der akustischen Strahlung aus jeder der Öffnungen um ihre Mittenachsen austreten, und Mittel eine Reflexionsoberfläche definieren, die zum Empfangen und zum Reflektieren von akustischen Wellen dient, die aus den Mittelpunkten der öffnungen längs eines Fortpflanzungsweges unter einem auf die gemeinsame Ebene bezogenen Winkel θ zur Reflexionsoberfläche abgestrahlt werden, und die sich senkrecht zur Achse der Anordnung in einem solchen vorbestimmten Abstand von der gemeinsamen Ebene erstreckt, bei dem die unter dem vorbestimmten, auf die gemeinsame Ebene bezogenen Winkel θ bei Resonanzfrequenz zur Reflexionsoberfläche abgestrahlten akustischen Wellen in Phase mit spiegelbildlichen akustischen Wellen reflektiert werden, die aus den Öffnungen in einer von der Reflexionsoberfläche wegführenden Richtung abgestrahlt werden, wobei θ der Winkel zwischen der gemeinsamen Ebene und dem Vektor der spiegelbildlichen Wellen ist.

12. Wandleranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand X durch die Gleichung X = m /w sin θ definiert ist, wobei A die Wellenlänge bei Resonanzfrequenz und m eine ganze Zahl ist.

13. Wandleranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel θ = 45° ist.

14. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen kreisförmig sind.

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15. Wandleranordnung nach einem der-Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen gleiche Abstände voneinander haben.

16· Wandleranordnung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der benachbarten öffnungen etwa eine Wellenlänge /^ bei der Resonanzfrequenz ist.

17· Wandleranordnung nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser von ^eder der öffnungen etwa gleich der halben Wellenlänge /y,/2 bei Resonanzfrequenz ist·

18. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz eine Ultraschallresonanzfrequenz ist bzw. über dem Hörbereich liegt·

19· Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung ein flaches plattenförmiges piezoelektrisches Biegeelement enthält.

20. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen derart bemessen, geformt und voneinander beabstandet sind, daß sie im wesentlichen sphärische Strahlungsrauster akustischer Energie bei der Resonanzfrequenz ausstrahlen, die sich in der Phase miteinander vereinigen.

21. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzstruktur vorgesehen ist, die zusammen mit der Reflexionsoberfläche einen Hohlraum bildet, in den die

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Anordnung eingesetzt ist, und daß die Schutzstruktur in einem vorbestimmten Abstand von der Kammer Hohlraumseitenwände aufweist, die mit der Reflexionsoberfläche einen Winkel bilden, der gleich oder größer als 90° ist.

22. Wandleranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumseitenwände von den öffnungen in der Seitenwand der Kammer einen Abstand haben, der einer ganzen Anzahl von Wellenlängen entspricht.

23· Wandleranordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumseitenwände parallel zur Längsachse der Kammer verlaufen.

24. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 23» dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkammer zylindrisch ist.

25. Piezoelektrische Wandleranordnung zum Erzeugen eines schirmartigen, ringförmigen Strahlungsmusters akustischer Energie rund um eine vorbestimmte Achse, gekennzeichnet durch Mittel einschließlich eines piezoelektrischen Wandlerelements, das eine Quelle zum Erzeugen eines mit der Achse konzentrischen, ringförmig nach außen strahlenden Musters akustischer Energie bei einer ausgewählten Wellenlänge darstellt, und durch Mittel, die eine senkrecht zu der vorbestimmten Achse verlaufende ebene Reflexionsoberfläche definieren, die in bezug auf das Strahlungsmuster derart angeordnet ist, daß ein ausgewählter gleichphasiger Teil des ringförmigen Strahlungsmusters reflektiert wird, um das schirmartige, ringförmige Strahlungsmuster rund um die vorbestimmte Achse zu bilden.

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26. Wandleranordnung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Schutzstruktur, die zusammen mit der Reflexionsoberfläche einen Hohlraum bildet, in den die Anordnung eingesetzt ist, und die Hohlraumseitenwände definiert, die von der Quelle des Strahlungsmusters einen Abstand haben, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge ist.

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