Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale.

Seit geraumer Zeit bewähren sich Zungenfrequenzmesser in vielen Anwendungen. Dabei sind an einem akustisch starren Schwingungseinkoppelelement mehrere Schwingzungen angebracht, die bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen jeweils ihr Schwingungsmaximum erreichen. Ein Beobachter sieht anhand der Zunge, die ihren größten Ausschlag zeigt, mit welcher Frequenz das Schwingungseinkoppelelement angeregt wird.

Ein Nachteil solcher Zungenfrequenzmesser ist es, dass immer nur ein Teil der verfügbaren Mittel, wie in diesem Fall der Schwingzungen, genutzt wird. Äquivalent dazu wäre es, wenn man auf einer Membran mehrere elektroakustische Wandler unterschiedlicher Resonanzfrequenz platzieren würde und je nach auszusendender beziehungsweise zu empfangender Frequenz einen anderen elektroakustischen Wandler verwenden würde. Dabei würde jedoch der jeweils nicht genutzte Bereich der Membran unnötig Schallenergie aus dem Schallfeld ziehen beziehungsweise bei einem Senden zum Schwingen angeregt.

Aus dem Bereich der Nachrichtentechnik ist es bekannt, dass mit Frequenzmodulationen, wie zum Beispiel Frequency Hopping, in einem sehr engen Frequenzband Informationen mit sehr guter Zuverlässigkeit, das heißt Trennfähigkeit übertragen werden können. Dies gilt insbesondere bei Nutzung orthogonaler Modulation, wie diese beispielsweise in W-LAN-Systemen genutzt wird.

Es wird auf die Varianzanalyse, das heißt Signalanalyse mittels Momente zweiter Ordnung, in der DE102009027842A1 veniviesen. Mittels Varianzreziproker ist es möglich, mit Momenten zweiter Ordnung eine sehr gute Signalsynchronisation und damit Ortsbestimmung zu erreichen.

Aktuelle elektroakustische Wandler weisen zumeist nur zwei Kontaktierungen auf und sind somit für eine Schwingungsform, das heißt genau eine Resonanzfrequenz optimal.

DE37337761A1 offenbart eine Ultraschallsonde, die aus einem piezoelektrischen Verbundmaterial aufgebaut ist, das aus einer Vielzahl von in ein organisches Material eingebetteten piezoelektrischen Keramik-Stabelementen besteht. Aus diesem Verbundmaterial sind Streifenelektroden ausgebildet, um eine Flexibilität und Empfindlichkeit der Sonde zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale umfasst einen elektroakustischen Wandler, der zumindest zwei voneinander elektrisch isolierte erste Kontaktierungen aufweist, über die jeweils unterschiedliche Bereiche des elektroakustischen Wandlers zu einer Schwingung angeregt werden können. Dabei ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, dass bei einem Aussenden akustischer Signale an jeder der ersten Kontaktierungen jeweils ein elektrisches Signal angelegt wird, wobei die angelegten elektrischen Signale einen zueinander unterschiedlichen zeitlichen Verlauf haben, und/oder bei einem Empfangen akustischer Signale an jeder der ersten Kontaktierungen jeweils ein elektrisches Signal abgegriffen wird, um aus dem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf der abgegriffenen elektrischen Signale ein Schwingen des elektroakustischen Wandlers zu ermitteln.

Eine solche Vorrichtung ist vorteilhaft, da eine besonders effiziente Umsetzung zwischen akustischen Signalen und elektrischen Signalen erfolgt. Das bedeutet, die Vorrichtung weist einen hohen Wirkungsgrad beim Senden akustischer Signale und eine hohe Empfindlichkeit beim Empfangen akustischer Signale auf. Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen besonders vorteilhaften Störabstand, beispielsweise zu einem Rauschen eines Innenwiderstandes der Vorrichtung, aus. Dem elektroakustischen Wandler kann insbesondere beim Aussenden akustischer Signale ein vorgegebenes Schwingverhalten eingeprägt werden, wodurch das Schwingverhalten des elektroakustischen Wandler präzise gesteuert werden und somit an beliebige Umgebungsbedingungen optimal angepasst werden kann.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Es ist vorteilhaft, wenn die ersten Kontaktierungen konzentrische Kreise auf einer Oberfläche des elektroakustischen Wandlers bilden. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn der elektroakustische Wandler die Form einer Kreisscheibe aufweist. Auf diese Weise wird eine Anordnung der Kontaktierungen erreicht, durch welche einzelne Schwingungsmodi des elektroakustischen Wandlers besonders effizient angeregt werden können. Gleichzeitig weisen die Kontaktierungen dabei eine wenig komplexe Form auf, wodurch eine Herstellung der Vorrichtung vereinfacht wird und zugleich eine hohe Stabilität erreicht wird.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der unterschiedliche zeitliche Verlauf der an die ersten Kontaktierungen angelegten elektrischen Signale derart gewählt ist, dass der elektroakustische Wandler wahlweise in einem ersten Schwingungsmodus oder in einem zweiten Schwingungsmodus schwingt. Insbesondere ist dabei der erste Schwingungsmodus ein Schwingungsmodus einer ersten Frequenz und der zweite Schwingungsmodus ein Schwingungsmodus einer zweiten Frequenz. Es kann somit immer ein Schwingungsmodus gewählt werden, der eine besonders hohe Empfindlichkeit oder einen besonders hohen Wirkungsgrad der Vorrichtung ermöglicht. Dabei wird eine Anpassung der Vorrichtung an eine gewünschte Frequenz ermöglicht.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der elektroakustische Wandler zumindest eine zweite Kontaktierung aufweist, die mit einer zugehörigen ersten Kontaktierung elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei die zweite Kontaktierung derart angeordnet ist, dass die zweite Kontaktierung im Ansprechen auf ein vordefiniertes eintreffendes akustisches Signal hinsichtlich Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phase in identischer weise schwingt wie die zugehörige erste Kontaktierung. Somit wird eine Anzahl elektrischer Signale verringert, die bei einem Aussenden akustischer Signale durch die Vorrichtung benötigt wird und/oder eine Verarbeitung elektrischer Signale beim Empfangen akustischer Signale wird vereinfacht, da solche Bereiche des elektroakustischen Wandlers, die ähnliche elektrische Signale verursachen, zusammengefasst sind.

Ebenso vorteilhaft ist es, bei dem Empfangen akustischer Signale jedes der an den ersten Kontaktierungen abgegriffenen elektrischen Signale auf einen vorgegebenen zeitlichen Verlauf hin gefiltert wird. Auf diese Weise werden Störeinflüsse beim Empfangen akustischer Signale können besonders effizient unterdrückt.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verzögerungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Phase eines eingehenden elektrischen Signals zu verändern und das eingehende elektrische Signal an eine der ersten Kontaktierungen anzulegen und das in seiner Phase veränderte eingehende elektrische Signal an eine andere der ersten Kontaktierungen anzulegen. Insbesondere erfolgt das Verändern der Phase des eingehenden elektrischen Signals mittels eines passiven Bauelementes. Somit wird zumindest ein Teil der zum Aussenden eines akustischen Signals benötigten elektrischen Signalen auf besonders einfache Weise erzeugt.

Es ist vorteilhaft, wenn der elektroakustische Wandler ein Biegeschwinger ist, wobei die ersten und/oder zweiten Kontaktierungen auf einer ersten Seite des elektroakustischen Wandlers angeordnet sind und eine Bezugselektrode flächig auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des elektroakustischen Wandlers angeordnet ist. Auf diese Weise kann die gesamte erste Seite des elektroakustischen Wandlers für die ersten und/oder zweiten Kontaktierungen genutzt werden und eine besonders präzise Anregung des elektroakustischen Wandlers erfolgen.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die an den ersten Kontaktierungen angelegten elektrischen Signale derart gewählt sind, dass das von der Vorrichtung ausgesendete oder empfangene akustische Signal in einem vorgegebenen Frequenzbereich liegt und insbesondere eine konstante Frequenz aufweist. Somit kann die Vorrichtung bei einer solchen Frequenz betrieben werden, in der diese einen besonders hohen Wirkungsgrad erzielt und eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das von der Vorrichtung ausgesendete oder empfangene akustische Signal ein Ultraschallsignal ist. Dies ist vorteilhaft, da gerade im Bereich des Sendens und Empfangens von Ultraschallsignalen hohe Anforderungen an die Empfindlichkeit und den Wirkungsgrad von Vorrichtungen zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale gestellt werden.

Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft, in dem der elektroakustische Wandler auf einer Membran angeordnet und insbesondere mit dieser verklebt wird, eine Kontaktierungsschicht auf einer der Membran abgewandten Seite des elektroakustischen Wandlers aufgebracht wird und die ersten und/oder zweiten Kontaktierungen aus der Kontaktierungsschicht geformt werden, indem die Bereiche der Kontaktierungsschicht, die zwischen den ersten und/oder zweiten Kontaktierungen liegen, entfernt werden. Durch ein solches Verfahren wird eine präzise Anordnung der Kontaktierungen ermöglicht und ein Brechen des elektroakustischen Wandlers vermieden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eingerichtet ist, an einem Fahrzeug angeordnet zu sein und insbesondere in ein Bordnetz des Fahrzeuges integriert zu werden. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, Informationen über das akustische Signal zu senden und/oder zu empfangen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1

eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2

eine Darstellung eines in einem ersten Schwingungsmodus schwingenden elektroakustischen Wandlers zu drei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten,

Figur 3

eine Darstellung eines in einem zweiten Schwingungsmodus schwingenden elektroakustischen Wandlers zu drei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, und

Figur 4

eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst einen elektroakustischen Wandler 2. Der elektroakustische Wandler 2 ist ein piezoelektrischer Biegeschwinger. Der elektroakustische Wandler 2 ist in Figur 1 in einem Querschnitt gezeigt. In einer Draufsicht ist der elektroakustische Wandler 2 eine Kreisscheibe. Der elektroakustische Wandler 2 weist eine erste Seite 6 und eine der ersten Seite 6 gegenüberliegende zweite Seite 7 auf. Die erste Seite 6 und die zweite Seite 7 sind die ebenen Flächen der Kreisscheibe.

Der elektroakustische Wandler 2 liegt in einem Bereich seines äußeren Umfangs auf einen Membranträger 8 auf, und ist an dieser Stelle mit einem Membranträger 8 verschweißt.

Der elektroakustische Wandler 2 weist zumindest zwei voneinander elektrisch isolierte erste Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d auf. Die zumindest zwei voneinander elektrisch isolierten ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d werden in dieser ersten Ausführungsform durch eine kreisscheibenförmige Kontaktierung 3a, eine erste ringförmige Kontaktierung 3b, eine zweite ringförmige Kontaktierung 3c und eine dritte ringförmige Kontaktierung 3d gebildet. Die kreisscheibenförmige Kontaktierung 3a weist die Form einer Kreisscheibe auf. Ein Zentrum der kreisscheibenförmigen Kontaktierung 3a ist derart auf dem elektroakustischen Wandler 2 angeordnet, dass dieses über einem Zentrum des elektroakustischen Wandlers 2 liegt. Das Zentrum des elektroakustischen Wandlers 2 ist dabei eine Mitte einer der kreisscheibenförmigen Oberflächen des elektroakustischen Wandlers 2.

Die erste ringförmige Kontaktierung 3b ist konzentrisch zu der kreisscheibenförmigen Kontaktierung 3a angeordnet. Die erste ringförmige Kontaktierung 3b umläuft die kreisscheibenförmige Kontaktierung 3a, wobei ein äußerer Umfang der kreisscheibenförmigen Kontaktierung 3a einen Abstand zu einem inneren Umfang der ersten ringförmigen Kontaktierung 3b aufweist. Die zweite ringförmige Kontaktierung 3c ist konzentrisch zu der kreisscheibenförmigen Kontaktierung 3a angeordnet. Die zweite ringförmige Kontaktierung 3c umläuft die kreisscheibenförmige Kontaktierung 3a, wobei ein äußerer Umfang der ersten ringförmige Kontaktierung 3b einen Abstand zu einem inneren Umfang der zweiten ringförmigen Kontaktierung 3c aufweist. Die dritte ringförmige Kontaktierung 3d ist konzentrisch zu der kreisscheibenförmigen Kontaktierung 3a angeordnet. Die dritte ringförmige Kontaktierung 3d umläuft die zweite ringförmige Kontaktierung 3c, wobei ein äußerer Umfang der zweiten ringförmigen Kontaktierung 3c einen Abstand zu einem inneren Umfang der dritten ringförmigen Kontaktierung 3c aufweist. Da ein Material, aus welchem der elektroakustische Wandlers 2 gefertigt ist, nicht leitfähig ist und die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d voneinander beabstandet sind, sind die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d voneinander elektrisch isoliert.

Die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d sind auf der zweiten Seite 7 des elektroakustischen Wandlers 2 angeordnet. Auf der ersten Seite 6 des elektroakustischen Wandler 2 ist eine Bezugselektrode 5 angeordnet. Diese erstreckt sich über die gesamte, auf der ersten Seite 6 des elektroakustischen Wandlers gelegene Oberfläche des elektroakustischen Wandlers 2.

Wir eine Spannung zwischen eine der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d und die Bezugselektrode 5 angelegt, so erfolgt eine elastische Verformung des elektroakustischen Wandlers in dem Bereich, in dem die ersten Kontaktierung 3a, 3b, 3c, 3d liegt, an welche das elektrische Signal angelegt wurde.

Jede der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d ist über jeweils eine elektrische Leitung mit einer Signaleinheit 4 gekoppelt. Durch die Signaleinheit 4 werden mehrere, zueinander unterschiedliche elektrische Signale erzeugt, die an die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d über die elektrischen Leitungen an die ersten Kontaktierungen übertragen werden. Zudem ist die Signaleinheit 4 über eine elektrische Leitung mit der Bezugselektrode 5 gekoppelt.

Bei einem Aussenden akustischer Signale durch die Vorrichtung 1 wird an jede der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d von der Signaleinheit 4 jeweils ein elektrisches Signal angelegt, wobei die angelegten elektrischen Signale einen zueinander unterschiedlichen zeitlichen Verlauf haben. Das bedeutet, dass die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d nicht über ein gemeinsames elektrisches Signal angeregt werden.

In dieser ersten Ausführungsform kann der elektroakustische Wandler 2 von der Signaleinheit 4 wahlweise dazu angeregt werden, entweder in einem ersten Schwingungsmodus oder in einem zweiten Schwingungsmodus zu schwingen.

Figur 2 zeigt den elektroakustischen Wandler 2 zu einem ersten Zeitpunkt t_1a, zu einem zweiten Zeitpunkt t_1b und zu einem dritten Zeitpunkt t_1c, wobei der elektroakustische Wandler 2 in dem ersten Schwingungsmodus schwingt. Zu dem ersten Zeitpunkt t_1a ist der elektroakustische Wandler 2 über seine gesamte Fläche nach oben gewölbt. Zu dem zweiten Zeitpunkt t_1b ist der elektroakustische Wandler 2 nicht gewölbt, was auch dessen Ausprägung in seinem Ruhezustand entspricht. Zu dem dritten Zeitpunkt t_1c ist der elektroakustische Wandler 2 über seine gesamte Fläche nach unten gewölbt.

Es ist eine Lage der kreisscheibenförmigen Kontaktierung 3a, der ersten ringförmige Kontaktierung 3b, der zweiten ringförmige Kontaktierung 3c und der dritten ringförmige Kontaktierung 3d auf dem elektroakustischen Wandler 2 gezeigt. Es wird zunächst die zweite ringförmige Kontaktierung 3c betrachtet. Es ist ersichtlich, dass sich der gesamte Bereich, in welchem sich die zweite ringförmige Kontaktierung 3c befindet, durch ein ähnliches Schwingverhalten auszeichnet. So befindet sich die zweite ringförmige Kontaktierung 3c in ihrem gesamten Umfang zu jedem der in Figur 2 gezeigten Zeitpunkte auf einer gleichen Höhe über einer Ruhelage des akustischen Wandlers 2. Selbiges gilt ebenfalls für den Bereich des elektroakustischen Wandlers 2, in dem die erste ringförmige Kontaktierung 3b angeordnet ist und für den Bereich des elektroakustischen Wandlers 2, in dem die dritte ringförmige Kontaktierung 3d angeordnet ist.

Es wird ersichtlich, dass der elektroakustische Wandler 2 zu der in Figur 2 gezeigten Schwingung angeregt werden kann, indem an jede der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d jeweils ein sinusförmiges elektrisches Signal angelegt wird, wobei die sinusförmigen elektrischen Signale eine gleiche Phase aufweisen und eine an die Auslenkung des Bereiches, in welchem die zugehörige erste Kontaktierung 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet ist, angepasste Amplitude aufweist.

Figur 3 zeigt den elektroakustischen Wandler 2 in dem zweiten Schwingungsmodus. Dabei ist der elektroakustische Wandler 2 zu einem vierten Zeitpunkt t_2a, einem fünften Zeitpunkt t_2b und zu einem sechsen Zeitpunkt t_2c gezeigt. Es ist ersichtlich, dass ein innerer Bereich des elektroakustischen Wandlers 2 gegenläufig zu einem äußeren Bereich des elektroakustischen Wandlers 2 schwingt. So ist beispielsweise ersichtlich, dass sich der Bereich des elektroakustischen Wandlers 2, in dem sich die dritte ringförmige Kontaktierung 3d befindet, zu dem vierten Zeitpunkt t_2a gegenüber einer Ruhelage des elektroakustischen Wandlers 2 nach unten bewegt hat, wohingegen sich der Bereich des elektroakustischen Wandlers 2, in dem sich die erste ringförmige Kontaktierung 3b befindet, gegenüber der Ruhelage des elektroakustischen Wandlers 2 nach oben bewegt hat. Es wird somit ersichtlich, durch das durch eine entsprechende Anregung der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d der elektroakustische Wandler 2 dazu gezwungen werden kann, in dem zweiten Schwingungsmodus zu schwingen. So wird in dem in Figur 3 gezeigten Beispiel an jede der ersten Kontaktierung 3a, 3b, 3c, 3d jeweils ein sinusförmiges elektrisches Signal angelegt, wobei die sinusförmigen elektrischen Signale zueinander phasenverschoben sind. Eine Frequenz der elektrischen Signale in dem zweiten Schwingungsmodus kann dabei von der Frequenz der elektrischen Signale in dem ersten Schwingungsmodus abweichen.

In der Signaleinheit 4 ist in dieser ersten Ausführungsform ein zeitlicher Verlauf für ein erstes elektrisches Signal hinterlegt, welches an die kreisscheibenförmige Kontaktierung 3a angelegt wird. Ferner ist ein zweites elektrisches Signal hinterlegt, welches an die erste ringförmige Kontaktierung 3b angelegt wird. Ferner ist ein drittes elektrisches Signal hinterlegt, welches an die zweite ringförmige Kontaktierung 3c angelegt wird. Ferner ist ein viertes elektrisches Signal hinterlegt, welches an die dritte ringförmige Kontaktierung 3d angelegt wird. Dabei sind alle elektrischen Signale sinusförmige elektrische Signale, die sich jedoch zumindest in ihrer Phasenlage zueinander oder ihrer Amplitude unterscheiden.

Dabei ist jeweils ein erstes bis viertes elektrisches für den ersten Schwingungsmodus hinterlegt und jeweils ein erstes bis viertes elektrisches für den zweiten Schwingungsmodus hinterlegt. Hinterlegt bedeutet dabei, dass die Signaleinheit 4 die elektrischen Signale auf eine Anforderung hin erzeugt. Somit hat jedes der an die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d angelegten elektrischen Signale jeweils einen vorgegebenen zeitlichen Verlauf. Bei der Ansteuerung/Auswertung des elektroakustischen Wandlers 2 wird eine Klimaabhängigkeit der elektrischen Signale berücksichtigt.

In dieser ersten Ausführungsform haben die dem ersten Schwingungsmodus zugehörigen elektrischen Signale eine erste Frequenz f1 und die dem zweiten Schwingungsmodus zugehörigen elektrischen Signale eine zweite Frequenz f2. Dies führt dazu, dass der elektroakustische Wandler 2 in dem ersten Schwingungsmodus mit einer ersten Frequenz f1 schwingt und in dem zweiten Schwingungsmodus in einer zweiten Frequenz f2 schwingt. Sowohl die erste Frequenz f1 als auch die zweite Frequenz f2 liegen in einem hochfrequenten Bereich, sodass der elektroakustische Wandler 2 zu einer Schwingung angeregt wird, die zu einem akustischen Signal im Ultraschallbereich führt.

Die dem ersten Schwingungsmodus zugehörigen elektrischen Signale weisen eine konstante Frequenz auf. Somit weist auch das von der elektroakustischen Wandler 2 erzeugte akustische Signal eine konstante Frequenz auf. Somit sind die an den ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d angelegten elektrischen Signale derart gewählt, dass das akustische Signal mit konstanter Frequenz in einem vorgegebenen Frequenzbereich liegt.

Bei einem Empfangen akustischer Signale wir an jeder der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d jeweils ein elektrisches Signal abgegriffen und aus dem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf der abgegriffenen elektrischen Signale ein Schwingen des elektroakustischen Wandlers ermittelt. Wird der elektroakustische Wandler 2 durch ein ankommendes akustisches Signal zu einer Schwingung angeregt, so wird diese durch den elektroakustischen Wandler 2 in elektrische Signale umgesetzt. Diese werden durch die ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d abgegriffen, wobei dann jeder der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d ein elektrisches Signal anliegt, das sich in seinem zeitlichen Verlauf von dem an den anderen ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d anliegenden elektrischen Signale unterscheidet. Von jeder der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d wird somit jeweils ein elektrisches Signal an die Signaleinheit 4 übertragen. Die Vorrichtung 1 ist in dieser ersten Ausführungsform darauf ausgelegt, ein bestimmtes akustisches Signal zu empfangen. Daher wird jedes der elektrischen Signale, welches von den ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d an die Signaleinheit 4 übertragen wird, durch einen Matched-Filter gefiltert.

Die Vorrichtung 1 weist somit für jede der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d einen zugehörigen Matched-Filter auf. Die Matched-Filter sind derart gestaltet, dass diese lediglich solche Anteile der elektrischen Signale durchlassen, die sich durch das bestimmte akustische Signal ergeben. Somit wird beim Empfangen akustischer Signale jedes der an den ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d abgegriffenen elektrischen Signale auf einen vorgegebenen zeitlichen Verlauf hin gefiltert.

Handelt es sich bei dem elektroaksutischen Wandler 2, wie in dieser ersten Ausführungsform, um einen Biegewandler in Form einer runden Scheibe und sind die elektrischen Signale aus einem engeren Frequenzbereich, so kann die Zahl der notwendigen ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d erheblich gegenüber anderen Ausführungsformen reduziert werden. Beim Senden und/oder Empfangen eines akustischen Signals sind die Zeitverläufe der Spannungen der elektrischen Signale von einigen der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d untereinander nahe null und bei anderen Signalformen, wie zum Beispiel einer anderen Frequenz, variieren sie mit der Zeit, insbesondere gegeneinander phasenversetzt. Die genauen Zusammenhänge der Kontaktspannung kann man wahlweise experimentell und/oder mittels Simulation ermitteln.

In einer optionalen Ausführungsform umfasst die Signaleinheit 4 eine Verzögerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Phase eines eingehenden elektrischen Signals zu verändern und das eingehende elektrische Signal an eine der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d anzulegen und das in seiner Phase veränderte eingehende elektrische Signal an eine andere der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d anzulegen. So wird zum Beispiel das erste elektrische Signal, welches bei einem Aussenden des akustischen Signals an den kreisscheibenförmigen Kontakt 3a angelegt wird, als ein eingehendes elektrisches Signal an die Verzögerungseinheit angelegt. Durch passive Bauelemente in der Verzögerungseinheit, insbesondere durch einen Kondensator, wird eine Phase des eingehenden elektrischen Signals, also des ersten elektrischen Signals, verschoben. Durch einen Widerstand der Verzögerungseinheit wird eine Amplitude des eingehenden elektrischen Signals verändert. Das in seiner Amplitude und seiner Phase veränderte erste elektrische Signal wird als das zweite elektrische Signal an die erste ringförmige Kontaktierung 3b angelegt.

Eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Aussenden und/oder Empfangen akustischer Signale ist in Figur 4 gezeigt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Jedoch weist der akustische Wandler 2 eine zweite Kontaktierung 9 auf. Die zweite Kontaktierung 9 ersetzt die erste ringförmige Kontaktierung 3b und ist mit dieser in Form und Lage auf dem elektroakustischen Wandler 2 identisch. Die zweite Kontaktierung 9 ist über eine elektrische Verbindung mit der dritten ringförmigen Kontaktierung 3d verbunden. Eine direkte Verbindung zwischen der zweiten Kontaktierung 9 und der Signaleinheit 4 entfällt.

Die zweite Kontaktierung 9 und die dritte ringförmige Kontaktierung 3b sind in dieser Ausführungsform derart auf dem elektroakustischen Wandler angeordnet, dass der Bereich, in dem die zweite Kontaktierung 9 angeordnet ist und der Bereich, in dem die dritte ringförmige Kontaktierung 3d angeordnet ist, für zumindest einen, insbesondere zwei, vorgegebene Schwingungsmodi ein identisches Schwingverhalten aufweisen. Der elektroakustische Wandler 2 weist somit zumindest eine zweite Kontaktierung 9 auf, die mit einer zugehörigen ersten Kontaktierung 3a, 3b, 3c, 3d elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei die zweite Kontaktierung 9 derart angeordnet ist, dass die zweite Kontaktierung 9 im Ansprechen auf ein vordefiniertes eintreffendes akustisches Signal hinsichtlich Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phase in identischer weise schwingt wie die zugehörige erste Kontaktierung 3a, 3b, 3c, 3d.

Die zweite Kontaktierung 9 und die dritte ringförmige Kontaktierung 3d werden somit über ein gemeinsames von der Signaleinheit 4 ausgegebenes elektrisches Signal angeregt, um einen der vorgegebene Schwingungsmodi zu erzeugen. Der elektroakustische Wandler besteht idealerweise aus einer großen Vielzahl von Kontaktierungen. Häufig kann man davon ausgehen, dass in Bereichen gleicher Auslenkung gleichartige Ladungsverschiebungen stattfinden und entsprechend gleichartige Spannungspotenziale bestehen. Erfindungsgemäß werden somit gleiche Potenziale in einem Kontakt zusammengefasst, um den Aufwand zu reduzieren.

Im Folgenden wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Aussenden und/oder Empfangen elektroakustischer Signale beschrieben. Dabei wird zunächst eine durchgängige Kontaktierungsschicht auf der ersten Seite 6 und auf der zweiten Seite 7 des elektroakustischen Wandlers 2 aufgebracht. Dann wird der elektroakustische Wandler 2 mit seiner zweiten Seite 7 auf einer Membran angeordnet und mit dieser verklebt. Die Bereiche der durchgängigen Kontaktierungsschicht auf der ersten Seite 6 des elektroakustischen Wandlers 2 wird in den Bereichen, in denen keine der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d liegen soll, entfernt. Um diese Bereiche zu entfernen, werden diese aus der durchgängigen Kontaktierungsschicht herausgeätzt, geschnitten oder gefräst.

Neben dem Vorteil, dass das Schwingungsverhalten für jede Signalform, insbesondere für einen Puls fester Frequenz, so eingestellt werden kann, dass das funktionale Ziel, wie zum Beispiel maximale Frequenz und/oder Phasenlage optimal erreicht werden kann, besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ansteuerung des elektroakustischen Wandlers 2 darin, dass der elektroakustische Wandler 2 für jede der ersten Kontaktierungen 3a, 3b, 3c, 3d getrennt eingestellt werden kann. So kann das Schwingungsverhalten des elektroakustischen Wandlers 2 detailliert in seinem Verlauf über den elektroakustischen Wandlers 2 eingestellt werden. Beispielsweise werden die Betriebsgrenzen eines heute üblichen elektroakustischen Wandlers, der nur zwei Kontakte besitzt, unter anderem durch den Teil des elektroakustischen Wandlers vorgegeben, der bei weiterer Zunahme als erstes zerstört werden kann. Typische Zerstörungseffekte sind beispielsweise Spannungsdurchschlag oder Veränderung der Kristallstruktur infolge Depolarisation. Können die Betriebswerte jeder Kontaktierung getrennt eingestellt werden, ist eine effizientere Nutzung möglich, die sich beispielsweise als höhe Ansteuerung bemerkbar machen kann. Dem Fachmann ist bekannt, dass auch alternative Ableitungen des erfindungsgemäßen Grundgedanken möglich sind, beispielsweise indem zumindest Teile der Signalverarbeitung mit abgetasteten zeit- und wertdiskreten Datensignalen durchgeführt wird.

Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 bis 4 verwiesen.