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Akustik

Zu den akustischen Bauelementen gehören sowohl diejenigen, die Schallwellen erzeugen, als auch diejenigen, die Schallwellen empfangen können.

Akustische Signalgeber: Funktionsweise

Akustische Signalgeber dienen dazu, einen fĂŒr den Menschen hörbaren Ton oder Schall zu erzeugen. Dies geschieht dadurch, dass durch die Membran eines Signalgebers oder Lautsprechers in der Luft Schallwellen erzeugt werden. Die Schallwellen selbst sind Schwankungen des Luftdruckes. Die schnellen LuftdruckĂ€nderungen werden vom menschlichen Ohr als Ton oder GerĂ€usch wahrgenommen.

Schallwellen und Frequenzen

Es gibt lange Schallwellen mit einer geringen Frequenz, die man als tiefe Töne wahrnimmt und kurze Schallwellen mit einer höheren Frequenz als hohe Töne. Die Frequenz definiert dabei die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde.

Der hörbare Bereich des Menschen liegt bei tiefen Frequenzen bei 16-21Hz und bei hohen Frequenzen bei 16.000-20.000Hz.

Die Höhe der Schallwelle macht die LautstÀrke aus. Der empfindlichste oder sensibelste Bereich des menschlichen Ohres liegt zwischen 2.000-5.000Hz.

Daher sind die meisten akustischen Signalgeber fĂŒr diesen Frequenzbereich konstruiert.

Unsere Arten von akustischen Signalgebern

Magnetische oder elektrodynamische Signalgeber, hÀufig auch Transducer genannt.

Der Aufbau des magnetischen Signalgebers ist relativ einfach. Eine feste Spule befindet sich in einem Permanentmagneten. Durch einen in der Mitte fixierten Eisenkern wird das Magnetfeld gebĂŒndelt. DarĂŒber befindet sich eine frei bewegliche Membran. Wird nun eine Wechselspannung angelegt, verĂ€ndert sich das Magnetfeld entsprechend. Die Membran wird dabei auf und ab bewegt, was letztendlich den Ton erzeugt. AbhĂ€ngig von der Wechselfrequenz Ă€ndert sich die Tonfrequenz. Jeder Signalgeber hat eine Resonanzfrequenz (siehe Herstellerangaben), bei der der Signalgeber den höchsten Schallpegel erzeugt; auch SPL( Sound pressure level) abgekĂŒrzt. Wird der Signalgeber mit einer asymmetrischen Rechteckspannung angesteuert, ist auf die richtige Polung zu achten.

Elektrodynamische Signalgeber mit Schwingkreis

Es gibt auch elektrodynamische Signalgeber mit verbauter Elektronik, hier Schwingkreis genannt. In diesem Zusammenhang fÀllt hÀufig die Bezeichnung Buzzer. Wird an dem Buzzer eine Gleichspannung angelegt, fÀngt die Membran an zu schwingen und erzeugt einen Ton. In diesem Fall ist der Schwingkreis schon auf die Resonanzfrequenz des Signalgebers abgestimmt. Auf die Spannungsangabe des Herstellers sowie auf die richtige Polung ist hierbei besonderes Augenmerk zu legen.

Piezosignalgeber und ihre Varianten

Das Prinzip des Piezosignalgebers beruht, einfach ausgedrĂŒckt, auf der gerichteten Verformung eines piezoelektrischen Materials. DafĂŒr wird meistens eine Messingscheibe mit einer vom Durchmesser kleineren Keramikscheibe auf einer Seite fest verklebt.

Beim Anlegen einer Wechselspannung verformt sich nun die Scheibe und wölbt sich in eine Richtung und wieder zurĂŒck. Dieser Wechsel folgt entsprechend der Frequenz der Wechselspannung und erzeugt somit einen Ton. Da der Frequenzbereich eher sehr eng gefasst ist, werden Piezosignalgeber vorzugsweise fĂŒr die Wiedergabe einer Frequenz mit hohem Schalldruck verwendet. FĂŒr eine Verwendung als Sprach- oder Musikwiedergabe ist die Piezoscheibe daher weniger geeignet. Ist die Piezoscheibe in einem GehĂ€use verbaut, wird dieses System hĂ€ufig als Piezotransducer bezeichnet.

Es gibt auch Piezosignalgeber-Systeme, die eine Elektronik, hier Schwingkreis genannt, gleich mit eingebaut haben.

Dadurch reicht eine einfache Gleichspannungsquelle aus, um den Piezosignalgeber zum Schwingen zu bringen. HÀufig fÀllt in diesem Zusammenhang der Begriff Piezo-Buzzer.

Piezosignalgeber mit RĂŒckkopplungselektrode bieten den großen Vorteil, dass bei diesem Schwingkreis die Piezoscheibe mit ihrer Resonanzfrequenz betrieben und dabei die grĂ¶ĂŸtmögliche LautstĂ€rke erzeugt wird.
Beim Anlegen einer Gleichspannung verformt sich die Metallscheibe. Dabei wird zusĂ€tzlich eine Spannung in der RĂŒckkopplungselektrode erzeugt, die wiederum den Schwingkreis steuert und auf die Resonanzfrequenz einschwingt.

Mechanisch aufgebaute Summer und Hörkapseln

Wenn es darum geht, einen möglichst tiefen Ton im Bereich um 400Hz zu erzeugen, dann geht das am besten mit einem mechanisch aufgebauten Summer. Das Prinzip ist recht einfach. Durch die Spule L1 wird ein Magnetfeld erzeugt. Dadurch wird der sogenannte Hammer aus Eisen bewegt. In der Spule L2 wird die Bewegung erkannt und der Transistor schaltet. Der Schwingkreis synchronisiert sich und der Hammer schlĂ€gt gleichmĂ€ĂŸig gegen die Membran und erzeugt einen sehr markanten Schnarrton.

GrundsĂ€tzlich kann man eine Hörkapsel als modifizierten Lautsprecher bezeichnen. Eigens fĂŒr Telekomapplikationen entwickelt, um eine möglichst flache Frequenzkurve ohne Spitzen zu erreichen, wenn die Hörkapsel dicht am Ohr angehalten wird. Im Zusammenhang wird hĂ€ufig auch die Bezeichnung Receiver verwendet. Die Hörkapsel ist fĂŒr den Frequenzbereich zwischen 300-3400Hz optimiert. Heutzutage gibt es unterschiedliche Bauformen und GrĂ¶ĂŸen von 10mm bis 38mm im Durchmesser.

Mikrofone: Funktionsweise

Die fĂŒr die SprachĂŒbertragung wichtigen Mikrofone sind heute meistens Elektret- oder Kondensatormikrofone. Hier werden nun Schallwellen in elektrische Impulse umgewandelt.

Dicht vor einer Metallplatte ist eine elektrisch leitfĂ€hige Membran angebracht. Die Membran ist so montiert, dass sie elektrisch isoliert ist. Die Metallplatte ist elektrisch vorgeladen. Das sogenannte „Einfrieren“ der elektrischen Ladung, man spricht auch von elektrostatischer Polarisierung, ist erst mit einer Elektret- Folie möglich geworden. Diese ist auf der Metallplatte dauerhaft aufgebracht. Dadurch wird die Membran ausreichend vorgespannt, so dass nur noch eine geringe Spannung von etwa 1.5V nötig ist, um ein PotentialgefĂ€lle zu erzeugen und um den FET (Feldeffekttransistor) mit Spannung zu versorgen. Dieser FET verstĂ€rkt dann die Leistung. Trifft nun ein Schall auf die Membran, fĂŒhrt dies zu einer KapazitĂ€tsĂ€nderung zwischen der Membran und der Metallplatte. Diese KapazitĂ€tsschwankungen kann man dann am Ausgang als Spannungsschwankung messen.

Diese Spannungsschwankung kann dann ĂŒber eine Leitung ĂŒbertragen und mit einem VerstĂ€rker wieder ĂŒber einen Lautsprecher hörbar gemacht werden.

FĂŒr unterschiedliche Anwendungen wurden die Mikrofone optimiert.

Richtcharakteristik von Mikrofonen

Die Richtcharakteristik gibt die Empfindlichkeit eines Mikrofons in AbhĂ€ngigkeit vom Schalleinfallwinkel an. Bezug ist die 0-Achse als Hauptschallquelle. Die Richtcharakteristik wird durch Richtungsdiagramme veranschaulicht. Die Richtcharakteristik ist ĂŒber das gesamte Frequenzspektrum nicht gleich, sondern verĂ€ndert sich je nach Frequenz. Daher wird in den Richtungsdiagrammen die Charakteristik einheitlich bei 1kHz dargestellt. GrundsĂ€tzlich kann man sagen, dass bei tiefen Frequenzen die Richtungscharakteristik deutlich weniger ausgeprĂ€gt ist als bei hohen Frequenzen.

Unterschiede zwischen Kugel- und Nierencharakteristik

Es gibt zwei Hauptrichtungsdiagramme: die Kugelcharakteristik und die Nierencharakteristik.
Bei der Kugelcharakteristik wird der Schall aus jeder Richtung gleich empfangen, daher verwendet man hĂ€ufig auch die Bezeichnung omni directional. Hingegen wird bei der Nierencharakteristik nur der Schall von vorne umgewandelt. Auf der rĂŒckwĂ€rtigen Achse (180°) findet theoretisch eine fast 100% Auslöschung statt, abgesehen von Reflektionen. In der Praxis betrĂ€gt die DĂ€mpfung etwa 20-35dB. Die Nierencharakteristik eines Mikrofons wird hĂ€ufig auch als uni directional bezeichnet.

MEMS Mikrofone: Leistungsstarkes Mikrofon fĂŒr hohe Anforderungen

Ein besonders leistungsstarkes Mikrofon fĂŒr hohe Anforderungen und mit kleinen Abmessungen ist das MEMS Mikrofon. MEMS steht fĂŒr Microphone Electronics Mechanical System. Dabei wird, wie bei anderen Mikrofonen auch, Schalldruck in elektrische Signale umgewandelt.

Je nach Bauart wird das Schallsignal in eine entsprechende analoge Ausgangsspannung umgewandelt oder in ein digitales pulsdichtenmoduliertes (PDM) Ausgangssignal.

Die Umformung von Schall in elektrische Signale erfolgt mit Hilfe von Änderung der KoppelkapazitĂ€t zwischen einer feststehenden Grundplatte und einer beweglichen Platte (Membran).

Der Schall trifft auf die Membran und setzt diese in Bewegung. Dadurch Àndert sich der Luftspalt und somit die KapazitÀt zwischen der Grundplatte und der Membranplatte.

Die in der rĂŒckwĂ€rtigen Kammer komprimierte Luft kann durch die Druckausgleichsöffnung entweichen, sodass sich die Membran bewegen kann. Die elektrischen Signale werden dann durch einen ASIC Chip verstĂ€rkt.

Eine Richtcharakteristik als omni oder uni direktionales Mikrofon wird durch entsprechende RF noise cancelling Filter erreicht.

Es gibt Mikrofone, deren Bauarten die Schallöffnung oben am GehÀuse oder in der Bodenplatte haben.

Die Vorteile eine MEMS Mikrofons

  • Hohe Empfindlichkeit von bis zu -26dB
  • Signal- Rauschabstand > 60dB
  • Kleine Bauart von etwa 3x4mm und 1mm Höhe
  • Reflow lötbar
  • SMD bestĂŒckbar
  • Großer Temperaturbereich von -40°C bis +100°C

Über TPi-electronic components GmbH

Die Firma TPi-electronic components GmbH versteht sich als BrĂŒckenschlag zwischen den Fertigungslinien in Asien und der produzierenden Industrie hier vor Ort. Als freier Anbieter von elektronischen Bauteilen mit den Schwerpunkten Akustik, Leiterplatten, Akkus und Kabelkonfektionierung steht das Unternehmen fĂŒr Kompetenz und ZuverlĂ€ssigkeit.

Unsere Mission und Werte

Das Ziel ist es, elektronische Bauteile kostengĂŒnstig in Asien zu produzieren und nach den individuellen Erfordernissen der Kunden anzubieten. Um erfolgreich zu sein, ist nicht nur das Produkt von Entscheidung, sondern auch der Respekt und die Toleranz gegenĂŒber anderen Kulturen. Das "Wie" der Kommunikation untereinander und der persönliche Wille eines jeden einzelnen sind die Basis fĂŒr den wirtschaftlichen Erfolg.

Unsere GrĂŒndungsgeschichte und Partnerschaften

Das Unternehmen wurde Ende 2004 gegrĂŒndet. Die GeschĂ€ftsfĂŒhrung kann auf eine langjĂ€hrige Erfahrung zurĂŒckblicken. Das Ergebnis ist heute ein Netz von sorgfĂ€ltig aufgebauten Kooperationen mit asiatischen Partnern.

Durch kontinuierlichen Austausch auf Augenhöhe sowie regelmĂ€ĂŸige Besuche in den FertigungsstĂ€tten wurde eine vertrauensvolle und freundschaftliche Zusammenarbeit etabliert.

Projektablauf

Kontaktaufnahme

Sie/Neukunden nehmen Kontakt ĂŒber die Webseite oder per E-Mail auf und
beschreiben, was gewĂŒnscht wird.

Analyse

TPi nimmt telefonischen Kontakt zu Ihnen auf, um die Anforderungen und Spezifikationen genau zu analysieren.

LösungsvorschlÀge

Mit den gesammelten Informationen werden dem (Neu)Kunden LösungsvorschlÀge prÀsentiert.

Prototyp

Sobald ein Produkt fĂŒr das Projekt festgelegt wurde, wird ein Muster produziert, das der Kunde im Prototyp testen kann.

Rahmenbedingungen festlegen

Nach Freigabe des Musters werden die Rahmenbedingungen fĂŒr die weitere Zusammenarbeit besprochen, was letztendlich die Grundlage fĂŒr das finale Angebot ist.

Projekt abgeschlossen

Das Projekt ist dann erfolgreich umgesetzt und abgeschlossen.

E-Mail Anfrage

Benötigen Sie elektronische Bauteile fĂŒr Ihr Projekt? Dann fĂŒllen Sie bitte unser Kontaktformular aus und wir werden uns umgehend mit Ihnen in Verbindung setzen. Wenn möglich geben Sie direkt an, fĂŒr welche Bauteile Sie sich interessieren und die gewĂŒnschte StĂŒckzahl.

Ich interessiere mich fĂŒr folgende Produktkategorien:
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