EP1248491A2 - Ultraschallbasiertes parametrisches Lautsprechersystem - Google Patents

Ultraschallbasiertes parametrisches Lautsprechersystem Download PDF

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EP1248491A2
EP1248491A2 EP02007545A EP02007545A EP1248491A2 EP 1248491 A2 EP1248491 A2 EP 1248491A2 EP 02007545 A EP02007545 A EP 02007545A EP 02007545 A EP02007545 A EP 02007545A EP 1248491 A2 EP1248491 A2 EP 1248491A2
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EP
European Patent Office
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transducers
signal
converter
characteristic curve
modulation
Prior art date
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EP02007545A
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English (en)
French (fr)
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EP1248491B1 (de
EP1248491A3 (de
Inventor
Guido Kolano
Klaus Dr. Linhard
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Publication of EP1248491A3 publication Critical patent/EP1248491A3/de
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Publication of EP1248491B1 publication Critical patent/EP1248491B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/323—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/10—Resonant transducers, i.e. adapted to produce maximum output at a predetermined frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves

Definitions

  • the invention relates to a method and one suitable for carrying out the method Device according to the preambles of claims 1 and 14.
  • a radiation of bundled sound waves requires a sound transducer with a geometric dimension in the range of several wavelengths. Instead of one single transducer can also be used to make a large one To generate geometry. An array of multiple transducers is called an array designated. The individual converters can also be equipped with an upstream Signal processing are provided to increase the directivity of the array.
  • the present invention relates to a parametric speaker as Carrier signal uses ultrasound.
  • the basic physical experiments go back to the German physicist Helmholz in the 19th century.
  • On applicable speaker system is by Yoneyama et al. 1983 described: "The Audio Spotlight: An Application of Nonlinear Interaction of Sound Waves to a new Type of loudspeaker design; J. Acoust.Soc.Am., Vol.73, pp.1532-1536.
  • Berktay, Blackstock, Pompei and others have been published in the subsequent years.
  • WO 01/08449 A1 describes a method for reproducing audio sound with ultrasound loudspeakers known, the audio signal to be played back by a Sideband amplitude modulation with a carrier signal in the ultrasonic frequency range is linked.
  • the modulation is either as ordinary Double sideband AM realized or as a single sideband AM, in which the carrier for further function optimization is suppressed by approx. 12dB.
  • transducers with a strongly non-linear frequency response required to realize a linearization of the frequency response in order to to compensate for frequency-dependent amplitude errors.
  • the object of the invention is a new method and a new device to find with the features of the preambles of claims 1 and 14.
  • the transducer elements in the area of their resonant characteristic with an FM modulated signal controlled.
  • the transducer elements are able to Generate AM signal, which is propagated in a gaseous medium Self-demodulation produces an audible signal.
  • FIG. 1 shows schematically the method of amplitude modulation known from the prior art.
  • Figure 2 shows a block diagram for a parametric speaker.
  • Figure 3 shows a system in which several power amplifiers are used.
  • Figure 4 shows schematically the structure of a parametric speaker with FM modulation
  • FIG. 5 shows the interaction of the characteristic of the modulator and the characteristic of the converter using three examples.
  • FIG. 6 shows an FM modulator which consists of two subsystems.
  • Figure 7 shows a parametric speaker system based on FM modulation with resonant transducers.
  • Figure 8 shows a multi-way speaker system based on parametric speakers.
  • FIG. 9 shows an advantageous arrangement of the transducers within a multi-way loudspeaker system
  • FIG. 10 shows an RLC network on a converter for generating a resonance point.
  • FIG. 11 shows the characteristic curve of the network shown in FIG. 8.
  • AM modulation amplitude modulation
  • 2-side band AM modulation in English double side band AM, DSB-AM
  • s (t) A T cos (2 ⁇ f T t ) (1 + ma N ( t ))
  • m denotes the degree of modulation. It lies in the interval 0 ⁇ m ⁇ 1.
  • the amplitude of a N ( t ) is a maximum of 1.
  • t denotes the time, f T the frequency of the carrier signal.
  • Figure 1 shows schematically the original audio signal (10) in the frequency range and the AM modulator (20) which places the audio signal in the frequency range to the right (11) and left (12) next to the carrier frequency.
  • the exemplary transfer function (30) of an ultrasound transducer is also shown.
  • the ultrasound transducer has the maximum transmission at a frequency f 0 .
  • the carrier frequency is tuned to f 0 .
  • the two sidebands are emitted according to the transfer function of the converter.
  • FIG. 2 shows a block diagram for the parametric speaker.
  • the audio signal source (21) feeds the AM modulator (20), which provides the signal for a power amplifier (22) .
  • One or more converters (23a-c) are connected to the power amplifier.
  • several converters (23a-c) can be used for one loudspeaker system.
  • several converters (23a-c) are usually connected in parallel.
  • Such an arrangement of several transducers is also called an array.
  • FIG. 3 shows such a system, in which several power amplifiers (22a-c) are used.
  • the common modulator (20) feeds several power amplifiers (22a-c) to which one or more converters (22a-c) are connected.
  • an array directivity i.e. the directivity of the individual converter overlaps with the directivity resulting from the array, so that results in a stronger directivity overall.
  • the consideration of the directivity relates first the ultrasound emitted by the transducers. Which The resulting directivity for the audible audio sound can be derived from a model Consideration. After that, the process of self-demodulation represented by a large number of virtual speakers, which are in a three-dimensional Air column are located which is excited by the ultrasound. The overlay of this virtual sources produce the desired audio directivity.
  • the present invention uses as in a particularly profitable manner Modulation method the frequency modulation (FM). For this reason, the Envelope of the signal to be emitted by the converter in a different way are generated because the physical principle known from the prior art Self-demodulation should be exploited.
  • FM frequency modulation
  • the subject of the invention is to be exemplified in the following in conjunction with Ultrasonic transducers are explained in detail. It is assumed that the related ultrasonic transducers are resonative transducers.
  • the radiated energy with these ultrasonic transducers depends in part. very strongly of the frequency used. There are one or more frequencies for which the Radiation takes on relatively high values (resonance points). In the neighborhood of this The emitted power decreases more or less strongly from resonance points. This Behavior can be used to generate audible sound.
  • Exemplary for resonative ultrasonic transducers can be considered the are made of piezo ceramic.
  • H ( f ) be the transfer function of an ultrasonic transducer and f 0 a resonance point. Then the transfer function has a (at least local) maximum at f 0 .
  • f T and ⁇ f so that the following always applies: f T + ⁇ f ⁇ a N ⁇ f0 or f T + ⁇ f ⁇ A N ⁇ f0 and if the transfer function H ( f ) is also monotonic in the interval swept in the process, an envelope curve can be generated with frequency modulation which corresponds to the envelope curve with amplitude modulation.
  • Areas left and right of a resonance frequency can be selected according to the shown equations are generated an envelope that is in phase with the Useful signal changes or in opposite phase. Both cases can be equivalent to that Generation of amplitude-modulated ultrasound waves can be used.
  • FIG 4 shows schematically the structure of a parametric speaker with FM modulation in conjunction with a resonant converter.
  • the FM modulator (40) is fed by the audio signal (10) .
  • the FM modulator (40) converts the voltage of the audio signal ( 10 ) into a frequency (13) .
  • the original frequency width of the audio signal is translated into another frequency width and the frequency position is determined by the frequency f0.
  • the bandwidth requirement of an FM signal is infinite. Be in practice Approximations made to narrow the bandwidth requirements accordingly.
  • the bandwidth requirement of the FM signal is in relation to the original bandwidth of the audio signal A lot of bandwidth is consumed by the FM signal.
  • narrowband FM the bandwidth requirement of the FM signal is in the order of magnitude of the audio signal. Too little FM bandwidth can result in a harmonic distortion. An experimental approach is appropriate here.
  • the FM modulator (40) should be understood as a modulator characteristic which translates an input voltage into a frequency.
  • the transducer for example: ultrasonic transducer based on a piezo-ceramic
  • FIG. 5 shows in 3 examples the interaction of the modulator characteristic and the converter characteristic. It should be noted at this point that in the discussion that follows, for the sake of better understanding, it is said that the converter converts a frequency supplied to it into a voltage.
  • FM modulation because of the simpler Representation of the case where a DC voltage is used as the input signal can be specified within an interval. If the lower and the upper value of the If the voltage interval is used, the FM modulation results in a specific frequency interval. However, if a changing voltage is applied, e.g. an audio signal, thus, as already mentioned, theoretically there is one after FM modulation infinite bandwidth of the FM signal.
  • the interval can be selected as the minimum size of the frequency interval be characterized by the smallest and the largest amplitude of the input signal results.
  • the frequency interval should also be at least 2 times the simple bandwidth of the input signal. If the frequency interval is chosen larger, a higher transmission quality can be achieved. It should be noted that the Adequate size of the resonance edge of the transducer assigned to the frequency interval is available.
  • the FM signal can be used with a Bandpass filters are limited before it is fed into the converter.
  • a certain one Bandpass effect is already exerted by the converter itself.
  • an experimental one for the choice of bandwidth Approach appropriate is an experimental one for the choice of bandwidth Approach appropriate.
  • the case shown in FIG. 5 a) is based on a monotonous transducer characteristic part to the left of the resonance frequency f 0 .
  • a modulator with a mirrored converter characteristic is required.
  • the mirror axis is the 45 ° diagonal in the characteristic field.
  • the interaction of the converter characteristic with the (played) modulator characteristic results in a 1: 1 translation of the audio input voltage into an envelope output voltage on the converter.
  • the voltage u 0 is translated back into the voltage u 0 and the voltage u 1 is translated back into the voltage u 1 .
  • Figure 5 b shows the transducer characteristic and the ideal modulator characteristic for a transducer with a monotonous part of the characteristic to the right of the resonance frequency. The same considerations result as in case a).
  • Figure 5 c) shows an example of an ideally adapted modulator in the event that the converter characteristic consists of 2 straight pieces.
  • the corresponding ideal modulator characteristic curve is then obtained by mirroring on the 45 ° axis, in accordance with examples a) and b).
  • the smallest occurring voltage on the converter characteristic is designated u 1 in cases a) and b) and u 2 in case c).
  • the degree of modulation is 100%, ie the envelope generated is in the voltage range from 0 to the maximum value u 0 .
  • the degree of modulation can be adjusted by selecting the voltage range on the converter.
  • the commonly used FM modulator consists of one Characteristic field from monotonous curve sections which uniquely match an input signal Assign output voltage.
  • this FM modulator can preferably be made up of two subsystems.
  • Figure 6 shows an FM modulator consisting of 2 subsystems.
  • a first characteristic curve system that translates a voltage at the input into a voltage at the output and as a second system a conventional FM modulator. If example c) from FIG. 5 is used, the correction of the converter characteristic curve is the voltage correction line of the first system.
  • the voltages u 10 , u 11 , u 12 , etc. result as intermediate values.
  • the following conventional FM modulator then only undertakes the "linear" voltage / frequency translation.
  • FIG. 1 A parametric loudspeaker system based on FM modulation with resonative transducers is shown in FIG .
  • An FM modulator (20) fed by a signal source (21) feeds one or more power amplifiers (22a, ..., 22c), each of which operates one or more converters (23a1, ..., 23c2) .
  • the audio signal (50) is divided into several paths by frequency division. For example, 3 paths can be set up: for the low frequencies (51), for the middle frequencies (52) and for the high frequencies (53).
  • the signals from each of these "paths" are fed to a corresponding FM modulator ((61), (62) or (63)), an amplifier stage ((71), (72) or (73)) and an associated converter.
  • a corresponding FM modulator ((61), (62) or (63)
  • an amplifier stage ((71), (72) or (73)
  • Different converters with different converter characteristics ((712), (722) or (732)) can be used for the individual paths; for example, converters with higher power are generally used for the low frequencies.
  • the multi-way system with FM modulation can be tuned in each of the ways to the resonance frequency f 0 of the respective transducer, corresponding to ((71), (72) or (73)), which results in a good efficiency.
  • the converters therefore work under the best possible conditions.
  • the choice of a converter type for each path gives the possibility of optimally adapting the bandwidth and power of the converter to the signal of the respective signal path.
  • the multi-way system according to the invention can do this in a profitable manner be designed that over the frequency range used Power adjustment of the converter is done in such a way that the selection of the converter a group of converters to the power required in this frequency band is voted. It is also beneficial for each of the groups of Transducers to optimize the respective directivity of the speaker system by the Selection of the transducers of a group of transducers based on the directivity of the individual converter in the respective frequency band.
  • the respective directivity of the Speaker system is optimized by the individual groups of transducers, in particular depending on the frequency band assigned to them Input signals of the modulators, different geometrically arranged.
  • Figure 9 shows an advantageous embodiment in which 8 transducers are arranged in an outer square (80) .
  • the arrangement of the transducers in the form of a square is only intended to serve as an example here.
  • Another square (81) with four transducers follows further inside and finally a transverse square (82) consisting of four transducers follows inside the array.
  • the entire arrangement is a 3-way system.
  • Powerful transducers are preferably arranged for the bass in the outer square, then the transducers for the mids follow further inside and finally the transducers for the heights in the center.
  • the transducers are arranged so that the transducers that are the lower Frequencies of the input signal are assigned, located in the outer area of the Find arrangement and that the transducer, which the high frequencies of the Input signals are assigned, can be found in the inner area of the arrangement.
  • the transducers, which the high frequencies are assigned to the input signal are arranged close together, and that the Converters, which are assigned to the low frequencies of the input signal, less are densely arranged.
  • FIG. 10 shows an RLC network, the capacitance being generated by the converter. Modifications to the network shown are possible, but are not explained in detail here.
  • FIG. 11 shows the amplitude voltage U C at the converter input (based on the total output voltage U RLC ).
  • C 1nF
  • L 10mH
  • the RCL network described shows a kind of equivalent circuit diagram of a resonant converter. If the converter is only capacitive, for example, a desired resonance characteristic (90) can be generated by adding R and L accordingly.
  • other networks can also be used which are to be referred to here generally as resonative filter networks.
  • Embedding the converter in a resonant filter network has the further advantage that the converter itself can generate a higher voltage than the power amplifier outputs. This results in the ability to operate converters that require a high input voltage with little circuitry in the power amplifier.
  • the RIC network achieves a voltage gain of approximately 3. That would mean, if the converter is designed for a voltage of eg 1000Volt, that the amplifier only has to be designed for 330Volt. This enables a significantly simpler circuit structure.
  • the input signal a warning signal and / or an information signal is fed to the modulators and / or a noise signal (for example for active noise cancellation) and / or a voice signal (for example an interactive voice dialog) and / or a Represents music signal.
  • a noise signal for example for active noise cancellation
  • a voice signal for example an interactive voice dialog

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Abstract

Es werden parametrische Lautsprechersysteme beschrieben, die auf FM-Modulation eines Ultraschallträgers basieren. Bekannte Systeme arbeiten mit AM-Modulation. Die FM-Modulation ergibt eine gute Anpassung an resonative Wandler wie die üblicherweise verwendeten Piezo-Keramik-Wandler. Die Resonanzflanke des Wandlers wird zur FM/AM-Umsetzung verwendet. Dieses FM-Resonanz-Prinzip läßt sich vorteilhafterweise in einem Mehrwege-Lautsprechersystem anwenden, bei dem in jedem der Wege die Wandler im optimalen Resonanzbereich arbeiten. Mit der üblichen AM-Modulation ist das nicht möglich. Das FM-Resonanz-Prinzip läßt sich auch auf resonanzfreie oder resonanzarme Wandler erweitern, wie z.B. Elektrostaten. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 14.
Eine Abstrahlung gebündelter Schallwellen erfordert einen Schallwandler mit einer geometrischen Abmessung im Bereich von mehreren Wellenlängen. Anstelle eines einzelnen Wandlers können auch mehrerer Wandler verwendet werden um eine große Geometrie zu erzeugen. Eine Anordnung aus mehreren Wandlern wird als Array bezeichnet. Die einzelnen Wandler können zusätzlich mit einer vorgeschalteten Signalverarbeitung versehen werden um die Richtwirkung des Arrays zu steigern.
Um eine starke Bündellung bei geringer Wandlerabmessungen zu erzeugen kann eine Modulationstechnik verwendet werden um das niederfrequente Nutzsignal (Audio-Signal) mit einem hochfrequenteren Trägersignal zu verknüpfen. Für die Richtwirkung ist damit zunächst die Wellenlänge des höherfrequenten Trägersignals maßgebend. Es wird ein Parameter des Trägersignals von dem Nutzsignal gesteuert. Hieraus leitet sich die Bezeichnung parametrischer Wandler oder parametrisches Array ab.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem parametrischen Lautsprecher der als Trägersignal Ultraschall verwendet. Die grundlegeneden physikalischen Experimente gehen auf den deutschen Physiker Helmholz im 19 Jahrhundert zurück. Ein anwendbares Lautsprechersystem wird von Yoneyama et al. 1983 beschrieben: " The Audio Spotlight: An Application of Nonlinear Interaction of Sound Waves to a new Type of Loudspeaker Design; J. Acoust.Soc.Am., Vol.73, pp.1532-1536. In weiteren Veröffentlichungen von Berktay, Blackstock, Pompei und anderen wurde in den nachfolgenden Jahren darüber berichtet.
Wird Ultraschall mit sehr hohem Pegel abgestrahlt wird die Luft ein nichtlineares Medium, das bei moduliertem Ultraschall auf Grund der Nichtlinearität zu einer Selbst-Demodulationn führt. Damit wird das aufmodulierte Signal wieder hörbar. Der Ultraschall selbst bleibt unhörbar.
Aus WO 01/08449 A1 ist ein Verfahren zur Wiedergabe von Audioschall mit Ultraschall-Lautsprechern bekannt, wobei das wiederzugebende Audiosignal durch eine Seitenband-Amplitudenmodulation mit einem Trägersignal im Ultraschall-Frequenzbereich verknüpft wird. Die Modulation wird dabei entweder als gewöhnliche Zweiseitenband-AM realisiert oder als Einseitenband-AM, bei der der Träger zur weiteren Funktionsoptimierung um ca. 12dB unterdrückt wird. Insbesondere bei der Verwendung von Wandlern mit stark nicht-linearem Frequenzgang ist es hierbei erforderlich eine Linearisierung des Frequenzgangs zu verwirklichen, um frequenzabhängige Amplitudenfehler auszugleichen.
Aufgabe der Erfindung ist es ein neuartiges Verfahren und eine neuartige Vorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 14 zu finden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In besonders vorteilhafter Weise, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung eines parametrischen Lautsprechersystem, bestehend aus einem oder mehreren Wandlerelementen für Ultraschall, die Wandlerelemente im Bereich ihrer resonativen Kennlinie mit einem FM modulierten Signal angesteuert. Die Wandlerelemente sind dabei in der Lage ein AM-Signal zu erzeugen, welches bei Ausbreitung in einem gasförmigen Medium durch Selbst-Demodulation ein hörbares Signal erzeugt. Durch die Ansteuerung des parametrischen Lautsprechersystems mittels eines FM modulierten Signals ergibt sich eine gute Möglichkeit das modulierte Signal an insbesondere resonative Wandler anzupassen, indem gewährleistet werden kann, dass diese in ihrem optimalen Resonanzbereich arbeiten.
Anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Figuren soll nachfolgend der Erfindungsgegenstand im Detail erläutert werden.
Figur 1 zeigt schematisch das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren der Amplitudenmodulation.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild für einen parametrischen Lautsprecher.
Figur 3 zeigt ein System bei dem mehrere Leistungsverstärker verwendet werden.
Figur 4 zeigt schematisch den Aufbau eines parametrischen Lautsprechers mit FM-Modulation
Figur 5 zeigt mittels dreier Beispiele das Zusammenwirken der Kennlinie des Modulators und der Kennlinie des Wandlers.
Figur 6 zeigt einen FM-Modulator der aus zwei Teilsystemen besteht.
Figur 7 zeigt ein parametrisches Lautsprechersystem basierend auf FM-Modulation mit resonativen Wandlern.
Figur 8 zeigt ein Mehrwege-Lautsprechersystem auf der Basis parametrischer Lautsprecher.
Figur 9 zeigt eine Vorteilhafte Anordnung der Wandler innerhalb eines Mehrwege-Lautsprechersystems
Figur 10 zeigt ein RLC-Netzwerk an einem Wandler zur Erzeugung einer Resonanzstelle.
Figur 11 zeigt die Kennlinie des in Figur 8 dargestellten Netzwerkes.
In den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen zur Modulation eines Ultraschallsignals für parametrische Lautsprecher wird die Amplitudenmodulation vorgeschlagen (AM-Modulation). Dabei wird die gewöhnliche 2-Seitenband AM-Modulation verwendet (im Englischen double side band AM, DSB-AM). Hierbei ergibt sich mit dem Nutzsignal aN (t) und dem Trägersignal AT cos (2π fT t) das Sendesignal s(t) für DSB-AM zu : s(t) = AT cos(2π fTt) (1 + m aN (t)) dabei bezeichnet m den Modulationsgrad. Er liegt im Intervall 0 < m < 1. Die Amplitude von aN (t) sei maximal 1. t bezeichnet die Zeit, fT die Frequenz des Trägersignals.
Es sei H(f) die Übertragungsfunktion eines Ultraschall-Wandlers, dann gilt im Frequenzbereich für das Ausgangssignal des Ultraschall-Wandlers YUS (f): YUS (f)=H(f)·[ m 2 ·AN (fT -f)+ AT 2 δ(f-fT )+ m 2 ·AN (fT +f)]
Es ergeben sich die beiden Seitenbänder, AN (fT-f) und AN (fT+f), links und rechts neben dem Träger AT / 2δ(f - fT ).
Figur 1 zeigt schematisch das ursprüngliche Audiosignal (10) im Frequenzbereich und den AM-Modulator (20) der das Audio-Signal im Frequenzbereich rechts (11) und links (12) neben die Trägerfrequenz plaziert. Die beispielhafte Übertragungsfunktion (30) eines Ultraschall-Wandlers ist ebenfalls dargestellt. Der Ultraschall-Wandler habe die maximale Übertragung bei einer Frequenz f 0. Die Trägerfrequenz ist auf f 0 abgestimmt. Die beiden Seitenbänder werden entsprechend der Übertragungsfunktion des Wandlers abgestrahlt.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild für den parametrischen Lautsprecher. Die Audio-Signal-Quelle (21) speist den AM-Modulator (20), der das Signal für einen Leistungsverstärker (22) bereitstellt. An dem Leistungsverstärker sind ein oder auch mehrere Wandler (23a-c) angeschlossen. Um die Leistungsabgabe des parametrisches Lautsprechers zu erhöhen oder um eine erhöhte Richtwirkung zu erzeugen können mehrere Wandler (23a-c) für ein Lautsprechersystem verwendet werden. Zur Erhöhung der Ausgangsleistung werden in der Regel mehrere Wandler (23a-c) parallel geschaltet werden. Eine solche Anordnung aus mehreren Wandlern wird auch als Array bezeichnet. Eine allgemeinere Anordnung ergibt sich wenn mehrere Leistungsverstärker (22a-c) verwendet werden und an jeden Leistungsverstärker (22a-c) einen oder mehrere Wandler (23a-c) angeschlossen sind. Figur 3 zeigt ein solches System, bei welchem mehrere Leistungsverstärker (22a-c) verwendet werden. Der gemeinsame Modulator (20) speist mehrere Leistungsverstärker (22a-c) an denen ein oder mehrere Wandler (22a-c) angeschlossen sind.
Bei der Verwendung mehrerer Wandler entsprechend den Figuren 2 und 3 ergibt sich zusätzlich eine Array-Richtwirkung, d.h. die Richtwirkung des einzelnen Wandlers überlagert sich mit der Richtwirkung die sich durch das Array ergibt, sodaß sich insgesamt eine stärkere Richtwirkung ergibt. Die Betrachtung der Richtwirkung bezieht sich zunächst auf den Ultraschall der von den Wandlern abgestrahlt wird. Die sich ergebende Richtwirkung für den hörbaren Audio-Schall kann aus einer modellhaften Betrachtung abgeleitet werden. Danach wird der Prozess der Selbst-Demodulation durch sehr viele virtuelle Lautsprecher dargestellt, die sich in einer dreidimensionalen Luftsäule befinden die durch den Ultraschall angeregt wird. Die Überlagerung dieser virtuellen Quellen erzeugt die gewünschte Audio-Richtwirkung.
Die Erzeugung eines hörbaren Schallereignisses beruht auf der Selbst-Demodulation bei hohen Schalldrucken. Es muß eine Hüllkurve vorhanden sein, die dann bei der Ausbreitung im nichtlinearen Medium wieder hörbar gemacht wird. Es ist naheliegend die Hüllkurve mit der gewöhnlichen AM-Modulation zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung verwendet in besonders gewinnbringender Weise als Modulationsverfahren die Frequenzmodulation (FM). Aus diesem Grunde muß die Hüllkurve des durch den Wandler abzustrahlenden Signals auf andere Art und Weise erzeugt werden, da das aus dem Stand der Technik bekannte physikalische Prinzip der Selbst-Demodulation ausgenutzt werden soll.
Bei der aus dem Stand der Technik bekanntenn AM-Modulation mit resonativen Wandlern wie z.B. übliche Piezo-Wandler wird der Träger (üblicherweise im Maximum der Wandler-Funktion) und die beiden Seitenbänder mit ganz unterschiedlichen Übertragung-Werten der Wandler-Funktion umgesetzt. D.h. der Träger und die tiefen Audio-Frequenzen werden stärker übtertragen als die hohen Audio-Frequenzen die ganz rechts oder ganz links in den beiden Seitenbändern liegen. Das führt dazu, daß sich der Modulationsgrad verändert, in der Weise, daß hohe Audio-Fequenzen weniger moduliert sind und daher weniger stark erzeugt werden. Je nach gewünschter Charakteristik sind hier entsprechende Korrekturen des Audio-Signals oder des modulierten Signals notwendig. Das FM-Prinzip hat den prinzipiellen Vorteil, daß diese Frequenzabhängigkeit durch die Resonanzflanke nicht auftritt. Die Renonanzflanke ist beim FM-Prinzip geradezu notwendig (und kein Störfaktor).
Beispielhaft soll der Erfindungsgegenstand im folgenden im zusammenspiel mit Ultraschallwandlern im Detail erläutert werden. Hierbei wird davon ausgegangen, dass es sich bei den verwandten Ultraschallwandler um resonative Wandler handelt.
Die abgestrahlte Energie bei diesen Ultraschall-Wandlern hängt z.T. sehr stark von der verwendeten Frequenz ab. Es gibt dabei eine oder mehrere Frequenzen, für die die Abstrahlung relativ hohe Werte annimmt (Resonanzstellen). In der Nachbarschaft dieser Resonanzstellen nimmt die abgestrahlte Leistung mehr oder weniger stark ab. Dieses Verhalten kann man für die Erzeugung hörbaren Schalls ausnutzen.
Beispielhaft für resonative Ultraschallwandler können Wandler betrachtet werden die aus Piezo-Keramik aufgebaut sind.
Sei H(f) die Übertragungsfunktion eines Ultraschall-Wandlers und f 0 eine Resonanzstelle. Dann hat die Übertragungsfunktion bei f 0 ein (zumindest lokales) Maximum. Die Amplitude YUS eines Ultraschallsignals der Frequenz f und der elektrischen Eingangsamplitude XUS ist dann durch YUS (f) = H(f)·XUS gegeben. Mit XUS = 1 und dem Nutzsignalpegel aN erhält man YUS (fT ,aN ) = H(fT + Δf · aN ) wobei Δf den Frequenzhub in Abhängigkeit vom Eingangspegel angibt und fT die Frequenz des Ultraschall-Trägersignals ist. Wählt man fT und Δf so dass stets gilt: fT + Δf · aN ≥ f0    oder fT + Δf · aN ≤ f0 und ist außerdem in dem dabei überstrichenen Intervall die Übertragungsfunktion H(f) monoton, so kann man mit Frequenzmodulation eine Hüllkurve erzeugen, die der Hüllkurve mit Amplitudenmodulation entspricht.
In dem Gleichung 5 entsprechenden Fall gilt für eine Änderung der Nutzamplitude aN : aN 1 > aN 2 ⇒ YUS (fT + Δf · aN 1) < YUS (fT + Δf · aN 2) und im Fall der Gleichung 6: aN 1 > aN 2 ⇒ YUS (fT + Δf · aN 1) > YUS (fT + f · aN 2)
Durch die Aufteilung der Übertragungsfunktion des Ultraschallwandlers in 2 monotone Bereiche links und rechts einer Resonanzfrequenz kann wahlweise entsprechend der aufgezeigten Gleichungen eine Hüllkurve erzeugt werden die sich in Phase mit dem Nutzsignal ändert oder in Gegenphase. Beide Fälle können gleichwertig für die Erzeugung von amplitudenmodulierten Ultraschallwellen verwendet werden.
Figur 4 zeigt schematisch den Aufbau eines parametrischen Lautsprechers mit FM-Modulation in Verbindung mit einem resonativen Wandler. Der FM-Modulator (40) wird von dem Audio-Signal (10) gespeißt. Der FM-Modulator (40) setzt die Spannung des Audiosignals (10) in eine Frequenz (13) um. Die ursprüngliche Frequenzbreite des Audiosignals wird in eine andere Frequenzbreite übersetzt und in der Frequenzlage durch die Frequenz f0 festgelegt.
Theoretisch ist der Bandbreitenbedarf eines FM-Signals unendlich. In der Praxis werden Näherungen getroffen um den Bandbreitenbedarf entsprechend einzugrenzen. Bei der sognannten Breitband-FM wird im Verhältnis zur ursprünglichen Bandbreite des Audio-Signals vom FM-Signal viel Bandbreite verbraucht. Bei der sogenannten Schmalband-FM liegt der Bandbreitenbedarf des FM-Signals in der Größenordnung des Audio-Signals. Eine zu geringe FM-Bandbreite kann einen entsprechenden Klirrfaktor zur Folge haben. Eine experimentelle Vorgehensweise ist hier angebracht.
Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Beispiele soll der FM-Modulator (40) als Modulator-Kennlinie aufgefaßt werden, welche eine Eingangsspannung in eine Frequenz übersetzt. Der Wandler (beispielsweise: Ultraschallwandler auf Basis einer Piezo-Keramik) kann entsprechend als Wandler-Kennlinie aufgefaßt werden, welche eine Frequenz in eine Spannung übersetzt. In diesem Sinne zeigt Figur 5 in 3 Beispielen jeweils das Zusammenwirken der Modulator-Kennlinie und der Wandler-Kennlinie. Es gilt an dieser Stelle anzumerken, dass in der nachfolgenden Diskusion des besseren Verständnisses halber davon geredet wird, daß der Wandler ein ihm zugeführte Frequenz in eine Spannung umsetzt. Für den Fachmann ist jedoch klar, dass es sich hier um eine der Klarstellung dienenden Vereinfachung handelt und selbstverständlich eine Frequenz-Spannungsumsetzung am Wandler nicht stattfindet, sondern die Frequenz in einen Schalldruck umgesetzt wird. Der Schalldruck ist dann als Spannung an einem Meß-Mikrofon messbar.
Die nachfolgenden Beispiele zur FM-Modulation beschreiben auf Grund der einfacheren Darstellung den Fall, daß eine Gleichspannung als Eingangssignal verwendet wird, die innerhalb eines Intervalls vorgebbar ist. Wird der untere und der obere Wert des Spannungsintervalls verwendet, so ergibt die FM-Modulation ein bestimmtes Frequenzintervall. Wird allerdings eine sich ändernde Spannung angelegt, wie z.B. ein Audio-Signal, so ergibt sich nach der FM-Modulation, wie schon erwähnt, theoretisch eine unendliche Bandbreite des FM-Signals.
In der Praxis kann als minimale Größe des Frequenz-Intervalls das Intervall gewählt werden, das sich durch die kleinste und die größte Amplitude des Eingangssignals ergibt. Das Frequenz-Intervall sollte zudem mindestens 2 mal der einfachen Bandbreite des Eingangssignals entsprechen. Wird das Frequenz-Intervall größer gewählt kann eine höhere Übertragungsqualität erreicht werden. Dabei ist zu beachten, daß die dem Frequenz-Intervall zugeordnete Resonanzflanke des Wandlers in ausreichender Größe vorhanden ist.
Um ein definiertes Frequenz-Intervall zu erhalten kann das FM-Signal mit einem Bandpaßfilter begrenzt werden bevor es in den Wandler eingespeist wird. Eine gewisse Bandpaßwirkung wird bereits durch den Wandler selbst ausgeübt. Wie in diesen Zusammenhang bereits erwähnt ist für die Wahl der Bandbreite ein experimentelles Vorgehen angebracht.
Der in Figur 5 a) aufgezeigte Fall geht von einem monotonen Wandler-Kennlinien-Teil links von der Resonanzfrequenz f 0. Dazu ist im Idealfall ein Modulator erforderlich mit einer gespiegelten Wandler-Kennlinie. Die Spiegel-Achse ist die 45° Diagonale im Kennlinienfeld. Im Idealfall ergibt sich durch das Zusammenwirken den Wandler-Kennlinie mit den (gespielgelten) Modulator-Kennline eine 1:1 Übersetzung der Audio-Eingangsspanung in eine Hüllkurven-Ausgangsspannung am Wandler. Die Spannung u0 wird wieder in die Spannung u0 überstetzt und die Spannung u1 wird wieder in die Spannung u1 übersetzt.
Die Spannungsübersetzung im Verhältnis 1:1 wurde hier zu vereinfachend angenommen. In praktischen Anwendungen werden Spanungswerte wie z.B.: u1, u2, u3, u4, ... in die Werte v·u 1, v·u2, v·u3, v·u4, ... eindeutig übersetzt. Dabei bezeichnet v einen Verstärkungsfaktor.
Figure 5 b) zeigt die Wandler-Kennlinie und die dazu ideale Modulator-Kennlinie für einen Wandler mit eimen monotonen Kennlinien-Teil rechts der Resonanzfrequenez. Es ergeben sich die gleichen Betrachtungen wie im Fall a).
Figur 5 c) zeigt beispielhaft einen ideal angepassten Modulator für den Fall daß die Wandler-Kennlinie aus 2 geraden Stücken besteht. Es ergibt sich dann die entsprechende ideale Modulator-Kennlinie durch Spiegelung an der 45°-Achse, enstprechend den Beispielen a) und b).
Ensprechend den Beispielen a) bis c) können auch für Wandler mit Kennlinien bestehend aus vielen Geradenstücken oder im allgemeineren Fall bestehend aus mehreren monotonen Kurvenstücken durch Spiegelung entsprechende ideale Modulator-Kennlinien abgeleitet werden.
In Figur 5 ist die kleinste vorkommende Spannung an der Wandler-Kennlinie mit u1 in den Fällen a) und b) und mit u2 im Fall c) bezeichnet. Für diese Spannung gilt, daß sie betragsmäßig größer Null gewählt werden. Für den Fall, daß diese Spannungen zu Null gewählt werden ergibt sich ein Modulationgrad von 100%, d.h. die erzeugte Hüllkurve bewegt sich im Spannungbereich von 0 bis zum maximalen Wert u0. Für die Beipiele in Figur 5 mit einem betragsmäßigen Minimalwert größer Null ist der Modulationsgrad < 100%. Der Modulationgrad ergibt sich zu: m = 1 - kleinster Amplitudenwert größter Amplitudenwert
Der Modulationsgrad ist durch die Wahl des Spannungsbereichs am Wandler einstellbar. Im allgemeinen besteht der allgemein verwendete FM-Modulator aus einen Kennlinienfeld aus monotonen Kurvenstücken die einem Einganssignal eindeutig eine Ausgangsspannung zuordnen.
In der Praxis kann dieser FM-Modulator vorzugsweise aus 2 Teilsystemen aufgebaut sein. Einem System mit einer Korrektur-Kennlinie die die Kennlinie des Wandlers "ausgleicht" und einem System mit dem eigentlichen FM-Modulator. Figur 6 zeigt einen FM-Modulator der aus 2 Teilsystemen besteht. Ein erstes Kennlinen-System das eine Spannung am Eingang in eine Spannung am Ausgang übersetzt und als zweites System einen üblichen FM-Modulator. Wird als Beispiel Fall c) aus Figur 5 verwendet so ist die Korrektur der Wandler-Kennlinie die Spannungs-Korrektur-Linie des ersten Systems. Es ergeben sich als Zwischenwerte die Spannungen u10, u11, u12, usw. Der nachfolgende übliche FM-Modulator nimmt dann nur noch die "lineare" Spannungs/Frequenz-Übersetzung vor.
Entgegen dem aus dem Stand der Technik aus WO 01/08449 bekannten Verfahren der Frequenzganglinearisierung bei AM-modulierter Ansteuerung der Ultraschall-Wandler, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Ausgleich der frequenzanbhängigen Wandlerkennlinie. Im Gegenteil, basiert das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise auf der Ausnutzung der steigenden bzw. fallenden Flanke der Resonanzkennlinie des Wandlers. Im Rahmen der Erfindung erfolgt einzig eine Linarisierung, eventuell aufgeteilt auf einzelne Teilstücke der Wandler-Kennlinie, im Rahmen einer Begradigung unter Beibehaltung des Anstiegs bzw. des Abfalls der jeweiligen genutzten Flanke. Gerade durch die Ausnutzung des ansteigenden bzw. abfallenden Verlaufs der Kennlinienflanke des Wandlers, kann durch diesen ein im Ausbreitungsmedium hörbar demodulierbares Signal erzeugt werden.
Ein parametrisches Lautsprechersystem basiered auf FM-Modulation mit resonativen Wandlern ist in Figur 7 dargestellt. Ein durch eine Signalquelle (21) gespeister FM-Modulator (20) speist einen oder mehrere Leistungsverstärker (22a, ..., 22c) von denen jeder einzelne einen oder mehrere Wandler (23a1, ..., 23c2) betreibt.
In Figur 8 ist ein Mehrwege-Lautsprechersystem dargestellt. Das Audio-Signal (50) wird durch eine Frequenzzerlegung in mehere Wege aufgeteilt. Beispielsweise können 3 Wege eingerichtet werden: für die tiefen Frequenzen (51), für die mittleren Frequenzen (52) und für die hohen Frequenzen (53). Die Signale von jedem dieser "Wege" werden einem entsprechenden FM-Modulator ((61), (62) oder (63)), einer Verstärkerstufe ((71), (72) oder (73)) und einem zugeordneten Wandler zugeführt. Für die einzelnen Wege können verschiedene Wandler mit unterschiedlichen Wandler-Kennlinien ((712), (722) oder (732)) eingesetzt werden, zum Beispiel werden für die tiefen Frequenzen in der Regel Wandler mit höherer Leistung verwendet.
Besonders vorteilhaft ist daß das Mehrwegesystem mit FM-Modulation in jedem der Wege auf die Resonanzfrequenz f0 der jeweiligen Wandler abgestimmt werden kann, entsprechend ((71), (72) oder (73)), womit sich ein guter Wirkungsgrad einstellt. Die Wandler arbeiten somit unter den bestmöglichen Bedingungen. Zusätzlich ergibt sich mit der Wahl eines Wandlertyps für jeden Weg die Möglichkeit Bandbreite und Leistung des Wandlers an das Signal des jeweiligen Signalwegs optimal anzupassen.
In gewinnbringender Weise kann das erfindungsgemäße Mehrwegesystem so ausgestaltet werden, dass über den verwendeten Frequenzbereich eine Leistungsanpassung der Wandler erfolgt, in der Weise, dass die Auswahl der Wandler einer Gruppe von Wandlern auf die in diesem Frequenzband erforderliche Leistung abgestimmt wird. Es zudem auch vorteilhaft, für jede einzelne der Gruppen von Wandlern die jeweilige Richtwirkung des Lautsprechersystems zu optimiert, indem die Auswahl der Wandler einer Gruppe von Wandlern auf Grund der Richtwirkung des einzelnen Wandlers im jeweiligen Frequenzband erfolgt.
Besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Mehrwegesystem ist es, wenn für jede einzelne der Gruppen von Wandlern die jeweilige Richtwirkung des Lautsprechersystems optimiert wird, indem die einzelnen Gruppen von Wandlern, insbesondere in Abhängigkeit des ihnen zugeordneten Frequenzbandes des Eingangssignals der Modulatoren, unterschiedlich geometrisch angeordnet werden.
Es ist durch Experimente bekannt, daß für die Erzeugung tiefer Audio-Frequenzen eine eine größere Luftsäule angeregt werden muß (Wandler außen im Array) als für hohe Audio-Frequenzen (Wandler innen im Array). Durch die geometrische Anordnung und Verteilung der Wandler in einem Mehrwege-System kann somit eine Optimierung in dieser Hinsicht erreicht werden.
Figur 9 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel bei dem 8 Wandler in einem äußeren Quadrat (80) angeordnet sind. Die Anordnung der Wandler in Form eines Quadrats soll hier nur als Beispiel dienen. Ein weiters Quadrat (81) mit vier Wandlern folgt weiter innen und schließlich folgt ein quergestelltes Quadrat (82) aus vier Wandlern in Inneren des Arrays. Die gesamte Anordnung stellt ein 3-Wege-System dar. Vorzugsweise werden für den Baß im äußeren Quadrat leistungsstarke Wandler angeordnet, dann folgen weiter innen die Wandler für die Mitten und schließlich im Zentrum die Wandler für die Höhen.
Generell kann, unabhängig von der vorteilhaften in Figur 9 dargestellten Ausgestaltung, eine gewinnbringende Anordnung von Wandlerelementen dahingehend realisiert werden, dass die Wandler so angeordnet werden, dass die Wandler, welche den niederen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, sich im äußeren Bereich der Anordnung finden und dass die Wandler, welche den hohen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, sich im inneren Bereich der Anordnung finden. Inbesondere ist es hierbei denkbar, dass die Wandler, welche den hohen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, dicht beieinander angeordnet sind, und dass die Wandler, welche den tiefen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, weniger dicht (ausgedünnt) angeordnet sind.
Übliche Wandler aus Piezo-Keramik zeigen wie oben beschrieben eine resonative Kennlinie. Hierfür ist die FM-Modulation in der beschriebenen Weise ideal geeignet. Elektrostatische Wandler werden in der Regel breitbandiger sein, d.h. sie werden nur schwach ausgeprägte oder keine Resonanzstellen aufweisen. Dennoch kann die beschrieben FM-Modulation angewendet werden, wenn Wandler dieser Art in einem Resonanzkreis betrieben werden. Die Resonanzstelle kann z.B. in einem RLC-Netzwerk erzeugt werden. Der Wandler selbst stellt in der Regel eine Kapazität dar. Eine Induktivität und ein entsprechender Widerstand sind zu wählen.
Figur 10 zeigt ein RLC-Netzwerk, wobei die Kapazität vom Wandler erzeugt wird. Modifikationen des gezeigten Netzwerks sind möglich, werden jedoch hier im Einzelnen nicht erläutert.
Für das Netzwerk in Figur 10 zeigt Figur 11 die sich am Wandler-Eingang ergebende Amplitude Spannung U C (bezogen auf die Gesamt-Ausgangsspannung U RLC ). Mit den gewählten Werten: C=1nF; L=10mH; R=1kΩ ergibt sich eine Resonanzstelle bei ca. 50kHz. Das beschriebene RCL-Netzwerk zeigt gewissermaßen ein Ersatzschaltbild eines resonativen Wandlers. Wenn der Wandler z.B. nur kapazitiv ist kann durch die entsprechende Ergänzung mit R und L eine gewünschte Resonanz-Kennlinie (90) erzeugt werden. Neben dem beispielhaft gezeigten RLC-Netzwerk können auch andere Netzwerke verwendet werden die hier allgemein als resonative Filternetzwerke bezeichnet werden sollen.
Besonders vorteilhaft ist, daß auch mit breitbandigen Wandlern in Verbindung mit einem RLC-Netzwerk Mehrwegesysteme aufgebaut werden können mit von FM-Signalen angesteuert werden. Es ergeben sich damit die gleichen Anpassungsvorteile wie mit den resonativen Wandlern.
Eine Einbettung des Wandles in ein resonatives Filternetzwerk hat den weiteren Vorteil, daß am Wandler selbst eine höhere Spannung entstehen kann als der Leisungsverstärker abgibt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit Wandler die eine hohe Eingangsspannung benötigen mit geringem Schaltungs-Aufwand im Leistungsverstärker zu betreiben. In dem Beispiel in Figur 11 wird durch das RIC-Netzwerk eine Spannungsverstärkung von ca. 3 erreicht. Das würde bedeuten, wenn der Wandler für eine Spannung von z.B. 1000Volt ausgelegt ist, daß der Verstärker nur für 330Volt ausgelegt werden muß. Es wird dadurch ein deutlich einfacherer Schaltungsaufbau möglich.
Abhängig von der jeweiligen Anwendung im Rahmen derer erfindungsgemäß ein parametrischer Lautsprecher verwandt wird, ist es denkbar dass das Eingangssignal das den Modulatoren zugeführt wird, ein Warnsignal und/oder ein Informationssignal und/oder ein Geräuschsignal (beispielsweise zur Aktiven Geräuschunterdrückung) und/oder ein Sprachsignal (beispielsweise ein interaktiver Sprachdialog) und/oder ein Musiksignal darstellt.

Claims (27)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines parametrischen Lautsprechersystem, bestehend aus
    einem oder mehreren Wandlerelementen für Ultraschall, welche in der Lage sind durch geeignete Ansteuerung ein AM-Signal zu erzeugen, welches bei Ausbreitung in einem gasförmigen Medium durch Selbst-Demodulation ein hörbares Signal erzeugen,
    einem oder mehreren diesen Wandlerelemente zugehörigen Leistungsverstärker
    und einem oder mehreren mit diesen verbundene Modulatoren, die als Eingangssignal das Signal einer Quelle erhalten,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler im Bereich der Flanke ihrer resonativen Kennlinie mit einem FM modulierten Signal (FM-Modulation) angesteuert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Wandler keine signifikante resonative Kennlinie aufweisen, die resonative Kennlinie durch die Zusammenschaltung der Wandler mit einem resonativen Filternetzwerk erzeugt wird, in der Weise, dass das Filternetzwerk einschließlich des Wandlers eine Resonanzflanke erzeugt oder vorhandene Flanken der Kennlinie der Wandler so modifiziert, wie sie für eine befriedigende Umsetzung der FM-Modulation in eine AM-Modulation durch den Wandler benötigt werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanke der resonativen Kennlinie durch eine dem Modulator vorgeschaltete Einheit zur Modifikation der Kennlinie verändert wird,
    dahingehend dass sich durch die aus der Veränderung resultierende Gesamt-Kennlinie die Übersetzung des FM modulierten Signals in das vom Wandler ausgesandte AM-Signal beeinflußt wird, indem die Einheit zur Modifikation der Kennlinie eine Spannungs/Spannungs-Übersetzung bewerkstelligt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Modifikation der Kennlinie Unregelmäßigkeiten in der Kennlinie des Wandlers ausgleicht, wodurch sich eine resultierende Gesamt-Kennlinie aus einem oder mehreren geglätteten Kurvenabschnitten ergibt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Modifikation der Kennlinie dazu verwendet wird, dass sie die im Wandler stattfindende FM/AM-Übersetzung linearisiert, wodurch sich durch die resultierende Gesamt-Kennlinie eine ideale AM-Modulation ergibt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationstiefe der Ansteuerung einstellbar ist, indem die kleinste am Wandler anliegende Ausgangsspannung vorgebbar ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal das den Modulatoren zugeführt wird, ein Warnsignal und/oder ein Informationssignal und/oder ein Geräuschsignal und/oder ein Sprachsignal und/oder ein Musiksignal darstellt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung eines parametrischen Mehrwege-Lautsprechersystems die Gesamtheit der Wandler in Gruppen eingeteilt wird, wobei jede Gruppe von mindestens einem ihr zugeordneten FM-Modulator angesteuert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen FM-Modulatoren jeweils von einem Signal aus einer Mehrwege-Zerlegung des Eingangssignals gespeist werden, wobei im Rahmen der Mehrwege-Zerlegung eine frequenzmäßige Bandaufteilung des Eingangssignals der Modulatoren vorgenommen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Wandler welche in mehrere Gruppen eingeteilt werden gruppenabhängig jeweils verschiedene Kennlinien aufweisen, jeweils gruppenabhängig unterschiedliche FM-Modulatoren angewandt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über den verwendeten Frequenzbereich eine Leistungsanpassung der Wandler erfolgt, in der Weise, dass die Auswahl der Wandler einer Gruppe von Wandlern auf die in diesem Frequenzband erforderliche Leistung abgestimmt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jede einzelne der Gruppen von Wandlern die jeweilige Richtwirkung des Lautsprechersystems optimiert wird, indem die Auswahl der Wandler einer Gruppe von Wandlern auf Grund der Richtwirkung des einzelnen Wandlers im jeweiligen Frequenzband erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für jede einzelne der Gruppen von Wandlern die jeweilige Richtwirkung des Lautsprechersystems optimiert wird, indem die einzelnen Gruppen von Wandlern, insbesondere in Abhängigkeit des ihnen zugeordneten Frequenzbandes des Eingangssignals der Modulatoren, unterschiedlich geometrisch angeordnet werden.
  14. Vorrichtung zur Ansteuerung eines parametrischen Lautsprechersystem, bestehend aus
    einem oder mehreren Wandlerelementen für Ultraschall, welche in der Lage sind durch geeignete Ansteuerung ein AM-Signal zu erzeugen, welches bei Ausbreitung in einem gasförmigen Medium durch Selbst-Demodulation ein hörbares Signal erzeugen,
    einem oder mehreren diesen Wandlerelemente zugehörigen Leistungsverstärker
    und einem oder mehreren mit diesen verbundene Modulatoren, die als Eingangssignal das Signal einer Quelle erhalten,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel vorhanden ist die Wandler im Bereich der Flanke ihrer resonativen Kennlinie mit einem FM modulierten Signal (FM-Modulation) anzusteuern.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Wandler keine signifikante resonative Kennlinie aufweisen, ein Filternetzwerk vorgesehen ist, welches den Wandler einschließt und so eine Resonanzflanke erzeugt, wie sie für eine befriedigende Umsetzung der FM-Modulation in eine AM-Modulation durch den Wandler benötigt werden.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit zur Modifikation dem Modulator vorgeschaltetet wird, wodurch die Flanke der Kennlinie des Wandlers verändert wird,
    dahingehend dass sich durch die aus der Veränderung resultierende Gesamt-Kennlinie die Übersetzung des FM modulierten Signals in das vom Wandler ausgesandte AM-Signal beeinflußt wird, indem die Einheit zur Modifikation der Kennlinie eine Spannungs/Spannungs-Übersetzung bewerkstelligt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Modifikation der Kennlinie so ausgebildet ist, dass sie Unregelmäßigkeiten in der Kennlinie des Wandlers ausgleicht, wodurch sich eine resultierende Gesamt-Kennlinie aus einem oder mehreren geglätteten Kurvenabschnitten ergibt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Modifikation der Kennlinie so ausgebildet ist, dass sie die im Wandler stattfindende FM/AM-Übersetzung linearisiert, wodurch sich durch die resultierende Gesamt-Kennlinie eine ideale AM-Modulation ergibt.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel vorhanden ist, um die Modulationstiefe der Ansteuerung einzustellen, indem die kleinste am Wandler anliegende Ausgangsspannung vorgebbar ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung eines parametrischen Mehrwege-Lautsprechersystems die Gesamtheit der Wandler in Gruppen eingeteilt ist, wobei jede Gruppe von mindestens einem ihr zugeordneten FM-Modulator angesteuert wird.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Mehrwege-Zerlegung des Eingangssignals vorhanden ist, wobei im Rahmen der Mehrwege-Zerlegung eine frequenzmäßige Bandaufteilung des Eingangssignals der Modulatoren vorgenommen wird.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Wandler welche in mehrere Gruppen eingeteilt werden gruppenabhängig jeweils verschiedene Kennlinien aufweisen, jeweils gruppenabhängig unterschiedliche FM-Modulatoren vorgesehen sind.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass über den verwendeten Frequenzbereich eine Leistungsanpassung der Wandler erfolgt, in der Weise, dass die Auswahl der Wandler einer Gruppe von Wandlern auf die in diesem Frequenzband erforderliche Leistung abgestimmt wird.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass für jede einzelne der Gruppen von Wandlern die jeweilige Richtwirkung des Lautsprechersystems optimiert wird, indem die Auswahl der Wandler einer Gruppe von Wandlern auf Grund der Richtwirkung des einzelnen Wandlers im jeweiligen Frequenzband erfolgt.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass für jede einzelne der Gruppen von Wandlern die jeweilige Richtwirkung des Lautsprechersystems optimiert wird, indem die einzelnen Gruppen von Wandlern, insbesondere in Abhängigkeit des ihnen zugeordneten Frequenzbandes des Eingangssignals der Modulatoren, unterschiedlich geometrisch angeordnet werden.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler so angeordnet sind, dass die Wandler, welche den niederen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, sich im äußeren Bereich der Anordnung finden und dass die Wandler, welche den hohen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, sich im inneren Bereich der Anordnung finden.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler, welche den hohen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, dicht beieinander angeordnet sind, und dass die Wandler, welche den tiefen Frequenzen des Eingangssignals zugeordnet sind, weniger dicht (ausgedünnt) angeordnet sind.
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