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EINLEITUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wetter- und windbeständige Mikrofonanordnung zum Erfassen von akustischen Signalen.
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Mit Mikrofonen können verschiedene akustische Signale in einer externen Umgebung erfasst werden. Diese externen Mikrofone sind Wetter, Wind und anderen Verunreinigungen ausgesetzt. Um eine zuverlässige und genaue Erfassung akustischer Signale zu gewährleisten, sind externe Mikrofone optimal vor einer derartigen Belastung geschützt. Eine Anwendung für externe Mikrofone ist die Verwendung in einem autonomen Fahrzeug zum Erfassen von akustischen Signalen in der externen Umgebung. Die Verwendung von externen Mikrofonen an autonomen Fahrzeugen stellt zusätzliche Herausforderungen dar, da während der Fahrt Luft über und um das Mikrofon strömt. Es ist wünschenswert, dass diese externen Mikrofone an autonomen Fahrzeugen akustische Signale nicht nur bei Witterungseinflüssen, Wind und anderen Kontaminationen zuverlässig und genau erfassen müssen, sondern auch, wenn das externe Mikrofon Windstößen und Luftströmungen ausgesetzt ist, wenn das externe Mikrofon in Bewegung auf einem Fahrzeug ist.
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KURZDARSTELLUNG
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Erfindungsgemäß wird eine Mikrofonanordnung vorgestellt, die sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 auszeichnet.
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In einem Aspekt können die Basis und die Kappe eine runde Form aufweisen. Die zweite Oberfläche der Basis kann einen Außendurchmesser aufweisen, der kleiner ist als ein Außendurchmesser der Kappe.
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In einem Aspekt kann der Außendurchmesser der Kappe vom Außendurchmesser der Basis eingesetzt werden.
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In einem Aspekt kann das Mikrofon-Array ein zentrales Mikrofon und eine Vielzahl von umgebenden Mikrofonen beinhalten, die mit einem Mikrofonsubstrat verbunden sind. Das Mikrofonsubstrat kann eine runde Form aufweisen und innerhalb der Kappe befestigt sein. Das zentrale Mikrofon kann in der Mitte des Mikrofonsubstrats positioniert werden und die Vielzahl der umgebenden Mikrofone kann in einer Umfangsanordnung um das zentrale Mikrofon positioniert werden.
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In einem Aspekt kann das Mikrofon-Array ein mit der Kappe verbundenes Mikrofonsubstrat beinhalten und die Vielzahl der Mikrofone kann mindestens drei Mikrofone beinhalten. Die mindestens drei Mikrofone können an einer Seite des Mikrofonsubstrats angebracht werden, die einer Innenfläche des gewölbten Abschnitts der Kappe zugewandt ist, und das Mikrofonsubstrat kann mindestens eine Öffnung aufweisen, um zu ermöglichen, dass die akustischen Signale vom Spalt durch das Mikrofonsubstrat zu den mindestens drei Mikrofonen gelangen.
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In einem Aspekt kann die mindestens eine Öffnung mindestens eine Öffnung für jedes Mikrofon der mindestens drei Mikrofone beinhalten.
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In einem Aspekt kann die Mikrofonanordnung ferner mindestens eine Stützsäule beinhalten, welche die Kappe mit der Basis verbindet, wobei der Spalt zwischen der Kappe und der Basis eine konstante vertikale Höhe aufweist.
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In einem Aspekt kann eine Höhe des zwischen der Kappe und der Basis definierten Spalts in einem Bereich von mehr als oder gleich etwa 3,5 mm bis weniger als oder gleich etwa 10 mm liegen.
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In einem Aspekt kann die Mikrofonanordnung ferner eine Dichtung beinhalten, die zwischen dem Mikrofon-Array und der Kappe positioniert ist. Die Dichtung kann konfiguriert werden, um das Mikrofon-Array von den mit der Kappe verbundenen Vibrationen zu isolieren.
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In einem Aspekt kann die Mikrofonanordnung ferner mindestens eine Stützsäule beinhalten, welche die Kappe mit der Basis verbindet. Die Stützsäule kann einen Hohlkanal aufweisen, der konfiguriert ist, um einen oder mehrere Drähte aufzunehmen, die sich vom Mikrofon-Array bis zur Basis erstrecken.
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In einem Aspekt kann die Mikrofonanordnung ferner einen akustischen Koppler mit einem Stellglied beinhalten. Der akustische Koppler kann so konfiguriert werden, dass er abnehmbar zwischen der Kappe und der Basis positioniert werden kann, um vorbestimmte Schalldrücke auf jedes Mikrofon der Vielzahl von Mikrofonen des Mikrofon-Arrays zum Kalibrieren, Validieren oder Diagnostizieren des Mikrofon-Arrays zu leiten.
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In einem Aspekt kann der akustische Koppler einen Teiler mit einem Ringabschnitt und einer Vielzahl von Rippen beinhalten. Der Ringabschnitt kann an einem Umfang des akustischen Kopplers positioniert sein und die Vielzahl von Rippen kann sich vom Ringabschnitt radial nach innen erstrecken.
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In einem Aspekt kann der akustische Koppler ein Vorspannelement beinhalten, das auf einer Seite des akustischen Kopplers gegenüber dem Teiler positioniert ist. Das Vorspannelement spannt den Teiler gegen die Kappe vor.
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In einem Aspekt kann das Stellglied ein piezoelektrischer Kristall sein, der in oder nahe der Mitte des akustischen Kopplers positioniert ist.
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In einem weiteren Beispiel sieht die vorliegende Erfindung eine weitere Mikrofonanordnung zur Verbindung mit einer Außenplatte eines autonomen Fahrzeugs vor. Die Mikrofonanordnung beinhaltet eine runde Basis, die eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche und eine dritte Oberfläche beinhaltet. Die erste Fläche ist konfiguriert, um die Basis mit der Außenplatte des autonomen Fahrzeugs zu verbinden. Die zweite Oberfläche ist parallel zur ersten Oberfläche positioniert, wobei die dritte Oberfläche dazwischen positioniert ist. Die dritte Oberfläche definiert eine abgewinkelte oder gekrümmte Form, um den Luftstrom so zu lenken, dass er die dritte Oberfläche in einer Richtung weg von der ersten Oberfläche kontaktiert. Die Mikrofonanordnung beinhaltet auch eine runde Kappe, die durch mindestens ein Stützelement mit der Basis verbunden ist. Die Kappe beinhaltet eine Basisfläche und einen gewölbten Abschnitt. Die Basisfläche der Kappe ist vertikal beabstandet von der zweiten Oberfläche der Basis, um einen Zwischenraum dazwischen zu definieren. Die Mikrofonanordnung beinhaltet auch ein Mikrofon-Array, das in einem Hohlraum in der Kappe positioniert ist. Das Mikrofon-Array beinhaltet ein Mikrofonsubstrat und mindestens drei Mikrofone. Die mindestens drei Mikrofone sind mit dem Mikrofonsubstrat auf einer Seite des Mikrofonsubstrats gegenüber dem Spalt verbunden. Das Mikrofonsubstrat definiert mindestens eine Öffnung. Die mindestens drei Mikrofone sind konfiguriert, um akustische Signale vom Spalt durch die mindestens eine Öffnung zu empfangen. Die Mikrofonanordnung beinhaltet auch eine Membran, die ein poröses oder halbporöses Material beinhaltet, das über der mindestens einen Öffnung einer dem Spalt zugewandten Oberfläche des Mikrofonsubstrats angeordnet ist. Die Membran ist so konfiguriert, dass sie den Kontakt von Wasser oder anderen Verunreinigungen mit den mindestens drei Mikrofonen minimiert oder verhindert. Die Mikrofonanordnung beinhaltet auch eine Schaumschicht, die angrenzend an die dem Spalt zugewandte Oberfläche des Mikrofonsubstrats angeordnet ist. Die Schaumschicht ist konfiguriert, um Windböen und Geräusche zu reduzieren, die auf die mindestens drei Mikrofone gerichtet sind. Die Mikrofonanordnung beinhaltet auch eine Gitterschicht, die angrenzend an die Schaumschicht auf der der Basis zugewandten Oberfläche der Kappe angeordnet ist, um den Hohlraum abzudecken. Die Gitterschicht ist so konfiguriert, dass sie den Kontakt von Wasser oder anderen Verunreinigungen mit dem Mikrofon-Array minimiert oder verhindert. Die Mikrofonanordnung beinhaltet auch ein Gitter, das mit der der Basis zugewandten Oberfläche der Kappe angrenzend an die Gitterschicht verbunden ist. Das Gitter beinhaltet einen Rand, der angrenzend an die Umfangskante der Kappe positioniert ist, und eine Vielzahl von Stützstäben, die sich vom Rand nach innen erstrecken. Das Gitter trag die Gitterschicht.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Mikrofonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Draufsicht auf die Mikrofonanordnung von 1;
- 3 ist eine Seitenansicht der Mikrofonanordnung von 1, die einen Luftstrom über die Mikrofonanordnung veranschaulicht;
- 4 ist eine weitere Seitenansicht der Mikrofonanordnung von 1, die einen Luftstrom über die Mikrofonanordnung veranschaulicht, wobei die vertikale Höhe des Spalts größer ist als in 3;
- 5 ist eine Querschnittsansicht der Mikrofonanordnung von 1;
- 6 ist eine Unteransicht einer Kappe der Mikrofonanordnung von 1, die ein Gitter darstellt, das über einem Mikrofon-Array positioniert ist;
- 7 ist eine Draufsicht eines exemplarischen Mikrofon-Arrays, das in der Mikrofonanordnung von 1 verwendet wird;
- 8 ist eine Seitenansicht der Mikrofonanordnung von 1, die einen im Spalt eingesetzten akustischen Koppler darstellt;
- 9 ist eine Seitenansicht eines exemplarischen akustischen Kopplers der vorliegenden Erfindung;
- 10 ist eine Draufsicht auf den akustischen Koppler von 9;
- 11 ist eine Seitenansicht einer weiteren exemplarischen Mikrofonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 12 ist eine Seitenansicht einer weiteren exemplarischen Mikrofonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 13 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren exemplarischen Mikrofonanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
- 14 ist eine Hinteransicht der Mikrofonanordnung von 13. Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen ähnliche Teile.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie in 1 dargestellt, beinhaltet eine exemplarische Mikrofonanordnung 20 eine Basis 22 und eine Kappe 24. Die Mikrofonanordnung 20 ist in diesem Beispiel an einer Außenplatte 26 eines autonomen Fahrzeugs angebracht. Die Außenplatte 26 kann eine beliebige Außenplatte 26 des Fahrzeugs sein, wie beispielsweise eine Dachplatte, eine Haube, ein Kofferraumdeckel, ein autonomes Fahrzeugdachmodul oder dergleichen. Somit ist die Mikrofonanordnung 20 einer äußeren Umgebung ausgesetzt und somit möglicherweise verschiedenen Kontaminationen durch Wetter, Wind oder Luft ausgesetzt, die bei stehendem oder bewegtem Fahrzeug über die Mikrofonanordnung 20 strömen und/oder diese kontaktieren können. Die Mikrofonanordnung 20, die gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung vorbereitet wurde, minimiert oder verhindert das Eindringen von Wasser oder anderen Verunreinigungen in die Mikrofonanordnung 20. Die Mikrofonanordnung 20 minimiert oder verhindert ferner, dass Wind und andere Geräuschquellen von der Mikrofonanordnung 20 empfangen werden, was ansonsten möglicherweise dazu führen könnte, dass die Mikrofonanordnung 20 Frequenz-, Phasen- und Signal-Rausch-Verhältnis-Informationen von externen akustischen Signalen genau und zuverlässig erfasst.
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Die Mikrofonanordnungen der vorliegenden Erfindung können an Außenplatten von Fahrzeugen montiert werden, um akustische Signale in einer externen Umgebung zu empfangen und zu erfassen. Eine exemplarische Anwendung der Mikrofonanordnungen der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung an autonomen Fahrzeugen vorgesehen. In bestimmten Aspekten ist es wünschenswert, dass autonome Fahrzeuge während des Betriebs verschiedene akustische Signale erfassen, um geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Ein exemplarisches akustisches Signal ist eine Sirene eines Einsatzfahrzeugs. Die Erkennung einer derartigen Sirene, die von einem Einsatzfahrzeug erzeugt wird, kann es dem autonomen Fahrzeug erleichtern, als Reaktion darauf geeignete Maßnahmen zu ergreifen.
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In bestimmten Aspekten können die Mikrofonanordnungen der vorliegenden Erfindung an den Außenplatten von autonomen Fahrzeugen angebracht werden, um akustische Signale in der Außenumgebung zuverlässig und genau zu erfassen. Die Mikrofonanordnungen sind robust, langlebig und in der Lage, der Witterung oder anderen Kontaminationen standzuhalten, während sie gleichzeitig Luft- und/oder Windböen widerstehen, um gewünschte akustische Signale zuverlässig und genau zu erfassen und zu empfangen. In den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Beispielen wird ist das Mikrofon-Array der Mikrofonanordnung invertiert. In derartigen umgekehrten Konfigurationen ist das Mikrofon-Array unter einer Kappe der Mikrofonanordnung positioniert, um das Mikrofon-Array vor Witterungseinflüssen, Wasser und anderen Verunreinigungen zu schützen.
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Wie in den 1 und 2 weist die Basis 22 der Mikrofonanordnung 20, in diesem Beispiel, von oben gesehen ein rundes Außenprofil auf (siehe 2). In anderen Beispielen kann die Mikrofonanordnung 20 andere runde Profile aufweisen, einschließlich einer ovalen Form, einer elliptischen Form, einer Scheibenform oder dergleichen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann der Begriff rund Formen beinhalten wie beispielsweise oval, elliptisch, sphärisch, hemisphärisch, kugelförmig, ringförmig, toroidal, scheibenförmig, kreisförmig, halbkreisförmig und dergleichen. In noch anderen Beispielen kann die Mikrofonanordnung 20 eine Keilform, eine Kugelform oder eine andere geeignete Form aufweisen.
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Die Basis 22 kann eine erste Oberfläche 30, eine zweite Oberfläche 32, eine dritte Oberfläche 34 beinhalten. Die erste Oberfläche 30 ist eine planare Stützfläche der Basis 22, die angrenzend an die Außenplatte 26 positioniert ist, wenn die Mikrofonanordnung 20 an einer Einbaustelle befestigt ist. Die zweite Oberfläche 32 ist eine Oberseite der Basis 22. Die zweite Oberfläche 32 kann eine ebene Oberfläche sein und kann parallel zur ersten Oberfläche 30 ausgerichtet sein. Die zweite Oberfläche 32 kann in anderen Beispielen in Bezug auf die erste Oberfläche 30 in einer konvexen Form nach oben gekrümmt sein. Eine derartige alternative konvexe Form kann es ermöglichen, dass Wasser oder andere Verunreinigungen von der zweiten Oberfläche 30 abfließen.
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Die dritte Oberfläche 34 ist eine Außenfläche der Basis 22. Die dritte Oberfläche 34 befindet sich zwischen der zweiten Oberfläche 32 und der ersten Oberfläche 30. Die dritte Oberfläche 34 kann in Bezug auf eine Mittelachse 56 der Mikrofonanordnung 20 eine konkave Form definieren. Wie dargestellt, kann sich die dritte Oberfläche 34 nach innen zur Mittelachse 56 hin biegen. Wie im Folgenden näher beschrieben, leitet die dritte Oberfläche 34 Luft, Wasser oder andere Verunreinigungen, welche die Basis 22 in einer Aufwärtsrichtung oder in einer Richtung weg von der Basis 22 oder weg von der ersten Oberfläche 30 kontaktieren können, wenn die Mikrofonanordnung 20 durch die Luft angetrieben wird (d. h. wenn die Mikrofonanordnung 20 sich auf einem fahrenden Fahrzeug oder auf einer anderen sich bewegenden Oberfläche befindet, an der die Mikrofonanordnung 20 befestigt sein kann). In anderen Beispielen kann die dritte Oberfläche 34 eine abgewinkelte Oberfläche oder eine gekrümmte Oberfläche definieren, um einen Luftstrom zu leiten und zu lenken, der die dritte Oberfläche 34 in einer Richtung weg von der ersten Oberfläche 30 kontaktiert.
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Wie weiterhin dargestellt, kann die Kappe 24 auch rund sein. Die Kappe 24 beinhaltet eine nach unten gerichtete (oder zur Basis gerichtete) Oberfläche 36 und einen gewölbten Abschnitt 28. Die nach unten gerichtete Oberfläche 36 ist ein Abschnitt der Kappe 24, der parallel zur zweiten Oberfläche 32 ausgerichtet sein kann und daher nach unten zur Außenplatte 26 zeigt, an der die Mikrofonanordnung 20 befestigt ist. In dem dargestellten Beispiel ist die nach unten gerichtete Oberfläche 36 der Kappe 24 vertikal über der zweiten Oberfläche 32 angeordnet, um einen Spalt 40 zu definieren. Der Spalt 40 kann eine konstante vertikale Höhe H aufweisen.
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Die Kappe 24 kann in Bezug auf die Basis 22 so bemessen sein, dass die Kappe von der Basis 22 eingesetzt wird. Wie in 2 dargestellt, weist die Kappe 24 an der nach unten gerichteten Oberfläche 36 einen Außendurchmesser von D1 auf. Die Basis 22 an der zweiten Oberfläche 32 weist einen Außendurchmesser von D2 auf. Der Außendurchmesser D1 der Kappe 24 ist kleiner als der Außendurchmesser D2 der Basis 22. Auf diese Weise wird die Kappe 24 von der Basis 22 eingesetzt (oder radial versetzt). In dieser Konfiguration und mit dem Spalt 40 minimiert oder verhindert die Mikrofonanordnung 20 das Einströmen von Luft (oder Wind) in den Spalt 40.
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Wie in den 3 und 4 dargestellt, die Form der Basis 22, die Form der Kappe 24 und die Höhe H des Spaltes 40 so bemessen sind, dass ein Luftstrom F, der über die Mikrofonanordnung 20 strömt, induziert wird, um in einer Rezirkulationszone Z an der Vorderseite 42 der Kappe 24 langsam und rückgeführt zu werden. Wie dargestellt, kann der Luftstrom F auch durch die Basis 22 nach oben geführt werden. Der Luftstrom F kann wieder am gewölbten Abschnitt 28 der Kappe 24 befestigt werden, wenn sich der Luftstrom F über die Mikrofonanordnung 20 bewegt. Die Höhe H des Zwischenraums kann dazu führen, dass der Luftstrom F entweder in der Rückführzone Z zurückgeführt wird und/oder über den Spalt 40 und über die Kappe 24 strömt. In beiden Strömungspfaden wird der Luftstrom F minimiert oder verhindert, dass er durch den Spalt 40 strömt. Auf diese Weise kann die Mikrofonanordnung 20 akustische Signale, die in der Umgebung um die Mikrofonanordnung 20 herum auftreten, zuverlässiger und genauer empfangen und erfassen.
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Der Luftstrom F kann durch Wind verursacht werden, der über die Mikrofonanordnung 20 strömt. Der Luftstrom F kann auch durch Luft verursacht werden, die über die Mikrofonanordnung 20 strömt, wenn die Mikrofonanordnung 20 an einem Fahrzeug befestigt ist und das Fahrzeug in Bewegung ist. Wie zu erkennen ist, werden auch Wasser oder andere Verunreinigungen, die im Luftstrom F enthalten sein können oder mit dem Luftstrom F bewegt werden, minimiert oder daran gehindert, in den Spalt 40 einzudringen und Störungen oder Beschädigungen an der Mikrofonanordnung 20 zu verursachen. Die Rückführzone Z minimiert oder verhindert, dass Wasser und andere Verunreinigungen in den Spalt 40 eindringen.
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Die Höhe H des Zwischenraums 40 kann jede geeignete Höhe sein, um den Luftstrom F entweder zum Rezirkulieren in der Rezirkulationszone Z oder zum Überströmen des Spalts 40 zu veranlassen, ohne dass eine signifikante Menge des Luftstroms F durch den Spalt 40 durchgelassen wird. Darüber hinaus reduziert die Höhe H des Spalts 40 auch den Einfall, den das akustische Signal zwischen der nach unten gerichteten Oberfläche 36 der Kappe 24 und der zweiten Oberfläche 32 der Basis 22 reflektiert. Diese Reduzierung der Reflexion ermöglicht es, dass akustische Wellen durch den Spalt 40 hindurchtreten, anstatt zwischen der zweiten Oberfläche 32 und der nach unten gerichteten Oberfläche 36 reflektiert zu werden, was die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Mikrofonanordnung 20 beim Erkennen und Erfassen einer Richtung des akustischen Signals, das in den Spalt 40 eintritt, erhöht. Akustisch kann eine bevorzugte Höhe H des Spalts 40 basierend auf der Schallgeschwindigkeit und der maximalen Frequenz, die das Mikrofon verwenden wird, gewählt werden. In einem Beispiel wird eine bevorzugte Höhe mit der Gleichung H ≤ c / (2f) berechnet, wobei c die Schallgeschwindigkeit und f die maximale Frequenz ist, die das Mikrofon verwenden wird.
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In einem Beispiel ist die Höhe H des Spalts 40 ein vertikaler Abstand im Bereich von mehr als oder gleich etwa 3,5 mm bis weniger als oder gleich etwa 10 mm. In einem anderen Beispiel ist der Spalt 40 ein vertikaler Abstand von weniger als oder gleich etwa 10 mm. In einem weiteren Beispiel ist der Spalt 40 ein vertikaler Abstand von weniger als einem Drittel einer Gesamthöhe TH (3 und 4) der Mikrofonanordnung 20. In noch weiteren Beispielen beträgt die Höhe H etwa 5 mm, etwa 6 mm, etwa 7 mm, etwa 8 mm, etwa 9 mm, oder optional etwa 10 mm.
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In dem dargestellten Beispiel weist der gewölbte Abschnitt 28 der Kappe 24 ein glattes, abgerundetes Profil auf, das in einer Richtung weg von der Basis 22 gekrümmt ist. Der gewölbte Abschnitt kann eine konvexe Form aufweisen, die sich von der zweiten Oberfläche 32 der Basis 22 wegbiegt. Die Kappe 24 wird in ihrer relativen Position zur Basis 22 durch mindestens eine Stützsäule getragen. In dem in 1 dargestellten Beispiel wird die Kappe 24 oberhalb der Basis 22 von einer hinteren Stützsäule 44, einer ersten vorderen Stützsäule 46 und einer zweiten vorderen Stützsäule 48 getragen. Die hintere Stützsäule 44 weist ein abgerundetes rippenförmiges Profil auf. Die hintere Stützsäule 44 ist an einer Rückseite der Mikrofonanordnung 20 positioniert. Die erste vordere Stützsäule 46 und die zweite vordere Stützsäule 48 sind zylindrische Stützelemente, die vor der hinteren Stützsäule 44 positioniert sind. Die hintere Stützsäule 44, die erste vordere Stützsäule 46 und die zweite vordere Stützsäule 48 sind in Richtung einer Außenkante der Kappe 24 positioniert, um das Mikrofon-Array, das sich innerhalb der Kappe 24 befindet, nicht zu stören. In anderen Beispielen der Mikrofonanordnung 20 kann die Kappe 24 durch mehr oder weniger als die drei in 1 dargestellten Stützsäulen 44, 46, 48 getragen werden. So kann beispielsweise die Kappe 24 nur durch die hintere Stützsäule 44 oder durch eine einzelne mittlere Stützsäule getragen werden (nicht dargestellt).
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Die hintere Stützsäule 44 beinhaltet in diesem Beispiel einen Hohlkanal. Der Hohlkanal verbindet die Kappe 24 mit der Basis 22. Der Hohlkanal ermöglicht das Verlegen von Drähten aus dem Mikrofon-Array 60 (weiter unten beschrieben) zu einer oder mehreren elektrischen Komponenten oder zu Steuermodulen, welche die von der Mikrofonanordnung 20 empfangenen und erfassten Signale verarbeiten können. In anderen Beispielen kann eine oder mehrere der anderen Stützsäulen einen Hohlkanal beinhalten, durch den Stromkabel, Kommunikationsleitungen oder andere Übertragungsleitungen geführt werden können. In noch weiteren Beispielen können drahtlose Kommunikations- und/oder Stromübertragungskomponenten verwendet werden.
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Wie in 5 dargestellt, kann die Kappe 24 einen Hohlraum 50 beinhalten, der durch eine Kappenwand 52 definiert ist. In dem dargestellten Beispiel ragt die Kappenwand 52 von der nach unten gerichteten Fläche 36 in die Kappe 24 hinein. Der durch die Kappenwand 52 definierte Hohlraum 50 kann so bemessen sein, dass er ein Mikrofon-Array 60 darin aufnimmt. Der Hohlraum 50 kann ein rundes Profil mit einem ersten Schulterabschnitt 54 aufweisen. Das Mikrofon-Array 60 kann auf dem ersten Schulterabschnitt 54 platziert werden, um das Mikrofon-Array 60 im Hohlraum 50 zu halten.
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Das Mikrofon-Array 60, wie in den 5 und 7 dargestellt, kann ein Mikrofonsubstrat 62 und eine Vielzahl von Mikrofonen beinhalten, wobei hier mindestens drei Mikrofone 64 dargestellt sind. Das Mikrofonsubstrat 62 kann jedes geeignete Material zum Tragen der Mikrofone 64 sein. In dem dargestellten Beispiel ist das Mikrofonsubstrat 62 eine Leiterplatte (PCB). Die Mikrofone 64 sind an einer Seite des Mikrofonsubstrats 62 angebracht, die einer Innenfläche des gewölbten Abschnitts 28 der Kappe 24 zugewandt ist. Die Mikrofone 64 können jedes geeignete Mikrofon sein, wie beispielsweise ein Mikrofon für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) oder ein Elektretmikrofon.
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Die Mikrofone 64 können in jedem geeigneten Muster mit akustischer Strahlformung auf dem Mikrofonsubstrat 62 angebracht werden. Um diese Funktionalität zu erreichen, beinhaltet das Mikrofon-Array 60 in bestimmten Variationen mindestens drei Mikrofone 64. Mit mindestens drei Mikrofonen 64 kann das Mikrofon-Array 60 eine Richtung eines akustischen Zielsignals identifizieren, das von dem Mikrofon-Array 60 empfangen wird. In dem in den 5 und 7 dargestellten Beispiel beinhaltet das Mikrofon-Array 60 neun Mikrofone 64. Das Mikrofon-Array 60 kann mit einem zentralen Mikrofon 66 angeordnet werden, das in oder nahe einer Mitte des Mikrofonsubstrats 62 positioniert ist. Die acht umgebenden Mikrofone 64 sind kreisförmig um das zentrale Mikrofon 66 angeordnet. Die umgebenden Mikrofone 64 können peripher (z. B. in Umfangsrichtung) gleichmäßig um das zentrale Mikrofon 66 beabstandet sein. In dem dargestellten Beispiel sind die umgebenden Mikrofone 64 in Umfangspositionen 45 Grad voneinander entfernt angeordnet. Die umgebenden Mikrofone 64 bilden eine kreisförmige Umfangsanordnung um das zentrale Mikrofon 66 mit einem Radius R1. Die umgebenden Mikrofone 64 können an jedem geeigneten Radius vom zentralen Mikrofon 66 aus positioniert werden. In einem Beispiel werden die umgebenden Mikrofone 64 in einem Radius von 20 mm vom mittleren Mikrofon 66 positioniert. In anderen Beispielen sind die umgebenden Mikrofone bei einem Radius R1 positioniert, der größer als die Hälfte eines Gesamtradius R2 des Mikrofonsubstrats 62 ist. In noch weiteren Beispielen können die umgebenden Mikrofone 64 auf dem Mikrofonsubstrat in anderen Abständen oder in anderen Mustern positioniert werden.
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Die Mikrofone 64 können an einer Reihe von Öffnungen 68 auf dem Mikrofonsubstrat 62 angebracht werden. In dem in 5 dargestellten Beispiel sind die Mikrofone 64 jeweils über eine Öffnung 68 am Mikrofonsubstrat 62 befestigt. Wie zu erkennen ist, sind die Öffnungen 68 im Mikrofonsubstrat 62 in einem Muster ähnlich dem zuvor beschriebenen runden Array-Muster angeordnet. Somit beinhaltet das Mikrofonsubstrat 62 mindestens eine Öffnung 68 für jedes der Mikrofone 64. Bei dieser Anordnung wandern die vom Mikrofon-Array 60 empfangenen akustischen Signale von der Außenumgebung in den Spalt 40 und durchlaufen die Öffnungen 68, bevor sie von den Mikrofonen 64 empfangen werden.
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Wie in 5 weiter dargestellt, kann das Mikrofon-Array 60 mit einer Dichtung 70 in den Hohlraum 50 der Kappe 24 eingesetzt werden. Die Dichtung 70 kann aus einem geeigneten elastomeren Material hergestellt werden, wie beispielsweise Natur- oder Synthesekautschuk oder anderen elastomeren Polymermaterialien. Die Dichtung 70 kann eine Innennut 72 beinhalten. Das Mikrofon-Array 60 kann innerhalb der Innennut 72 der Dichtung 70 positioniert werden, sodass sich ein Abschnitt der Dichtung 70 zwischen dem Mikrofon-Array 60 und dem ersten Schulterabschnitt 54 der Kappe 24 befindet. Auf diese Weise ist das Mikrofon-Array 60 nicht direkt mit der Kappe 24 verbunden und kann von Vibrationen isoliert werden, die ansonsten von der Kappe 24 auf das Mikrofon-Array 60 übertragen werden könnten. Die Dichtung 70 die Schwingungsdämpfung der Kappe 24 übernehmen. Eine derartige Isolierung des Mikrofon-Arrays 60 kann die Leistung des Mikrofon-Arrays 60 verbessern.
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Wie weiter in 5 dargestellt, kann das Mikrofon-Array 60 eine Membran 74 beinhalten, die über der Unterseite des Mikrofon-Arrays 60 positioniert ist. Die Membran 74 kann eine dünne Schicht aus einem porösen oder halbporösen Material sein, das in Bezug auf Wasser oder andere Umgebungsverschmutzungen halbdurchlässig oder hydrophob ist, sodass das Vorhandensein der Membran 74 den Kontakt von Wasser oder anderen Verunreinigungen mit dem Mikrofon-Array 60 minimiert oder verhindert. Die Membran 74 kann aus jedem geeigneten porösen, halbporösen oder hydrophoben Material hergestellt werden, das verhindert, dass Wasser oder andere Flüssigkeiten durch das Material gelangen, während akustische Signale aus der Umgebung durch die Membran zu den Mikrofonen 64 gelangen. So kann beispielsweise die Membran 74 aus einem porösen oder halbporösen hydrophoben Material, wie beispielsweise Silikonkautschuk, einem expandierten Polytetrafluorethylen (ePTFE) oder dergleichen, hergestellt werden.
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In anderen Beispielen der Mikrofonanordnung 20 kann sich die Membran 74 nicht über die Unterseite des Mikrofonsubstrats 62 erstrecken. Alternativ kann die Membran 74 lokal positioniert werden, um jede der Öffnungen 68 abzudecken. In derartigen Beispielen beinhaltet die Membran 74 ein oder mehrere Membranfelder des porösen oder halbporösen Materials, um das Eindringen von Wasser oder anderen Verunreinigungen zu verhindern.
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Die Mikrofonanordnung 20 kann weitere Elemente beinhalten, um das Mikrofon-Array 60 ferner vor Wasser oder anderen Verunreinigungen zu schützen. In dem in 5 dargestellten Beispiel sind weitere Schutzschichten innerhalb des Hohlraums 50 der Kappe 24 angeordnet. Wie dargestellt, kann das Mikrofon-Array 60 eine Schaumstoffschicht 78 beinhalten, die innerhalb des Hohlraums 50 zwischen dem Mikrofon-Array 60 und der nach unten gerichteten Oberfläche 36 der Kappe 24 positioniert ist. Die Schaumstoffschicht 78 ist im dargestellten Beispiel eine runde Scheibe aus Akustikschaum mit erwünschten schalldämmenden Eigenschaften. In einem Beispiel ist die Schaumstoffschicht 78 aus einem geeigneten offenzelligen Polyurethanschaum hergestellt. In anderen Beispielen können andere Arten von geeigneten Schaumstoffen verwendet werden. Die Schaumstoffschicht 78 kann in einer gewünschten vertikalen Position im Hohlraum 50 mit Klebstoff oder anderen Befestigungsmitteln befestigt werden.
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Die Mikrofonanordnung 20 beinhaltet in dem dargestellten Beispiel auch eine Gitterschicht 80. Die Gitterschicht 80 ist eine Schicht aus einem halbdurchlässigen Material, die sich über den Hohlraum 50 an der nach unten gerichteten Oberfläche 36 der Kappe 24 erstreckt. Die Gitterschicht 80 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, welches das Eindringen von Wasser in den Hohlraum 50 minimiert oder verhindert und es ermöglicht, dass akustische Signale durch das Material zum Mikrofon-Array 60 gelangen. Die Gitterschicht 80 kann aus ähnlichen Materialien wie die Membran 74 hergestellt werden. Die Gitterschicht 80 kann auch ein mehrschichtiges Material sein, um das Mikrofon-Array 60 zusätzlich zu schützen. So kann beispielsweise die Gitterschicht 80 eine erste Schicht aus einem Polymer, wie beispielsweise Nylon oder Polyester, und eine zweite Schicht aus einem bestimmten Polymer, wie beispielsweise ein hydrophobes Material, wie beispielsweise expandiertes Polytetrafluorethylen, beinhalten. Die erste Schicht kann eine zusätzliche Widerstandsfähigkeit gegen Schmutz, Partikel oder andere Materialien bieten, die mit der Gitterschicht 80 in Kontakt kommen können. In anderen Beispielen kann die Gitterschicht 80 mehr als zwei Materialschichten beinhalten, um zusätzliche Schutzschichten bereitzustellen.
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Die Gitterschicht 80 kann aus einem Gewebe oder Textilmaterial bestehen und kann dazu neigen, von der nach unten gerichteten Oberfläche 36 der Kappe 24 in den Spalt 40 zu fallen oder durchzubiegen. Um zu verhindern, dass die Gitterschicht 80 in den Spalt 40 durchhängt, kann die Mikrofonanordnung 20 auch ein Gitter 84 zum Abstützen der Gitterschicht 80 beinhalten. Wie in den 5 und 6 dargestellt, ist das Gitter 84 unterhalb der Gitterschicht 80 positioniert und kann mit der Kappe 24 verbunden werden, um das Gitter 84 in seiner Position unter dem Hohlraum 50 zu fixieren. Das Gitter 84 beinhaltet einen Außenring 86 und eine oder mehrere Stäbe 88. Der Außenring 86 ist ein ringförmiges Element, das einer äußeren Umfangskante der Kappe 24 folgt. Die Stäbe 88 sind mit dem Außenring verbunden und so positioniert, dass sie sich über den Hohlraum 50 erstrecken. Das Gitter 84 ist aus einem geeigneten starren Material hergestellt, sodass sich das Gitter 84 über den Hohlraum 50 erstreckt und die Gitterschicht 80 und/oder die anderen Schutzschichten der Mikrofonanordnung 20 gegen Durchhängen unter der Kappe 24 und in den Spalt 40 abstützen kann. In einem Beispiel ist das Gitter 84 aus einem geeigneten thermoplastischen Polymermaterial hergestellt.
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In dem in 6 dargestellten Beispiel erstrecken sich die Stäbe 88 radial nach innen vom Außenring 86 zu einem Innenring 90. Der Außenring 86, die Stäbe 88 und der Innenring 90 können eine oder mehrere Öffnungen definieren, durch welche die akustischen Signale vom Spalt 40 zum Mikrofon-Array 60 gelangen können. In der dargestellten Konfiguration definiert das Gitter 84 für jedes der Mikrofone 64 eine Öffnung 92. Der Innenring 90 definiert eine Öffnung 92 für das zentrale Mikrofon 66. Die Stäbe 88, der Außenring 86 und der Innenring 90 definieren acht zusätzliche kuchenförmige Öffnungen 92. In anderen Beispielen können die Stäbe 88 verschiedene Formen und Profile aufweisen, um Öffnungen anderer Größen zu definieren, wie beispielsweise eine Gitterform oder eine Sternform.
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In einer alternativen Anordnung kann das Gitter 84 auf der Gitterschicht 80 positioniert werden. In dieser Alternative wird die Gitterschicht 80 mit dem Gitter 84 mit Klebstoff oder einer anderen geeigneten Befestigung verbunden, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen, die im Spalt 40 positioniert ist. Durch eine derartige alternative Anordnung kann das Erzeugen von Verwirbelungen aus dem Luftstrom F minimiert oder verhindert werden.
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Wie vorstehend beschrieben, können die mehreren Schutzschichten der Mikrofonanordnung 20 (z. B. die Membran 74, die Schaumstoffschicht 78, die Gitterschicht 80 und/oder das Gitter 84) direkt nebeneinander angeordnet werden. In anderen Beispielen, wie in dem in 5 dargestellten Beispiel, kann die Mikrofonanordnung 20 eine oder mehrere offene Taschen zwischen einer oder mehreren der Schutzschichten beinhalten, die Luft enthalten können. So kann beispielsweise eine erste Lufttasche 94 zwischen einer Unterseite der Membran 74 und der Oberseite der Schaumstoffschicht 78 positioniert werden. Die erste Lufttasche 94 kann Wasser oder andere Verunreinigungen, die in den Hohlraum 50 eingedrungen sein könnten, minimieren oder verhindern, dass sie aus der Schaumstoffschicht 78 in das Mikrofon-Array 60 eindringen (oder sich anderweitig bewegen). Ebenso kann die Mikrofonanordnung 20 auch eine zweite Lufttasche 96 beinhalten, die zwischen der Unterseite der Schaumstoffschicht 78 und der Oberseite der Gitterschicht 80 angeordnet ist. Die zweite Lufttasche 96 kann das Eindringen von Wasser oder anderen Verunreinigungen aus der Gitterschicht 80 in die Schaumstoffschicht 78 minimieren oder verhindern.
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In anderen Beispielen können die verschiedenen Schutzschichten miteinander integriert oder als separate Elemente in die Kappe 24 eingebaut werden. So kann beispielsweise die Gitterschicht 80 integral mit der Schaumstoffschicht 78 ausgebildet sein. In einem derartigen Beispiel wird die Schaumstoffschicht 78 mit einer Hautschicht gebildet, die als die zuvor beschriebene Gitterschicht 80 wirkt. Die verschiedenen Schutzschichten können auch an anderen Positionen an oder in der Mikrofonanordnung 20 als in oder auf der Kappe 24 angeordnet werden. So können beispielsweise eine oder mehrere der verschiedenen Schutzschichten auf oder in der Basis 22 enthalten sein. In einem derartigen alternativen Beispiel sind die Schutzschichten ähnlich der Gitterschicht 80 und/oder der Schaumstoffschicht 78 an der zweiten Oberfläche 32 innerhalb des Spalts 40 angeordnet. Diese Schutzschichten auf der zweiten Oberfläche 32 der Basis 22 können akustische Reflexionen absorbieren und helfen, dass akustische Wellen den Spalt 40 passieren.
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Mit Rückbezug auf 5 kann die Basis 22 eine Montagehalterung 100 beinhalten, die mit der Basis 22 unter Verwendung eines geeigneten Befestigungsverfahrens wie Verbindungselemente, Klebstoff, Schweißnieten oder dergleichen verbunden wird. Die Montagehalterung 100 kann einen oder mehrere Widerhaken 102 beinhalten, die von der Basis 22 vorstehen. Die Widerhaken 102 können in eine Öffnung 104 in der Außenplatte 26 eingreifen, um die Basis 22 (und die Mikrofonanordnung 20) in der Montageposition zu halten. Die Mikrofonanordnung 20 kann auch eine oder mehrere Wassereintrittsdichtungen 106 beinhalten. Die Wassereintrittsdichtung 106 besteht optional aus einem geeigneten elastomeren Material und kann zwischen der Basis 22 (und/oder der Montagehalterung 100) und der Außenplatte 26 positioniert werden, um das Eindringen von Wasser durch die Öffnung 104 zu verhindern. In anderen Beispielen kann die Mikrofonanordnung 20 mit anderen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Befestigungselementen, Klebstoff, Schweißen, Nieten oder dergleichen, an der Außenplatte 26 befestigt werden.
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Unter Bezugnahme auf die 8-10 kann die Mikrofonanordnung 20 auch einen akustischen Koppler 110 beinhalten. Der akustische Koppler 110 kann in den Spalt 40 zwischen der Basis 22 und der Kappe 24 eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen in eine Sitzposition (wie in 8 dargestellt) kann der akustische Koppler 110 bewirken, dass jedem der Mikrofone 64 im Mikrofon-Array 60 ein identischer Schalldruck zugeführt wird. In diesem Fall können die von den Mikrofonen 64 gesammelten akustischen Informationen verwendet werden, um die Mikrofonanordnung 20 zu kalibrieren, den ordnungsgemäßen Betrieb der Mikrofonanordnung 20 zu überprüfen und/oder Fehler zu diagnostizieren, die während des Betriebs der Mikrofonanordnung 20 festgestellt werden. Um dieses Verfahren zu unterstützen, kann der akustische Koppler 110 über das Kabel 108 elektrisch mit einem Signalgenerator 120 oder einer anderen geeigneten Verarbeitungsvorrichtung gekoppelt werden. Der akustische Koppler 110 ist nicht auf die Ausbreitung akustischer Wellen während des Betriebs angewiesen. Ein Mikrofonsignal von jedem der Mikrofone 64 wird gemessen, nachdem der akustische Koppler 110 in die Mikrofonanordnung 20 eingesetzt wurde. Das/die Mikrofonsignal(e) werden gemessen, um den Frequenzgang jedes Mikrofons 64 und die Phase in Bezug auf ein Referenzsignal zu erhalten. Das Referenzsignal kann ein durch den Signalgenerator 120 erzeugtes Signal oder optional ein Signal von einem der Mikrofone 64 im Mikrofon-Array 60 sein.
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Der akustische Koppler 110 kann vorteilhaft eingesetzt und verwendet werden, um Probleme im Zusammenhang mit der Mikrofonanordnung 20 zu kalibrieren, zu validieren und/oder zu diagnostizieren, wenn sich die Mikrofonanordnung 20 in einer eingebauten Position auf der Außenplatte 26 befindet. Die Mikrofonanordnung 20 muss nicht aus der Einbaulage entfernt werden.
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Der akustische Koppler 110 ist proportional zu der Größe der Basis 22, der Größe der Kappe 24 und/oder der Größe des Spalts 40 bemessen. Der akustische Koppler 110 kann während des Gebrauchs in den Spalt 40 eingesetzt und nach Beendigung des Gebrauchs aus dem Spalt 40 entfernt werden. In dem in den 8-10 dargestellten Beispiel ist der akustische Koppler 110 so geformt, dass er der Form der nach unten gerichteten Oberfläche 36 der Kappe 24 entspricht. Der akustische Koppler beinhaltet einen Körperabschnitt 112, einen Teiler 114 und ein Vorspannelement 116. Der Körperabschnitt 112 beinhaltet die elektronischen Komponenten zum Erzeugen der Schalldrücke, die bei der Kalibrierung, Validierung und/oder Diagnose verwendet werden. Das Vorspannelement 116 ist auf einer Unterseite 118 des akustischen Kopplers 110 positioniert. Das Vorspannelement 116 spannt den Teiler 114 gegen die nach unten gerichtete Oberfläche 36 der Kappe 24 vor, wenn der akustische Koppler 110 in den Spalt 40 eingesetzt wird. Das Vorspannelement 116 kann jede geeignete Struktur sein, die bewirkt, dass der Körperabschnitt 112 und der Teiler 114 beim Einsetzen des akustischen Kopplers 110 in den Spalt 40 in Richtung Kappe 24 nach oben gedrückt werden. In dem dargestellten Beispiel ist das Vorspannelement 116 eine Schicht aus Elastomerschaum. In anderen Beispielen kann das Vorspannelement 116 eine Feder, ein Keil oder ein anderes geeignetes Merkmal sein.
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Wie in 10 dargestellt, beinhaltet der akustische Koppler 110 ein Stellglied 122. Der Teiler 114 ist über dem Stellglied 122 positioniert und teilt die Oberseite des akustischen Kopplers 110 in mehrere Betätigungskammern 124. In dem dargestellten Beispiel teilt der Teiler 114 die Oberseite des akustischen Kopplers 110 in neun getrennte Betätigungskammern 124. Der Teiler 114 definiert eine zentrale Betätigungskammer 126 und acht umgebende Betätigungskammern 124. Diese Betätigungskammern entsprechen jedem der zuvor beschriebenen Mikrofone 64 (siehe 7). In dem dargestellten Beispiel beinhalten die Betätigungskammern 124 eine runde zentrale Betätigungskammer 126 und keilförmige umgebende Betätigungskammern 124, die sich radial nach außen von der zentralen Betätigungskammer 126 erstrecken.
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Der Teiler 114 ist in diesem Beispiel ein rundes scheibenförmiges Merkmal des akustischen Kopplers 110, das an der Oberseite des Körperabschnitts 112 des akustischen Kopplers 110 befestigt ist. Der Teiler 114 kann einen Ringabschnitt 130 und eine Reihe von Rippen 132 beinhalten, die sich radial nach innen vom Ringabschnitt 130 zu einer Mitte des Teilers 114 erstrecken. Auf diese Weise definieren der Ringabschnitt 130 und die Rippen 132 die zentrale Betätigungskammer 126 und jede der umgebenden Betätigungskammern 124. Die Ausrichtung, Größe und Anordnung des Ringabschnitts 130 und der Rippen 132 kann konfiguriert werden, um unerwünschte akustische Modi aufzubrechen oder zu eliminieren, indem das Volumen der Betätigungskammern 124 reduziert wird.
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Wie ferner dargestellt, kann der Teiler 114 auch eine Dichtung 128 beinhalten, die auf dem Außenabschnitt 130 positioniert ist. Die Dichtung 128 kann gegen das Gitter 84 gedrückt werden, wenn der akustische Koppler 110 in den Spalt 40 eingesetzt wird. Das Vorspannelement 116 kann den akustischen Koppler 110 in Kontakt mit der Kappe 24 und/oder dem Gitter 84 bringen, um sicherzustellen, dass eine luftdichte Abdichtung gewährleistet ist und Luft oder Schall während der Kalibrierung, Validierung oder Diagnose nicht entweichen kann.
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Das Stellglied 122 ist in der Mitte des akustischen Kopplers 110 und in der zentralen Betätigungskammer 126 positioniert. Der akustische Koppler 110 vibriert oder bewegt sich anderweitig, um die Luft innerhalb der mittleren Betätigungskammer 126 und jeder der umgebenden Betätigungskammern 124 auf gleiche Druckniveaus zu oszillieren. Auf diese Weise kann der akustische Koppler 110 zum Kalibrieren, Validieren und/oder Diagnostizieren der Mikrofonanordnung 60 verwendet werden. Das Stellglied 122 kann jeder geeignete Treiber sein, der die Druckniveaus innerhalb der Betätigungskammern 124 oszillieren kann. So kann beispielsweise das Stellglied 122 ein Lautsprecher oder ein piezoelektrischer Kristall sein.
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Für die Mikrofonanordnung der vorliegenden Erfindung können andere Formen und Profile aufweisen als die zuvor beschriebenen. In einem anderen Beispiel, das in 11 dargestellt ist, beinhaltet eine Mikrofonanordnung 200 eine Kappe 202, die oberhalb der Außenplatte 26 getragen wird. Die Kappe 202 wird über der Außenplatte 26 durch einen Spalt 204 positioniert. In diesem Beispiel beinhaltet die Kappe 202 einen oberen Abschnitt 206 und einen unteren Abschnitt 208. Der obere Abschnitt 206 weist eine abgerundete konkave Form auf, die sich in Bezug auf eine Mittelachse 210 nach außen wölbt. Der untere Abschnitt 208 weist eine konvexe Form auf, die sich nach innen zur Mittelachse 210 hin krümmt. Bei dieser Konfiguration wird der Luftstrom F so gerichtet, dass er über den oberen Abschnitt 206 strömt oder in der Rezirkulationszone Z rückgeführt wird. Auf diese Weise wird Wind oder Luft, die über die Mikrofonanordnung 200 strömt, minimiert oder verhindert durch den Spalt 204 zu strömen.
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Die Mikrofonanordnung 200 kann, obwohl nicht dargestellt, das Mikrofon-Array 60 und/oder eine oder mehrere der Schutzschichten (d. h. die Membran 74, die Schaumstoffschicht 78, die Gitterschicht 80 und/oder das Gitter 84) in einem Hohlraum in der Kappe 202 beinhalten.
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In noch einem weiteren Beispiel, wie in 12 dargestellt, beinhaltet eine Mikrofonanordnung 230 eine Kappe 232, die über der Außenplatte 26 von einem zentralen Stützelement 234 getragen wird. Die Kappe 232 weist in diesem Beispiel eine abgerundete Form auf und ist über der Außenplatte 26 durch einen Spalt 236 gestützt. In diesem Fall weist der Spalt 236 eine Höhe auf, um den Luftstrom unter der Kappe 232 zu minimieren oder zu verhindern. Wie dargestellt, strömt der Luftstrom F, der über die Mikrofonanordnung 230 strömt, entweder über die Kappe 232 oder wird in der Rezirkulationszone Z rückgeführt. In dieser Konfiguration wird Luft oder Wind minimiert oder verhindert, dass Luft oder Wind unter die Kappe 232 durch den Spalt 236 strömt.
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Die Mikrofonanordnung 230 kann, obwohl nicht dargestellt, das Mikrofon-Array 60 und/oder eine oder mehrere der Schutzschichten (d. h. die Membran 74, die Schaumstoffschicht 78, die Gitterschicht 80 und/oder das Gitter 84) in einem Hohlraum in der Kappe 232 beinhalten.
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In noch einem weiteren Beispiel, wie in den 13 und 14 dargestellt, kann eine Mikrofonanordnung 240 eine Kappe 242 beinhalten, die über einer Basis 244 durch zwei gekrümmte Stützsäulen 246 getragen wird. In diesem Beispiel beinhaltet die Kappe 242 eine halbkugelförmige Form, in der sich die Kappe 242 von der Basis 244 nach oben weg biegt. In einem weiteren Beispiel kann die Kappe 242 tellerförmig sein. Die Basis 244 kann mit einer Außenplatte 26 verbunden werden, um die Mikrofonanordnung an einer Befestigungsstelle zu befestigen. Die Mikrofonanordnung 240 kann, obwohl nicht dargestellt, das Mikrofon-Array 60 und/oder eine oder mehrere der Schutzschichten (d. h. die Membran 74, die Schaumstoffschicht 78, die Gitterschicht 80 und/oder das Gitter 84) in einem Hohlraum in der Kappe 242 beinhalten.
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Wie bereits beschrieben, können die Mikrofonanordnungen der vorliegenden Erfindung an autonomen Fahrzeugen verwendet werden, um akustische Signale wie Sirenen von Einsatzfahrzeugen oder andere Warntöne außerhalb des Fahrzeugs zu erfassen. Die Mikrofonanordnungen können auch zum Erfassen verschiedener anderer akustischer Signale, wie beispielsweise Sprachbefehle, Fußgängergeräusche, Umgebungsgeräusche des Fahrzeugs und dergleichen, verwendet werden. Darüber hinaus können die Mikrofonanordnungen auch in anderen externen Anwendungen außer in Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Diese alternativen Anwendungen können Windkraftanlagen, Sicherheitsanwendungen, Haushaltsanwendungen, Anwendungen für die persönliche Elektronik und andere sein.
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Die Mikrofonanordnungen der vorliegenden Erfindung verfügen über die Fähigkeit, Frequenz-, Phasen- und Signal-Rausch-Verhältnis-Informationen zu empfangen, die mit externen akustischen Signalen verbunden sind. Diese Informationen beinhalten Richtungsinformationen zur Verwendung beim Strahlformen. Die zuvor beschriebene Struktur verschiedener exemplarischer Mikrofonanordnungen, insbesondere die Höhe und Ausrichtung des Spalts zwischen Kappe und Basis, verhindert, dass externe akustische Signale innerhalb der Mikrofonanordnung reflektieren, um einen Verlust der Richtwirkung oder andere wichtige Informationen im Zusammenhang mit dem akustischen Signal zu verursachen. Darüber hinaus minimieren oder verhindern verschiedene Aspekte der Mikrofonanordnungen Wasser, Wind, Windböen, Vibrationen oder andere Geräuschfaktoren, um die Mikrofon-Arrays der verschiedenen exemplarischen Mikrofonanordnungen zu erreichen.
