DE20016603U1

DE20016603U1 - Vibrationsboden

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Publication number: DE20016603U1
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Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: DE10145328A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsboden zur Übertragung von akustischen Schalleffekten auf einen Zuhörer mit mindestens ei-5 ner elektromechanischen Schwingeinheit, wobei die Schwingeinheit aus einem passiven Teil und einem schwingbar gelagerten aktiven Teil besteht und an dem Vibrationsboden befestigt ist.

Derartige elektromechanische Schwingeinheiten sind hinreichend 10 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 15 für Musikdarbietungen interessant.

Bei der Integration einer elektromechanischen Schwingeinheit in einen Vibrationsboden muss ein Klirren des Vibrationsbodens vermieden werden, so dass keine akustischen Fehlgeräusche durch den 20 Vibrationsboden erzeugt werden. Zudem tritt das Problem der Haltbarkeit des Vibrationsbodens auf, wenn dieser mit tiefen Frequenzen dauerhaft beaufschlagt und mechanisch beansprucht wird.

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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 Schutzanspruchs 1 dadurch gelöst, dass eine Multiplex-Sperrholzplatte als Vibrationsboden verwendet wird und ein Filter zur Begrenzung des Audiosignals zur Ansteuerung der Schwingeinheit auf eine Frequenzbandbrexte 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. Schwingungsbeanspruchung 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 erforderliche 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 ausreichend 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 begrenzt 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 maßgeblich 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 Vibrations-

boden auf einem Fundament zu lagern. Durch die Lagerung des Vibrationsbodens auf einem Fundament kann dieser einen großflächigen Trittboden, z. B. eine Diskotheken-Tanzfläche bilden.

Als Dämpfungselemente werden vorzugsweise aktive elektromechanische Gegenschwinger 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 Dämpfungselemente 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 zwischen den Kautschukfüßen und dem Vibrationsboden vorgesehen sein. Es ist weiterhin vorteilhaft, eine weitere Lage aus Polyurethan-Schaum (PU) vorzusehen.

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 vorgesehen, 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 5 Schwingeinheit an den Verstärker 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 Verspannungsklenune geschaltet ist, eine zweite Schutzdiode, die in Sperrrichtung zwischen Verstärkerausgang und negativer Verstärkerspannungsklemme geschaltet ist, und eine kapazitive Last zwischen Verstärkerausgang 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 Vibrationsbodens angeordnet.

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

Figur 1 - Skizze eines Vibrationsbodens mit Blockschaltbild einer Ansteuerungsschaltung für die Schwingeinheit;

Figur 2 - Schaltbild einer Schutzdiodenschaltung für den Verstärker;

Figur 3 - Schaltbild für die Begrenzerschaltung.

Die Figur 1 lässt einen Vibrationsboden 1 erkennen, der als tragbare Multiplex-Sperrholzplatte ausgeführt ist. Der Vibrationsboden 1 wird mit Dämpfungselementen 2 auf dem Fußboden aufgestellt. Unterhalb oder oberhalb des Vibrationsbodens 1 ist eine Schwingeinheit 3 angebracht, die im wesentlichen aus einem 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 Vibrationsboden 1 bewegt werden. Der passive Teil 4 bildet das Gehäuse der Schwingeinheit 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 Mitteldichten-Faserplatte (MDF) oder aus einer Lage aus Filz oder Gummi mit einer weiteren Lage aus Polyurethan-Schaum (PU) an den Vibrationsboden 1 angeschraubt 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 10 wird. Das Audiosignal 9 wird hierbei auf eine Frequenzbandbreite im Bereich von 35 bis 85 Hz begrenzt. Der Bandbereich sollte in Abhängigkeit

von der Art des Audiosignals 9 (Popmusik, Klassik oder Filmvertonung) innerhalb der genannten Frequenzbandbreite ausgewählt werden.

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

Die Figur 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 Cl zur Offsetunterdrückung ausgekoppelt und in einen Operationsverstärker OPl geleitet. Der Operationsverstärker OPl wird mit den Spannungen + Ub und - Ub in bekannter Weise betrieben. Der andere Eingang des Operationsverstärkers OPl ist über eine Serienschaltung aus Widerstand Rl und Kondensator C2 an Masse geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPl ist über einen Widerstand R2 an den zweiten Eingang rückgekoppelt. Parallel zu diesem Widerstand R2 ist eine Serienschaltung aus Widerstand R3 und Kondensator C3 zur Bandbreitenanpassung des Operationsverstärker-Frequenzausgangs vorgesehen.

Die Schutzdiodenschaltung 13 besteht aus einer ersten Schutzdiode Dl, die in Durchlassrichtung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OPl und der positiven Spannungsversorgungsklemme + Ub geschaltet ist, und einer zweiten Schutzdiode

D2, die in Sperrrichtung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers OPl und der negativen Spannungsklemme - Ub geschaltet ist. Zur Impedanzanpassung ist weiterhin eine Serienschaltung aus Widerstand R4 und Kondensator C4 an den Ausgang des Operationsverstärkers OPl geschaltet. An diesen Ausgang ist weiterhin die Spule 6 der Schwingeinheit 3 geklemmt. Wenn die Spulenspannung die positive Verstärkerspannung + Ub um die Schleusenspannung überschreitet, leitet die erste Schutzdiode Dl und kann über die Spannungsversorgung + Ub abfließen. 10

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

Die Figur 3 lässt die Delimiterschaltung 11 erkennen. Das tiefpassgefilterte Signal 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 Spannungsteiler R6, R7 geschaltet, um den Signalpegel für den nachfolgenden Verstärker 0P2 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.

0 Jg/mr

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 Vibrationsboden (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass 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.

2. Vibrationsboden (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Dämpfungselemente (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 zwischen den Kautschukfüßen (7) und dem Vibrationsboden eine Mitteldichte-Faserplatte (MDF) vorgesehen ist.

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

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

8. Vibrationsboden (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Tiefpassfilter (10) zur Bandbegrenzung eines Audiosignals (9) zur Ansteuerung der Schwingeinheit auf eine Frequenzbandbreite im Bereich von 35 bis 85 Hz, einer nachfolgenden Amplitudenbegrenzungsschaltung (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 Schutzdiodenschaltung (13) zur Ankopplung der Schwingeinheit (3) an den Verstärker (12), mit einer ersten Schutzdiode (D1), die in Durchlassrichtung zwischen Verstärkerausgang und positiver Verstärkerspannungsklemme (+Ub) geschaltet ist, mit einer zweiten Schutzdiode (D2), die in Sperrrichtung zwischen Verstärkerausgang und negativer Verstärkerspannungsklemme (-Ub) geschaltet ist und mit einer kapazitiven Last (R₄, C₄) zwischen Verstärkerausgang und Masse.

10. Vibrationsboden (1) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schwingeinheiten (3) auf einer Längsachse hintereinander an dem Vibrationsboden (1) angeordnet und gegenphasig zueinander angesteuert werden.

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

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

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