DE10145328A1

DE10145328A1 - Vibrationsboden

Info

Publication number: DE10145328A1
Application number: DE10145328A
Authority: DE
Inventors: Bernd Huebner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2002-05-16
Also published as: DE20016603U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsboden (1) zur Übertragung von akustischen Schalleffekten auf einen Zuhörer mit mindestens einer elektromechanischen Schwingeinheit (3), wobei die Schwingeinheit (3) aus einem passiven Teil (4) und einem schwingbar gelagerten aktiven Teil (5) besteht und an dem Vibrationsboden (1) befestigt ist, wobei der Vibrationsboden (1) eine Multiplex-Sperrholzplatte ist und ein Filter zur Begrenzung des Audiosignals (9) zur Ansteuerung der Schwingeinheit (3) auf eine Frequenzbandbreite im Bereich von etwa 35 bis 85 Hz vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsboden zur Übertragung von akustischen Schalleffekten auf einen Zuhörer mit mindestens einer elektromechanischen Schwingeinheit, wobei die Schwingeinheit aus einem passiven Teil und einem schwingbar gelagerten, aktiven Teil besteht und an dem Vibrationsboden befe stigt ist.

Derartige, elektromechanische Schwingeinheiten sind hinreichend bekannt und werden z. B. in Kraftfahrzeuge oder Wasserbetten eingebaut, um Schalleffekte als Vibration mechanisch auf einen Zuhörer zu übertragen. Der Zuhörer nimmt die Toninformation auf diese Weise nicht nur akustisch wahr, sondern kann diese auch fühlen. Dieser Effekt ist vor allem für die Filmvorführung oder für Musikdar bietungen interessant.

Bei der Integration einer elektromechanischen Schwingeinheit in einen Vibrati onsboden muss ein Klirren des Vibrationsbodens vermieden werden, so dass kei ne akustischen Fehlgeräusche durch den Vibrationsboden erzeugt werden. Zu dem tritt das Problem der Haltbarkeit des Vibrationsbodens auf, wenn dieser mit tiefen Frequenzen dauerhaft beaufschlagt und mechanisch beansprucht wird.

Aufgabe der Erfindung war es daher, einen verbesserten Vibrationsboden zur Übertragung von akustischen Schalleffekten auf einen Zuhörer zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Vibrationsboden mit den Merkmalen des Schutzan spruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Multiplex-Sperrholzplatte als Vibrationsbo den verwendet wird und ein Filter zur Begrenzung des Audiosignals zur Ansteue rung der Schwingeinheit auf eine Frequenzbandbreite im Bereich von etwa 35 bis 85 Hz vorgesehen ist.

Bei umfangreichen Versuchen mit Vibrationsböden hat sich herausgestellt, dass Mitteldichte-Faserplatten auf die Dauer durch die Beschallung bzw. Schwin gungsbeanspruchung weich werden. Bei der Verwendung von Holz-Spanplatten hat sich gezeigt, dass diese sich auf die Dauer auflösen und krümeln. Die MDF- und Spanplatten hängen dann durch und bieten nicht mehr die zur Belastung er forderliche Spannkraft.

Es hat sich überraschend gezeigt, dass Multiplex-Sperrholz für den Einsatz als Vibrationsboden hervorragend geeignet ist. Es ist relativ biegefähig und geeignet als Schwinger zu wirken. Auf der anderen Seite ist Multiplex-Sperrholz ausrei chend hart und dauerbelastbar, wenn es mit tiefen Schwingungen beaufschlagt wird.

Es wurde darüber hinaus erkannt, dass die Frequenzbandbreite des Signals zur Ansteuerung der Schwingeinheit in einem Bereich von etwa 35 bis 85 Hz be grenzt werden sollte. Bei der Auswahl dieses Bereiches hat sich gezeigt, dass Schwingungen oberhalb von 85 Hz zu einem Klirren des Vibrationsbodens und einer mechanischen Belastung führen, ohne dass sich der Frequenzbereich maß geblich auf den Zuhörer auswirkt. Gleiches gilt für den Frequenzbereich unterhalb von 35 Hz.

Vorzugsweise sind Dämpfungselemente vorgesehen, um den Vibrationsboden auf einen Fußboden aufzustellen oder den Vibrationsboden auf einem Fundament zu lagern. Durch die Lagerung des Vibrationsbodens auf einem Fundament kann die ser einen großflächigen Trittboden, z. B. eine Diskotheken-Tanzfläche, bilden.

Als Dämpfungselemente werden vorzugsweise aktive, elektromechanische Ge genschwinger zur Kompensation der auf den Fußboden oder das Fundament übertragenen Schwingungen verwendet. Es können aber auch Luftfederelemente in Verbindung mit hydraulischen Dämpfern oder Kautschukfüße als Dämpfungs elemente vorgesehen sein. Zur Bildung eines Reibungsdämpfers kann zwischen den Kautschukfüßen und dem Vibrationsboden eine Mitteldichte-Faserplatte (MDF) angeordnet sein. Es kann aber auch eine Lage aus Filz oder Gummi zwi schen den Kautschukfüßen und dem Vibrationsboden vorgesehen sein. Es ist weiterhin vorteilhaft, eine weitere Lage aus Polyurethan-Schaum (PU) vorzuse hen.

Zur Ansteuerung der Schwingeinheit ist ein Tiefpassfilter zur Bandbegrenzung eines Audiosignals auf eine Frequenzbandbreite im Bereich von 35 bis 85 Hz, eine nachfolgende Amplitudenbegrenzungsschaltung und ein Verstärker vorge sehen, wobei die Schwingeinheit an den Ausgang des Verstärkers geschaltet ist.

Vorzugsweise wird die Schwingeinheit mit einer Schutzdiodenschaltung an den Verstärker angekoppelt. Bei der Anschaltung der Schwingeinheit an den Verstär ker ist nämlich die extrem hohe Induktivität der Schwingeinheit problematisch, die oftmals zu einem Ausfall des Verstärkers führt. Die Schutzdiodenschaltung hat eine erste Schutzdiode, die in Durchlassrichtung zwischen Verstärkerausgang und positiver Verspannungsklemme geschaltet ist, eine zweite Schutzdiode, die in Sperrrichtung zwischen Verstärkerausgang und negativer Verstärkerspan nungsklemme geschaltet ist, und eine kapazitive Last zwischen Verstärkeraus gang und Masse.

Die kapazitive Last dient zur Anpassung der induktiven Schwingeinheit an die Impedanz des Verstärkers. Die Schutzdioden dienen zum Schutz des Verstärkers vor Überspannungen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Schwingeinheiten auf einer Längsachse hintereinander an dem Vibrationsboden angeordnet. Die Schwingeinheiten werden gegenphasig zueinander angesteuert. Auf diese Weise können Kippbewegungen durch den Vibrationsboden simuliert werden.

Besonders vorteilhaft ist auch, wenn jeweils eine Schwingeinheit im Bereich der Seitenkanten des Vibrationsbodens vorgesehen ist und die Schwingeinheiten wahlweise gegenphasig zueinander ansteuerbar sind.

Auf diese Weise können beliebige Kipp- oder Nickbewegungen um die Längs-, Quer- oder Diagonalachse erzeugt werden.

Die mindestens eine Schwingeinheit ist an der Unterseite oder Oberseite des Vi brationsbodens angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 Skizze eines Vibrationsbodens mit Blockschaltbild einer Ansteue rungsschaltung für die Schwingeinheit;

Fig. 2 Schaltbild einer Schutzdiodenschaltung für den Verstärker;

Fig. 3 Schaltbild für die Begrenzerschaltung.

Die Fig. 1 lässt einen Vibrationsboden 1 erkennen, der als tragbare Multiplex- Sperrholzplatte ausgeführt ist. Der Vibrationsboden 1 wird mit Dämpfungsele menten 2 auf dem Fußboden aufgestellt. Unterhalb oder oberhalb des Vibrati onsbodens 1 ist eine Schwingeinheit 3 angebracht, die im wesentlichen aus ei nem passiven Teil 4 und einem schwingbar gelagerten, aktiven Teil 5 besteht. Der aktive Teil 5 kann mit Hilfe einer Spule 6 in Pfeilrichtung senkrecht zum Vibrati onsboden 1 bewegt werden. Der passive Teil 4 bildet das Gehäuse der Schwin geinheit 3 und ist fest an dem Vibrationsboden 1 angeschraubt.

Die Dämpfungselemente 2 zum Aufstellen des Vibrationsbodens 1 bestehen im wesentlichen aus Kautschukfüßen 7, die mit einer Zwischenlage 8 aus einer Mit teldichten-Faserplatte (MDF) oder aus einer Lage aus Filz oder Gummi mit einer weiteren Lage aus Polyurethan-Schaum (PU) an den Vibrationsboden 1 ange schraubt sind.

Es hat sich gezeigt, dass durch die genannten Zwischenlagen 8 in Verbindung mit herkömmlichen Kautschukfüßen 7 eine optimale Reibungsdämpfung erzielt werden kann.

Die Ansteuerung der Spule 6 der Schwingeinheit 3 erfolgt durch ein Audiosignal 9, das tiefpassgefiltert wird 10. Das Audiosignal 9 wird hierbei auf eine Fre quenzbandbreite im Bereich von 35 bis 85 Hz begrenzt. Der Bandbereich sollte in Abhängigkeit von der Art des Audiosignals 9 (Popmusik, Klassik oder Filmverto nung) innerhalb der genannten Frequenzbandbreite ausgewählt werden.

Das tiefpassgefilterte Signal V_T wird anschließend mit einer Delimiterschaltung 11 amplitudenbegrenzt. An den Ausgang der Deli miterschaltung 11 ist der Leistungsverstärker 12 geschaltet. Dieser Leistungs verstärker 12 ist notwendig, um die Spule 6 der Schwingeinheit 3 ansteuern zu können. Das Problem hierbei ist, dass die Schwingeinheit 3 eine relativ hohe In duktivität hat und nicht an den Ausgang von Leistungsverstärkern 12 angepasst ist. Dann können Strom- und Spannungsspitzen zu einer Zerstörung des Lei stungsverstärkers 12 führen. Die Anschaltung der Spule an den Leistungsver stärker 12 erfolgt daher über eine Schutzdiodenschaltung 13. Auf der anderen Seite wird durch die Delimiterschaltung 11 eine Übersteuerung des Leistungsver stärkers 12 verhindert.

Die Fig. 2 lässt ein beispielhaftes Schaltbild eines Verstärkers 12 mit der Schutzdiodenschaltung 13 erkennen, die an die Schwingeinheit 3 geschaltet ist. Das durch die Delimiterschaltung 11 amplitudenbegrenzte Signal wird über einen Kondensator C1 zur Offsetunterdrückung ausgekoppelt und in einen Operations verstärker OP1 geleitet. Der Operationsverstärker OP1 wird mit den Spannungen +Ub und -Ub in bekannter Weise betrieben. Der andere Eingang des Operati onsverstärkers OP1 ist über eine Serienschaltung aus Widerstand R1 und Kon densator C2 an Masse geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist über einen Widerstand R2 an den zweiten Eingang rückgekoppelt. Parallel zu diesem Widerstand R2 ist eine Serienschaltung aus Widerstand R3 und Konden sator C3 zur Bandbreitenanpassung des Operationsverstärker-Frequenzausgangs vorgesehen.

Die Schutzdiodenschaltung 13 besteht aus einer ersten Schutzdiode D1, die in Durchlassrichtung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OP1 und der positiven Spannungsversorgungsklemme +Ub geschaltet ist, und einer zwei ten Schutzdiode D2, die in Sperrrichtung zwischen dem Ausgang des Operati onsverstärkers OP1 und der negativen Spannungsklemme -Ub geschaltet ist. Zur Impedanzanpassung ist weiterhin eine Serienschaltung aus Widerstand R4 und Kondensator C4 an den Ausgang des Operationsverstärkers OP1 geschaltet. An diesen Ausgang ist weiterhin die Spule 6 der Schwingeinheit 3 geklemmt. Wenn die Spulenspannung die positive Verstärkerspannung +Ub um die Schleusen spannung überschreitet, leitet die erste Schutzdiode D1 und kann über die Span nungsversorgung +Ub abfließen.

Gleichermaßen leitet die zweite Schutzdiode D2, wenn die Spulenspannung die negative Verstärkerspannung -Ub um die Schleusenspannung unterschreitet.

Die Fig. 3 lässt die Delimiterschaltung 11 erkennen. Das tiefpassgefilterte Si gnal V_T wird mit einem Kondensator C5 ausgekoppelt. Der Signalpegel kann mit einem Potentiometer R5 eingestellt werden. Ferner ist ein Spannungsteiler R6, R7 zur Reduzierung des Signalpegels vorgesehen. Zur Amplitudenbegrenzung sind an den Spannungsteiler R6, R7 zwei Schutzdioden D3, D4 gegenläufig an Masse geklemmt. Ferner ist ein weiteres Potentiometer R8 an den Spannungs teiler R6, R7 geschaltet, um den Signalpegel für den nachfolgenden Verstärker OP2 einzustellen.

Es ist ferner ein Anzeigemodul 14 mit einer Leuchtdiode L vorgesehen, um eine Übersteuerung des Signals anzuzeigen. Der Nutzer kann dann mit dem ersten Potentiometer R5 den Signalpegel verringern.

Claims

1. Vibrationsboden (1) zur Übertragung von akustischen Schalleffekten auf einen Zuhörer mit mindestens einer elektromechanischen Schwingeinheit (3), wobei die Schwingeinheit (3) aus einem passiven Teil (4) und einem schwingbar gelagerten, aktiven Teil (5) besteht und an dem Vibrationsbo den (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsboden (1) eine Multiplex-Sperrholzplatte ist und ein Filter zur Begrenzung des Au diosignals (9) zur Ansteuerung der Schwingeinheit (3) auf eine Frequenz bandbreite im Bereich von etwa 35 bis 85 Hz vorgesehen ist.

2. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Dämpfungs elemente (2) zur Lagerung des Vibrationsbodens (1) auf einem Fußboden oder einem Fundament.

3. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (2) aktive, elektromechanische Gegenschwinger zur Kompensation der auf den Fußboden oder das Fundament übertragenen Schwingungen sind.

4. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (2) Kautschukfüße (7) sind.

5. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen den Kautschukfüßen (7) und dem Vibrationsboden eine Mitteldichte- Faserplatte (MDF) vorgesehen ist.

6. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen den Kautschukfüßen (7) und dem Vibrationsboden (1) eine Lage aus Filz oder Gummi vorgesehen ist.

7. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen den Kautschukfüßen (7) und dem Vibrationsboden (1) eine weitere Lage aus Polyurethan-Schaum (PU) vorgesehen ist.

8. Vibrationsboden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch einen Tiefpassfilter (10) zur Bandbegrenzung eines Audio signals (9) zur Ansteuerung der Schwingeinheit auf eine Frequenzbandbrei te im Bereich von 35 bis 85 Hz, einer nachfolgenden Amplitudenbegren zungsschaltung (11) und einem nachfolgenden Verstärker (12), wobei die Schwingeinheit (3) an den Ausgang des Verstärkers (12) geschaltet ist.

9. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Schutz diodenschaltung (13) zur Ankopplung der Schwingeinheit (3) an den Ver stärker (12) mit einer ersten Schutzdiode (D1), die in Durchlassrichtung zwischen Verstärkerausgang und positiver Verstärkerspannungsklemme (+Ub) geschaltet ist, mit einer zweiten Schutzdiode (D2), die in Sperrrich tung zwischen Verstärkerausgang und negativer Verstärkerspannungs klemme (-Ub) geschaltet ist und mit einer kapazitiven Last (R4, C4) zwi schen Verstärkerausgang und Masse.

10. Vibrationsboden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schwingeinheiten (3) auf einer Längsachse hin tereinander an dem Vibrationsboden (1) angeordnet und gegenphasig zu einander angesteuert werden.

11. Vibrationsboden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Schwingeinheit (3) im Bereich der Sei tenkanten des Vibrationsbodens (1) vorgesehen ist und die Schwingeinhei ten (3) wahlweise gegenphasig zueinander ansteuerbar sind.

12. Vibrationsboden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die mindestens eine Schwingeinheit (3) an der Un terseite des Vibrationsbodens (1) angeordnet ist.

13. Vibrationsboden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schwingeinheit (3) an der Ober seite des Vibrationsbodens (1) angeordnet ist.