AKUSTISCHES SYSTEM MIT EINEM GEHÄUSE MIT ADSORBIERENDEM PULVER

Beschreibung

[0001] Die Anmeldung betrifft ein akustisches System mit einem Gehäuse mit adsorbierendem Pulver.

Stand der Technik

[0002] Bei akustischen Systemen mit beteiligten Hohlräumen, wie z.B. Lautsprechergehäuse, bestimmt die Nachgiebigkeit des zumeist luftgefüllten Hohlraumvolumens deren Wirkung bei tiefen Frequenzen, unabhängig davon, ob es sich um Schall erzeugende oder dämpfende Systeme handelt. Es gilt, je größer das Volumen desto größer die akustische Nachgiebigkeit und desto größer die akustische Leistungsfähigkeit. Um bei Platzmangel die akustische Nachgiebigkeit kleinerer Hohlräume zu vergrößern, sind daher Manipulationen erforderlich. Versuche, dies zu erreichen, führten unter anderem zu Füllungen des Gehäuses mit absorbierenden oder adsorbierenden Materialien. Da die Absorption, vereinfacht ausgedrückt, ein Volumeneffekt ist, erweisen sich hier die bekannten porösen Stoffe als anwendbar. Der Effekt bezüglich der Vergrößerung der akustischen Nachgiebigkeit ist jedoch sowohl theoretisch als auch praktisch begrenzt, zumal das Volumen ja gerade die kritische Größe darstellt. Die Adsorption hingegen ist ein Oberflächeneffekt, der sich theoretisch extrem steigern lässt, solange die wirksame Oberfläche volumenneutral erhöht werden kann. Mit unterschiedlichen Adsorbern in unterschiedlicher stofflicher Ausprägung wurden Effekte erzielt, z.B. US 4657108 und US 2004/0251077, die eine Verdopplung der akustischen Nachgiebigkeit in Aussicht stellen. Praktisch handelt es sich dabei meist um Aktivkohle, die als Beschichtung von Formkörpern oder in granularer Form im Gehäuse eingesetzt wird, wie in der später näher beschriebenen Figur 1 gezeigt wird. Aktivkohle ist vergleichsweise preiswert und gut verfügbar. Sie hat aber auch einsatzspezifische Nachteile, einer davon ist die Anfälligkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit. Daher konzentrieren sich technische Ausgestaltungen von mit Aktivkohle gefüllten Gehäusen insbesondere bei Lautsprechern auf den Schutz vor und den Umgang mit Feuchtigkeit in den Gehäusen. Einerseits werden Zusatzstoffe, z.B. Stoffe mit wiederum absorbierenden bzw. hydrophilen Eigenschaften, vorgeschlagen, die Feuchtigkeit binden (US 2004/0251077). Anderseits werden zusätzliche Barrieren oder Verpackungen im Gehäuse beschrieben, welche die Feuchtigkeit von der Aktivkohle fernhalten sollen (US 4657108). Da diese Barrieren, z.B. Folien oder dichte Vliese, aber auch akustisch wirksam sind, müssen teilweise Kompromisse akzeptiert werden. Um z.B. eine Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse und der in Folie verpackten Aktivkohle zu vermeiden, sind Druckausgleichsröhrchen vorgesehen (US 4657108), die jedoch zur Verhinderung eines Feuchteeintrages erneut Aktivkohle enthalten können.

[0003] Einen einfachen Weg, das Problem eindringender Feuchtigkeit zu lösen, stellt ein hygrisch dichtes Gehäuse mit einem ebenso dichten Lautsprecher und einer dichten Verbindung zwischen Gehäuse und Lautsprecher dar. Diese Konfiguration bleibt aus unbekannten Gründen jedoch weitgehend unberücksichtigt. Ein anzunehmender Grund stellt die bevorzugte Nutzung elektrodynamischer Konus-Lautsprecher dar. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung ist eine Feuchtigkeitsabdichtung nicht ohne weiteres möglich. Zugleich entsteht ein Problem bei der Verwendung von granularer Aktivkohle oder pulverförmiger Aktivkohle , da sie den offenen Ringspalt, in dem sich die Schwingspule bewegt, zusetzen kann. Daraus resultiert ein weiterer Grund für die beschriebenen Schutzmaßnahmen hinsichtlich der Aktivkohle im Gehäuse.

[0004] Abgesehen von diesen anwendungsbezogenen Gestaltungsaspekten stellt sich grundsätzlich die Frage, ob die akustische Nachgiebigkeit weiter gesteigert werden kann. Mit Bezug auf den Oberflächeneffekt Adsorption und die bislang bekannte Verdopplung mittels Aktivkohle-Granulat wird eine Korngröße zwischen 0,1 und 0,3 mm (US 4657108) bevorzugt. In dem bereits erwähnten Druckausgleichsröhrchen (US 4657108) wird zwar Aktivkohle in noch feinerer Auflösung (ca. 0,05 mm) vorgeschlagen, allerdings mit der ausdrücklichen Funktion einer hygrischen Sperre. Weitere Versuche oder Untersuchungen mit anderen Darreichungsformen von Aktivkohle sind nicht bekannt.

[0005] Aus der EP 1 868 410 A1 ist eine Lautsprecheranordnung bekannt. Dabei ist ein Gehäuse vorhanden. Eine Gehäusewand wird teilweise durch eine Membran gebildet. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Antrieb, der die Membran zum Schwingen anregt. Ferner befindet sich innerhalb des Gehäuses ein Bereich, in dem pulverförmige Aktivkohle angeordnet ist. Die Aktivkohle ist in einer Hülle, z.B. einem Sack, untergebracht. Damit wird vor allem verhindert, dass die Aktivkohle im Gehäuse frei beweglich ist und den Antrieb, der die Membran zum Schwingen anregt, schädigt. Hierzu ist zu bemerken, dass es sich bei derartigen Antrieben zumeist um Spulen mit einem Ringspalt handelt. Wenn die feine pulverförmige Aktivkohle dorthin gelangt, kann der Antrieb geschädigt werden.

[0006] Aus der EP 1 786 235 A1 ist ein Lautsprecher System mit einem Gehäuse bekannt. Eine schwingfähige Membran ist gleichsam in einem Teil der Gehäusewand. Im Innenraum des Gehäuses sind Packungen angeordnet, die teilweise mit adsorbierenden Materialien gefüllt sind. Das in den Packungen befindliche Füllgas kann von den adsorbierenden Materialien adsorbiert werden.

[0007] Aus der US 1 711 410 A ist ein Telefon-Transmitter bekannt, der eine Membran aufweist. Die Membran ist gleichsam Teil einer Gehäusewand. Das Gehäuse schließt ein Volumen ein. In einem Teil des Gehäuses ist Aktivkohlepulver fest eingeschlossen. Das Aktivkohlepulver dient der elekrischen Leitung.

[0008] Allgemein bekannt ist, dass Aktivkohle Gas druckabhängig adsorbieren kann. Bisweilen wird, etwa in einer Darstellung in Wikipedia (Stand 04.06.2013) wie auch in der der EP 1 786 410 A1 fälschlicherweise von Absorption gesprochen.

[0009] Ebenfalls in Wikipedia beschrieben ist das Kundtsche Staubrohr. Mit einem Kundtschen Staubrohr ist es möglich stehende Schallwellen in einem Glasrohr sichtbar zu machen. Etwa Bärlappsporen werden durch die intensive Schallwelle bewegt und sammeln sich an den Stellen, an denen die Schallschnelle der Schallwellen am kleinsten ist, das heißt in den Knoten der stehenden Welle. Die Bärlappsporen werden von den Schallwellen bewegt.

[0010] Ausgehend vom bisher ermittelten Potential einer Aktivkohle-Füllung in einem Gehäuse zur Erhöhung der akustischen Nachgiebigkeit und den damit zugleich verbundenen praktischen Problemen besteht die Aufgabe darin, sowohl den akustischen Effekt zu verstärken als auch die praktischen Probleme zu reduzieren oder zu eliminieren.

Beschreibung

[0011] Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterentwicklungen an. Die Beschreibung und die Zeichnungen geben weitere Einzelheiten an.

[0012] Es wurde erkannt, dass ein akustisches System, insbesondere ein Schallwandler, bereitzustellen ist, mit einem Gehäuse, welches ein Volumen umschließt und bei dem mindestens eine Fläche oder eine Teilfläche durch ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde gebildet ist, wobei im Volumen Pulver aus adsorbierendem Material mit adsorptionswirksamer Oberfläche vorhanden ist, wobei das Pulver so gewählt ist, dass durch Schwingungen des schwingfähig gelagerten Flächengebildes im Volumen eine Bewegung des Pulvers erfolgt.

[0013] Die Bewegung hat so zu erfolgen, dass eine adsorptionswirksame Oberfläche erhöht wird, wobei das adsorbierende Material derart gewählt ist, dass bei einer Erhöhung des Drucks durch Schwingungen des schwingfähig gelagerten Flächengebildes eine Adsorption von im Volumen befindlicher Luft oder Gas erfolgt.

[0014] Wie eingangs erwähnt ist es bekannt, dass durch adsorbierende Stoffe im Volumen eines Schallwandlers die Steifigkeit gesenkt werden kann, da dadurch das verfügbare Volumen gleichsam erhöht werden kann. Dabei ist klar, dass neben der Auswahl des geeigneten Materials - bei der interessierenden Druckerhöhung muss eine Adsorption erfolgen - die zur Verfügung stehende Oberfläche eine entscheidende Rolle spielt. Daher wird häufig Aktivkohle gewählt, da Aktivkohle die gewünschten Adsorptionseigenschaften hat und eine hohe Oberfläche aufweist.

[0015] Untersuchungen mit Aktivkohle haben gezeigt, dass bei einer Korngröße des Pulvers deutlich kleiner als 0,1 mm eine deutliche Erhöhung der Adsorption erfolgt. Eine gewisse Erhöhung ist erklärbar, da mit sinkender Korngröße die für die Adsorption zur Verfügung stehende Oberfläche steigt. Der beobachtete Anstieg lässt sich aber damit nicht hinreichend erklären.

[0016] Der ausgeprägte Anstieg lässt sich nur damit erklären, dass bei hinreichend kleiner Partikelgröße die Schwingungen des schwingfähig gelagerten Flächengebildes eine Bewegung der Pulverpartikel hervorrufen, wodurch die adsorptionswirksame Oberfläche deutlich vergrößert wird. Diese Bewegung führt zu einer Erhöhung des Abstands der Pulverpartikel, so dass die Luft oder das Gas, welches adsorbiert werden soll, besser an die Pulverpartikel gelangen kann. Durch diese Abstandsänderung erhöht sich die Dichte der Schüttung, da dieselbe Menge an Pulverpartikeln einen größeren Raum einnimmt. Die Druckschwankungen bewirken mithin eine dynamische Dichteänderung. Damit verbunden ist häufig auch eine Verwirbelung des Pulvers, Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das Pulver im Gehäuse gleichsam umherfliegt. Es genügt zumeist, dass durch die Bewegung der Abstand der Pulverpartikel untereinander zunimmt.

[0017] Aus dieser Analyse folgt die wichtige Schlussfolgerung, dass das Pulver aus adsorbierendem Material zur Senkung der Steifigkeit des Schallwandlers so zu wählen ist, dass durch die Schwingungen des schwingfähig gelagerten Flächengebildes eine Bewegung des Pulvers hervorgerufen wird. Diese Lehre ist nicht auf Aktivkohlepulver mit der genannten Korngröße beschränkt.

[0018] Ferner ist das Pulver im Gehäuse frei beweglich. Dies geht über die genannte Verwirbelbarkeit hinaus. Hinzu kommt, dass das Pulver an verschiedenen Stellen im Gehäuse sein kann und nicht nur in einem bestimmten Bereich. Damit entfällt eine Abtrennung dieses Bereichs, so dass das Pulver durch die Schallwellen leichter verwirbelt werden kann. Das Pulver wird sich im Regelfall abhängig von der Schwerkraft und somit abhängig von der Einbaulage des Schallwandlers im Gehäuse verteilen. Im Vergleich mit der aus der EP 1 868 410 A1 bekannten Anordnung, bei der das Pulver in Säcken untergebracht ist, dürfte sich damit eine deutlich bessere Verwirbelbarkeit ergeben, so dass die Steifigkeit des Schallwandlers effizienter abgesenkt werden kann. In jedem Fall kann die Luft besser an die Pulverpartikel gelangen und so besser dort adsorbieren. Darüber hinaus darf eine Hülle um das Pulver den Schalleintritt nicht behindern, so dass u.U. teure Materialien und natürlich der Verpackungsaufwand die Kosten erhöhen.

[0019] Im Fokus der vorliegenden Erfindung sind passive Schallwandler, also Schallwandler bei denen Schall von außerhalb, der gedämpft werden soll, das schwingfähig gelagerte Flächengebilde zu Schwingungen anregt. In diesen Fällen ist kein Antrieb vorhanden, der vor dem Pulver im Gehäuse zu schützen wäre. Wie später dargestellt, ist die Erfindung aber auch für akustische Systeme anwendbar, bei denen eine Antriebseinheit vorhanden ist, mit der das schwingfähig gelagerte Flächengebilde zu Schwingungen angeregt werden kann

[0020] Wie aus den obigen Ausführungen bereits deutlich geworden ist, wird in einer Ausführungsform der Erfindung als adsorbierendes Material Aktivkohle gewählt.

[0021] Ebenfalls ist bereits ausgeführt worden, dass Pulver mit einer Korngröße von kleiner als 0,1 mm vorteilhaft ist. Dabei sollte mindestens ein Massenanteil von 50% des Pulvers bei einer Korngröße von kleiner als 0,08 mm, bevorzugt kleiner 0,05 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,045 mm, vorliegen. Dabei ist zu beachten, dass die Korngrößen sich normalerweise aus einer Siebung ergeben. Bei der Siebung ist eine gewisse Verteilung nicht zu vermeiden. So sind in einem Pulver, das auf eine Korngröße von 0,05 mm hin gesiebt ist, meist auch einzelne Partikel mit einer Korngröße von fast 0,1 mm enthalten.

[0022] Hinsichtlich des wichtigen Materials Aktivkohle ist auszuführen dass von Pulveraktivkohle gemeinhin dann gesprochen wird, wenn ein Massenanteil von mindestens 50% einen Korngrößenbereich von 0,045 mm hat. Zugleich ist der Massenanteil mit einem Korngrößenbereich größer als 0,071 mm kleiner als 25%.

[0023] In einer Ausführungsform der Erfindung sind als adsorbierendes Material Carbon-Nanotubes gewählt. Carbon-Nanotubes haben bisweilen günstige Adsorptionseigenschaften und sind zwischenzeitlich gut erhältlich. Auch Silikagel oder Zeolit können als adsorbierende Materialien eingesetzt werden.

[0024] In einer Ausführungsform der Erfindung ist das schwingfähig gelagerte Flächengebilde eine Membran, insbesondere eine Kunststoffmembran. Membranen, insbesondere Kunststoffmembrane, haben sich für Schallwandler bewährt.

[0025] In einer Ausführungsform der Erfindung ist außerhalb des Gehäuses eine Antriebseinheit vorhanden, mit der das schwingfähig gelagerte Flächengebilde zu Schwingungen angeregt werden kann. Bei den verbreiteten Antriebseinheiten, die sich innerhalb des Gehäuses befinden, könnte vorliegend durch das im Gehäuse vorhandene Pulver die Funktion der Antriebseinheit beeinträchtigt werden. Durch eine Unterbringung außerhalb des Gehäuses kann dies vermieden werden.

[0026] In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Antriebseinheit vorhanden, mit der das schwingfähig gelagerte Flächengebilde zu Schwingungen angeregt werden kann, wobei die Antriebseinheit unempfindlich gegenüber dem im Gehäuse vorhandenen Pulver ist. Denkbar sind beispielsweise Flächengebilde, die aus mehrlagigen Folien aufgebaut sind, bei denen durch Anlegen einer Wechselspannung und entsprechende elektrostatische Abstoßungen und Anziehungen Schwingungen angeregt werden können. Es sind auch Ausführungsformen der verbreiteten Antriebseinheiten mit Spule und Ringspalt erhältlich, bei denen die Spule und Ringspalt in einer Art Folie eingefasst sind, die z.B. auch zur Zentrierung der Elemente genutzt wird. Dieses folienartige Gebilde kann die Antriebseinheit und einen Teil des schwingfähig gelagerten Flächengebildes so umgeben, dass kein Pulver eindringen kann. Das folienartige Gebilde kann gleichsam Teil des schwingfähig gelagerten Flächengebildes sein. Es versteht sich, dass die Anordnung der Antriebseinheit außerhalb des Gehäuses auch eine Antriebseinheit darstellt, die gegenüber dem im Gehäuse vorhandenen Pulver unempfindlich ist.

[0027] In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse hygrisch dicht. Unter einer hygrischen Dichtheit ist zu verstehen, dass verhindert wird, dass durch eindringende Umgebungsfeuchte das Pulver feucht wird und seine adsorbierende Funktion eingeschränkt wird. Hierbei ist zunächst daran zu denken, dass an feuchtem Material die Adsorption generell eingeschränkt sein kann. Zudem lässt sich feuchtes Pulver nur sehr erschwert verwirbeln. Insgesamt ist zu beachten, dass adsorbierende Materialien, wie etwa Aktivkohle, häufig hydrophil sind.

[0028] In einer Ausführungsform der Erfindung ist mehr als die Hälfte des Gehäusevolumens mit Pulver gefüllt. Bei der Wahl des Füllungsgrads ist zwischen zwei Forderungen abzuwägen. Zum einen ist ein möglichst hohes Luftvolumen wünschenswert, da ein größeres Volumen leichter komprimiert werden kann. Auf der anderen Seite ist ein hoher Füllgrad mit Pulver anzustreben, um möglichst viel Adsorptionsmaterial zur Verfügung zu haben. Sinnvoll ist es mehr als die Hälfte des Volumens des Gehäuses mit Pulver zu füllen.

[0029] In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Gehäuse ein Schalldrucksensor, insbesondere ein Mikrofon vorhanden. Damit kann der Schalldruck im Gehäuse besser erfasst werden und in Abhängigkeit vom Schalldruck durch eine entsprechende Steuereinheit die Anregung des schwingfähig gelagerten Flächengebildes verstärkt oder abgeschwächt werden. Dies erlaubt eine weitere Senkung der Steifigkeit, so dass die durch die Verwendung von Pulver aus adsorbierendem Material erreichte Senkung der Steifigkeit verstärkt werden kann.

[0030] Der Schalldrucksensor muss geeignet geschützt werden, um durch das Pulver nicht in seiner Funktion beeinträchtigt zu werden.

[0031] An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung auch in einem adaptiven akustischen Monitor, wie in DE 197 46 645 C1 beschrieben, gut eingesetzt werden kann. Gibt man in das Volumen des schalldichten Gehäuse der DE 197 46 645 C1 Pulver aus adsorbierendem Material, so kann das schalldichte Gehäuse bei gleichen akustischen Eigenschaften kleiner gestaltet werden

[0032] In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Gehäuse eine Sensorelektrode angeordnet, derart dass die Anordnung aus Sensorelektrode, Pulver aus adsorbierendem Material und Gehäuse einen elektrischen Stromkreis bildet, dessen Widerstand durch eine Dichteänderung des Pulvers veränderlich ist, so dass durch eine Messung der Änderung des Widerstandes eine Aussage über Schall, der eine Bewegung des Pulvers bewirkt, möglich ist. Dies liegt vor allem daran, dass bei einer höheren Dichte des Pulvers die Partikel des Pulvers näher beieinander liegen und damit auch eine höhere Kontaktfläche haben. Damit kann der Strom besser von einem Partikel zu einem anderen Partikel fließen. Damit dies funktioniert, muss das Pulver freilich elektrisch leitend sein, wie dies bei Aktivkohle der Fall ist.

[0033] Durch die oben genannte Ausgestaltung kann der Schallwandler in einfacher Weise zur Schallmessung genutzt werden. Meist dürften hierzu gewöhnlich Mikrofone vorzuziehen sein. Sollte aber der oben geschilderte Schallwandler ohnehin vorhanden sein, kann der Schallwandler mit sehr geringem Aufwand mit der beschriebenen Sensorelektrode ausgestattet werden und zur Schallmessung dienen. Damit kann der oben beschriebene Schalldrucksensor ersetzt werden, bei Bedarf auch ergänzt werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1

Eine vereinfachte schematische Darstellung einer Membran 1 eines Schallwandlers mit einem Gehäuse 2, das eine Schicht aus Adsorber-Granulat, z.B. Aktivkohle, enthält, an deren Oberfläche Luft- bzw. Gasmoleküle adsorbiert werden. Im Bereich A befinden sich Luft- bzw. Gasmoleküle, im Bereich B findet Adsorption statt und im Bereich C lässt diese Adsorption nach.

Fig. 2

Eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses mit Aktivkohle-Pulver, bestehend aus einer hygrisch dichten Kombination aus Membran 1 und einem Gehäuse 2, das ausschließlich mit ungebundenen und im gesamten Gehäuse frei beweglichen Aktivkohle-Partikeln 3 mit Abmessungen von deutlich kleiner als 0,1 mm gefüllt ist. Durch die vom Schalldruck erregte Bewegung der Partikel erstreckt sich der Bereich B mit Adsorption auf einen größeren Teil des Gehäuses 2.

Fig. 3

Eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses mit Aktivkohle-Pulver, in dem eine metallische Sensorelektrode 4 platziert ist, die eine zum Schallfeld im Gehäuse 2 proportionale Größe erzeugt, die mittels einer Signalverarbeitungseinheit an den Schwingungsantrieb der Membran 1 rückgekoppelt wird.

Ausgangspunkt ist ein in Figur 1 gezeigtes akustisches System, bestehend aus einer Membran 1, z.B. einer Lautsprechermembran, die als schwingfähig gelagertes Flächengebilde dient. Die Membran 1 ist Teil eines Gehäuses 2. Die Membran 1 und das Gehäuse 2 sind hygrisch dicht. Dabei ist auch darauf geachtet, dass die Verbindung zwischen Membran 1 und restlichem Gehäuse 2 hygrisch dicht sind. Bei Verwendung elektrodynamischer Konus-Lautsprecher lässt sich dies z.B. mit Kunststoffmembranen oder metallisierten Kunststoffmembranen erreichen, wobei der Lautsprecher umgekehrt, d.h. mit der offenen Seite des Konus in Richtung Gehäuse montiert wird. Die damit vergrößerte Bauhöhe des gesamten Aufbaus aus Lautsprecher und Gehäuse 2 ist zwar unerwünscht, aber akzeptabel, insbesondere bei kleinen Lautsprechern mit flachem Konus und ebensolchen Antriebssystemen. Darüber hinaus ist bei der Montage ein minimaler Feuchtegehalt der Umgebungsluft sicherzustellen. Im Bereich A befinden sich Luft- bzw. Gasmoleküle, im Bereich B findet Adsorption dieser Moleküle statt und im Bereich C lässt diese Adsorption nach, da die Moleküle aus dem Bereich A kaum dorthin gelangen.

[0034] Davon ausgehend beruht der technische Lösungsansatz auf der Verwendung von Aktivkohle-Pulver, dessen dominierender Volumenanteil aus Aktivkohle-Partikeln mit einer Größe deutlich kleiner als 100 Mikrometer besteht. Diese Größe ist mit einer Masse pro Partikel verbunden, bei der die Gewichtskraft der Partikel mehr und mehr in der Größenordnung der durch den Schalldruck wirkenden Flächenkraft auf die Partikel liegt. Als Anhaltspunkt sei ein Schalldruckpegel oberhalb etwa 50 dB genannt. Es ist zu betonen, dass dieser Wert schwierig zu bestimmen ist und nur als grober Anhaltspunkt zu sehen ist. Die derartig kleinen Aktivkohle-Partikel beginnen, vom Schalldruck ausgelöst, sich zu bewegen. Die Adsorption der Gas- bzw. Luftmoleküle erfolgt daher nicht mehr nur an der statisch verfügbaren Oberfläche der Aktivkohle. Der auf den ersten Blick unscheinbare Schritt zu kleineren Aktivkohle-Partikeln hat überraschende Folgen. Bereits mit einer ca. 50-prozentigen Gehäusefüllung dieser Art lässt sich bei kleinen Wandlern und Gehäusen die akustische Nachgiebigkeit gegenüber Luftfüllung vervierfachen. Bei einem Helmholtz-Resonator oder einem Lautsprechergehäuse bedeutet das eine Halbierung der Resonanzfrequenz, ohne das Gehäuse zu vergrößern. Die bislang publizierte Regel, je mehr Aktivkohle in einem Gehäuse, desto besser, wird damit zumindest relativiert. Sie muss präzisiert lauten, je größer die dynamisch angebotene Oberfläche der Aktivkohle-Partikel, desto besser, da so der Adsorptionseffekt verstärkt wird. Durch die Verkleinerung der Aktivkohle-Partikel im beschallten Gehäuse 2 wird der Oberflächeneffekt Adsorption mit einem dynamischen Volumeneffekt überlagert und verstärkt.

[0035] Dies ist in Figur 2 dargestellt. Die Aktivkohlepartikel 3 werden durch den Schalldruck im Gehäuse 2, der durch Bewegungen der Membran 1 hervorgerufen wird, verwirbelt. Die Aktivkohlepartikel 3 werden somit im Gehäuse 2 verwirbelt. Damit erhöht sich gleichsam der Bereich B, in dem sich die Luftmoleküle befinden und sich an die Aktivkohlepartikel anlagern. Bei der Darstellung in Figur 2 ist zu beachten, dass diese wirklich nur schematisch zu verstehen ist. Es ist wie erwähnt keinesfalls erforderlich, dass sich das Pulver im ganzen Gehäuse verteilt. Freilich steht eine solche Verteilung der Funktion nicht entgegen.

[0036] Der unerwartet ausgeprägte akustische Vorteil der so erreichten Dynamik des Adsorptionsprozesses ist damit dargestellt. Diese Dynamik lässt sich auch noch auf einem anderen Weg illustrieren. Dazu wird in einem mit derartig feinem Aktivkohle-Pulver 3 gefüllten Gehäuse 2 eine metallische Elektrode 4 platziert und mit einer geringen Gleichspannung vorpolarisiert, wie in Figur 3 zu erkennen. Sobald nun der Lautsprecher Schallschwingungen erzeugt, also die Membran 1 schwingt, stellt sich an dieser Elektrode 4 eine dem Schalldruck proportionale Wechselspannung ein. Die Elektrode 4 wirkt zusammen mit den sich bewegenden Aktivkohle-Partikeln wie ein Mikrofon.

[0037] Dieser Effekt erinnert an die früher verwendeten Kohle-Mikrofone, auch wenn dort einfach Kohlegranulat oder Kohlegries verwendet wurde. Dieser Versuch lässt zwar auch vermuten, dass sich das lose, frei bewegliche Aktivkohle-Pulver 3 negativ auswirkt, wenn es die Membran 1 berührt. Ausgiebige Experimente belegen aber, dass dieser Effekt nicht feststellbar ist. Selbst bei umgedrehtem Gehäuse 2, d.h. bei Auflage des Aktivkohle-Pulvers 3 auf der Membran 1 zeigt sich die vergrößerte akustische Nachgiebigkeit des Gehäusevolumens 2.

[0038] Zugleich bietet die vorpolarisierte Elektrode im Gehäuse eine funktionale Erweiterungsmöglichkeit an, die in etwas abgewandelter Form z.B. in DE 19746645 Verwendung findet. Die zum Schalldruck im Gehäuse 2 proportionale Wechselspannung an der Elektrode entspricht im Prinzip dem Signal eines Mikrofons an gleicher Stelle. Die einfache Metallelektrode ist aber ungleich unempfindlicher gegenüber dem Aktivkohle-Pulver. Die Wechselspannung kann mittels einer Signalverarbeitungseinheit an einen Schwingungsantrieb der Membran 1 rückgekoppelt werden. Das Vorzeichen, die Amplitude und der Frequenzgang der Signalverarbeitungseinheit bestimmen, ob der Schwingungsantrieb z.B. bei tiefen Frequenzen verstärkt (Vorzeichen negativ) und abgeschwächt (Vorzeichen positiv) die Membran 1 antreibt. Es ergibt sich so eine einfache Möglichkeit die akustische Nachgiebigkeit des Gehäuses spektral zu beeinflussen.

Ansprüche

1. Akustisches System, insbesondere Schallwandler, mit einem Gehäuse (2), welches ein Volumen umschließt und bei dem mindestens eine Fläche oder eine Teilfläche durch ein schwingfähig gelagertes Flächengebilde (1) gebildet ist, wobei im Volumen Pulver (3) aus adsorbierendem Material mit adsorptionswirksamer Oberfläche vorhanden ist, wobei das Pulver (3) so gewählt ist, dass durch Schwingungen des schwingfähig gelagerten Flächengebildes (1) im Volumen eine Bewegung des Pulvers (3) derart erfolgt, dass die adsorptionswirksame Oberfläche vergrößert wird, wobei das adsorbierende Material derart gewählt ist, dass bei einer Erhöhung des Drucks durch Schwingungen des schwingfähig gelagerten Flächengebildes (1) eine Adsorption von im Volumen befindlicher Luft oder Gas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver (3) im gesamten Gehäuse (2) frei beweglich ist.

2. Akustisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als adsorbierendes Material Aktivkohle gewählt ist.

3. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Pulver (3) gewählt ist, bei dem ein Massenanteil von mindestens 50% des Pulvers mit einer Korngröße von kleiner als 0,08 mm, bevorzugt kleiner 0,05 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,045 mm vorliegt.

4. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als adsorbierendes Material Carbon Nanotubes gewählt sind.

5. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schwingfähig gelagerte Flächengebilde eine Membran (1), insbesondere eine Kunststoffmembran ist.

6. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Gehäuses (2) eine Antriebseinheit vorhanden ist, mit der das schwingfähig gelagerte Flächengebilde (1) zu Schwingungen angeregt werden kann.

7. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinheit vorhanden ist, mit der das schwingfähig gelagerte Flächengebilde (1) zu Schwingungen angeregt werden kann, wobei die Antriebseinheit unempfindlich gegenüber im Gehäuse (2) vorhandenen Pulver (3) ist.

8. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) hygrisch dicht ist.

9. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als die Hälfte des Gehäusevolumens mit Pulver (3) gefüllt ist.

10. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) ein Schalldrucksensor, insbesondere ein Mikrofon, vorhanden ist.

11. Akustisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) eine Sensorelektrode (4) angeordnet ist, derart dass die Anordnung aus Sensorelektrode (4), Pulver (3) und Gehäuse (2) einen elektrischen Stromkreis bildet, dessen Widerstand durch eine Dichteänderung des Pulvers (3) veränderlich ist, so dass durch eine Messung der Änderung des Widerstandes eine Aussage über Schall, der eine Bewegung des Pulvers (3) bewirkt, möglich ist.

Claims

1. An acoustic system, in particular a sound transducer, having a housing (2), which encloses a volume and in which at least a surface or a sub-surface is formed by a sheet-like structure (1) configured to vibrate, wherein powder (3) made of adsorbent material having an adsorption effective surface is present in the volume, wherein the powder (3) is selected such that, through a movement of the powder (3) caused by vibrations of the sheet-like structure configured to vibrate, the adsorption effective surface is enlarged, wherein the adsorbent material is selected such that an adsorption of air or gas present in the volume is caused by an increase of the pressure caused from vibrations of the sheet-like structure (1) configured to vibrate, characterized in that the powder (3) is freely movable within the whole housing (2).

2. The acoustic system according to claim 1, characterized in that active carbon is selected as adsorbent material.

3. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that powder (3) is selected, in which a mass fraction of at least 50% of the powder with a grain size of less than 0.08 mm, preferably less than 0.05 mm, particularly preferably less than 0.045 mm is present.

4. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that carbon nanotubes are selected as adsorbent material.

5. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet-like structure configured to vibrate is a membrane (1), in particular a plastic membrane.

6. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that a drive unit, with which the sheet-like structure (1) configured to vibrate can be stimulated to vibrate, is present outside of the housing (2).

7. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that a drive unit is present, with which the sheet-like structure (1) configured to vibrate can be stimulated to vibrate, wherein the drive unit is immune from the powder (3) present in the housing (2).

8. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is moisture tight.

9. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that more than half of the housing volume is filled with powder (3).

10. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that a sound pressure sensor, in particular a microphone, is present in the housing (2).

11. The acoustic system according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor electrode (4) is arranged in the housing (2) such that the arrangement of sensor electrode (4), powder (3), and housing (2) forms an electric circuit, whose resistance is modifiable through a density change of the powder (3), such that through a measurement of the change of the resistance, a statement about the sound that effects a movement of the powder (3) is possible.

Revendications

1. Système acoustique, en particulier convertisseur acoustique, présentant un boîtier (2) qui englobe un volume et dans lequel au moins une surface ou partie de surface est formée d'un produit plat (1) monté de manière à pouvoir osciller,
une poudre (3) en matériau absorbant et présentant une surface active en adsorption étant prévue dans le volume,
la poudre (3) étant sélectionnée de telle sorte que les oscillations du produit plat (1) monté de manière à pouvoir osciller entraînent dans le volume un déplacement de la poudre (3) tel que sa surface active en adsorption en est augmentée,
le matériau adsorbant étant sélectionné de telle sorte que une adsorption de l'air ou du gaz présent dans le volume ait lieu lors d'une augmentation de pression due aux oscillations du produit plat (1) monté de manière à pouvoir osciller,
caractérisé en ce que
la poudre (3) est libre de se déplacer dans l'ensemble du boîtier (2).

2. Système acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau adsorbant sélectionné est un charbon actif.

3. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poudre (3) est sélectionnée de telle sorte qu'une fraction massique d'au moins 50 % de la poudre présente des grains d'une taille inférieure à 0,08 mm, de préférence inférieure à 0,05 mm et de façon particulièrement préférable inférieure à 0,045 mm.

4. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau adsorbant sélectionné est formé de nanotubes de carbone.

5. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit plat monté de manière à pouvoir osciller est une membrane (1) et en particulier une membrane en matière synthétique.

6. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'extérieur du boîtier (2) est prévue une unité d'entraînement par laquelle le produit plat (1) monté de manière à pouvoir osciller est mis en oscillation.

7. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une unité d'entraînement par laquelle le produit plat (1) monté de manière à pouvoir osciller peut être mis en oscillation, l'unité d'entraînement étant insensible vis-à-vis de la poudre (3) présente dans le boîtier (2).

8. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (2) est étanche à l'humidité.

9. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plus de la moitié du volume du boîtier est remplie de poudre (3).

10. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un capteur de pression acoustique, en particulier un microphone, est présent dans le boîtier (2).

11. Système acoustique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une électrode de capteur (4) est disposée dans le boîtier (2) de telle sorte que l'ensemble constitué de l'électrode de capteur (4), de la poudre (3) et du boîtier (2) forme un circuit de courant électrique dont la résistance varie en fonction d'une modification de la densité de la poudre (3), de telle sorte qu'une mesure de la modification de la résistance permet de tirer des conclusions sur le son qui a pour effet un déplacement de la poudre (3).

Zeichnung