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Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler für Breitband-Lautsprecher
oder magnetlose, elektrodynamische Kopfhörer zur Schallerzeugung, insbesondere zur
Verwendung im homogenen und/oder inhomogenen Magnetfeld eines
Magnetresonanztomographen.
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Die Erzeugung von Schall mit streng definierten Eigenschaften und in hoher Qualität
wie z. B. Musik, Sprache und insbesondere Antischall, ist in
Magnetresonanztomographen, die auch als MRT-Anlagen oder Kernspintomographen
bezeichnet werden, mit ihren sehr starken Magnetfeldern problematisch, da Schallwandler
konventioneller Bauart in solchen Umgebungen starken Kräften ausgesetzt sind und
zusätzlich die auf dem starken und vollkommen gleichmäßigen Magnetfeld beruhende
Anwendung stören. In einer Serie von Publikationen und Patenten (für eine Übersicht s.
McJury et al., Journal of Magnetic Resonance Imaging 12: 37-45 (2000)) sind die
Problematik der hohen Schallemissionen in Magnetresonanztomographen diskutiert und
wirkungsvolle Schallwandler, kompatibel mit Magnetresonanztomographen, zur
Erzeugung von Nutzschallen aller Art inklusive Antischall beschrieben worden.
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Wirkungsvoller Antischall erfordert eine große räumliche Nähe zwischen dem
Antischallerzeuger und der aktiv zu beruhigenden Zone. Mit den in den Patenten
DE 197 27 657 C1 sowie DE 100 18 032 C1 beschriebenen, großvolumigen Lautsprechern, die
alle innerhalb eines Magnetresonanztomographen hinter dem Kopf des - liegenden -
Patienten installiert werden, ist wirkungsvoller Antischall bis zu einer oberen Frequenz
von ca. 500 Hz, unter besonders günstigen Bedingungen bis etwa 800 Hz, möglich.
Dieses spezielle Problem der Schallerzeugung kann nach dem derzeitigen Stand der
Technik als gelöst betrachtet werden. Die Erzeugung von Antischall oberhalb von 500
Hz bis 800 Hz ist nur mit Kopfhörern oder solchen Schallwandlern, die nicht hinter
sondern neben dem Kopf des Patienten in unmittelbarer Nähe zu dessen Ohren installiert
werden können, möglich.
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Neueste Entwicklungen in der Human-Magnetresonanztomographie, wie z. B. für
Untersuchungen des Zentral-Nervensystems optimierte Gradientenrohre oder Magnete mit
sehr hoher Feldstärke (bis zu 8 Tesla), zeigen die zukünftige Technik und bedeuten in
der Praxis eine Zunahme von Bildgebungsverfahren mit Grundfrequenzen deutlich
oberhalb von 1 kHz.
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Nach der in der Antischall-Technik gültigen Regel der "Zehntel-Wellenlänge", ist
Auslöschung bei Frequenzen bis zu etwa 1500 Hz möglich, wenn der Antischallerzeuger
etwa 2 bis 3 cm vom zu beruhigenden Ort bzw. Volumen entfernt ist. Solche geringen
Abstände lassen sich nur noch mit Kopfhörern realisieren. In Kombination mit
Schallschutzkapseln als mechanische Träger der Schallwandler werden Kopfhörer in der
Magnetresonanztomographie bereits mit Erfolg eingesetzt. Der Nutzschall kann dabei
- 1. durch ein Luftleitsystem mit Schläuchen in die Schallschutzkapseln geführt werden,
- 2. durch Piezo-keramische Wandler erzeugt werden (z. B. Panasonic Bauart-Nr. WM-
R30B und WM-R57B),
- 3. durch elektrostatische Schallwandler erzeugt werden (Palmer et al., MRC Institute of
Hearing Research, University of Nottingham),
- 4. durch elektrodynamische Wandler mit Spulenantrieb (Baumgart et al., Med. Phys.
25 (10) 1998, p2068) oder
- 5. solchen, die nach dem Kolben- bzw. Verdrängungsprinzip (DE 197 27 657 C1,
DE 100 18 032 C1) arbeiten, erzeugt werden.
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An Kopfhörer zum Einsatz in einem Magnetresonanztomographen sind insgesamt
deutlich höhere Anforderungen hinsichtlich der Robustheit, Sicherheit, ihres
Wirkungsgrades und der Größe ihres Übertragungsbereiches zu stellen, als an reine
Antischalllautsprecher, die an entsprechend geeigneter Stelle im Gradientenrohr montiert sind.
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Kopfhörer müssen sehr robust sein. Sie können nicht fest montiert werden, sondern
werden jedem Patienten neu aufgesetzt. Sie werden in der täglichen Routine
erfahrungsgemäß nicht besonders sorgfältig gehandhabt. Kabel- oder Schlauchzuführungen
sowie die elektrischen Anschlüsse und die Befestigung des Schallwandlers innerhalb
der Kapsel müssen Schlägen und Vibrationen standhalten. Sie dürfen weder brechen
noch ihre Geometrie oder Lage verändern.
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Unmittelbar mit der Robustheit und dem Funktionsprinzip des Schallwandlers ist die
Sicherheit der Kopfhörer verbunden. Größte Gefahr von Verbrennungen besteht für
den Patienten, wenn sich elektrische Schwingkreise innerhalb der Kopfhörer bilden, die
Resonanzen im Bereich der Arbeitsfrequenz von einem Magnetresonanztomographen
haben. Dieser Frequenzbereich erstreckt sich, je nach Magnetfeldstärke, von etwa
30 MHz bis etwa 300 MHz. Die Radiofrequenz-Sendesysteme eines
Magnetresonanztomographen heutiger Bauart können bis zu 20 kW Leistung bei diesen Frequenzen
abgeben. Hier genügen auch ungewollte Schwingkreise mit sehr geringer Güte um
zerstörerische Mengen Radiofrequenzenergie aufzunehmen.
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Es ist deshalb die Forderung an einen Schallwandler zu stellen, dass durch
konstruktive Maßnahmen die Ausbildung solcher Schwingkreise, auch im Falle von
Beschädigungen, unterbunden wird.
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Der Wirkungsgrad eines Schallwandlers muss möglichst groß sein damit zum einen ein
ausreichender Pegel für Antischall erzeugt werden kann (über 100 dB innerhalb der
Kapsel) und zum anderen die elektrischen Energie, die dem Wandler zugeführt werden
muss, so gering wie möglich ist, um Beeinträchtigungen der Bildqualität ausschließen
zu können. Da die Kopfhörer jedem Patienten individuell aufgesetzt werden, ändert sich
auch mit jedem Patienten ein wenig die Position und Ausrichtung der Schallwandler
innerhalb des Magnetfeldes des Magnetresonanztomographen. Dies sollte einen
möglichst geringen Einfluss auf den Wirkungsgrad und das Übertragungsverhalten des
Schallwandlers haben.
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Der Übertragungsbereich eines Kopfhörers sollte groß sein. Der Schallwandler wird
nicht nur für die Erzeugung von Antischall (Frequenzbereich ca. 80 Hz bis zu 1500 Hz)
eingesetzt, sondern soll auch Sprache und Musik mit möglichst guter Qualität
übertragen. Es ist deshalb eine obere Grenzfrequenz von mindestens 12 kHz zu fordern.
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Es ist bisher kein mit Magnetresonanztomographen kompatibler Schallerzeuger
beschrieben worden, der alle diese Forderungen ausreichend erfüllt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass die hohen
Störschallpegel von Magnetresonanztomographen durch aktive Lärmbekämpfung
wirkungsvoll und kostengünstig gesenkt werden können, wenn ein ausreichend
leistungsstarker Antischaflerzeuger mit geringem Abstand zu den Ohren des Patienten (bzw. der
untersuchten Person) im Gradientenrohr der Magnetresonanztomographen installiert
werden kann.
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In früheren Schutzrechten sind Publikationen und Schutzrechte anderer Entwickler
gewürdigt worden. Insbesondere wurden die Vor- und Nachteile von Lautsprechern, die
nur im inhomogenen Teil des Magnetfeldes arbeiten (DE 197 27 657 C1), andere
Anordnungen zur Auslöschung von Schallwellen (DE 195 28 888 A1), frühere
Entwicklungen von Störgeräuschunterdrückungssystemen für die Kontrollräume (EP 0 655 730 A1)
sowie elektrodynamische Lautsprecher ohne eigenen Magneten unter Verwendung
ferromagnetischer Feldinhomogenisierer (US 005 450 499 A) diskutiert.
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Ein auf dem Verdrängerprinzip beruhender akustischer Wandler zur Verwendung im
homogenen und/oder inhomogenen Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen
wird in den Patenten DE 100 18 032 C1, DE 100 18 033 C1, PCT/EP01/03720 -
WO 01/76320 A2 beschrieben. Beim Einsatz eines Schallwandlers nach dem in diesen
Schutzrechten beschriebenen Verdrängerprinzip als Kopfhörer ergeben sich jedoch
einige Nachteile, die unter gewissen Umständen den Einsatz dieser Wandler in
Kopfhörern gänzlich verhindern.
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Der dort beschriebene Wandler arbeitet mit optimalem Wirkungsgrad, wenn die
stromführenden Leitungen senkrecht zur Richtung des Hauptmagnetfeldes verlaufen, da in
diesem Fall die durch den Stromfluss verursachten Lorentz-Kräfte bei gegebener
Stromstärke maximal sind. Diese Anordnung kann in Kopfhörern jedoch nicht realisiert
werden. Der Wandler arbeitet in Kopfhörern mit überwiegend in Richtung des
Hauptfeldes verlaufenden stromführenden Leitungen und damit mit einem sehr schlechten
Wirkungsgrad. Das sehr starke Magnetfeld und der hohe Wirkungsgrad des
Wandlerprinzips an sich führen in der Summe jedoch zu ausreichend grosser Schallabstrahlung.
Gravierender Nachteil dieser Anordnung ist jedoch die extreme Abhängigkeit von der
Ausrichtung im Magnetfeld. Da der Wandler bei Ausrichtung parallel zum Magnetfeld
mit dem theoretisch schlechtesten Wirkungsgrad arbeitet, reicht schon eine sehr
geringe Auslenkung gegen die Magnetfeldrichtung, um den Wirkungsgrad deutlich zu
erhöhen. Die Eigenschaften des Wandlers ändern sich daher nach jedem erneuten
Aufsetzen und müssen für die Anwendung von Antischall neu kalibriert werden. Dies ist in der
Praxis schwer zu realisieren.
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Ein weiteres Sicherheitsrisiko ergibt sich bei diesen Wandlern aus der Eigeninduktivität
der Spule, die durch den mäander-förmig aufgebrachten Draht gebildet wird.
Gemeinsam mit der Kabelkapazität der elektrischen Zuleitungen stellt dieser Wandler ein
elektrisch schwingfähiges System dar, das elektromagnetische Wellen im Arbeitsbereich
eines Magnetresonanztomographen absorbieren kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen elektroakustischen Wandler für
Breitband-Lautsprecher oder magnetlose, elektrodynamische Kopfhörer zur
Schallerzeugung, insbesondere zur Verwendung im homogenen und/oder inhomogenen
Magnetfeld eines Magnetresonanztomographen zu schaffen, der die Nachteile des eingangs
geschilderten Standes der Technik vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch ein neues Antriebsprinzip gelöst, nämlich derart, dass der
elektroakustische Wandler zur Schallerzeugung einen elastisch aufgehängten
Schwingkörper aufweist, wobei der Schwingkörper aus nicht elastischem oder nur wenig
elastischem, nicht magnetischem oder nur schwach magnetischem Material besteht und
flächig und fest mit Leiterbahnen verbunden ist, auf die bei Stromfluss eine Lorentz-Kraft,
vermittelt durch das Magnetfeld des Magnetresonanztomographen, als Antriebskraft
wirkt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung und
elektrische Verbindung der Leiterbahnen derart gewählt sind, dass die bei Stromfluss
erzeugten Lorentz-Kräfte auf den Schwingkörper überwiegend gleiche Richtung und
Orientierung aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Anordnung und elektrische
Verbindung der Leiterbahnen derart gewählt, dass die Hauptkomponente der Summe
aller Lorentz-Kräfte, die bei Stromfluss erzeugt werden, in Richtung senkrecht zur
Schwingungsebene des Schwingkörpers weist.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Anordnung und elektrische Verbindung der
Leiterbahnen derart gewählt sind, dass die bei Stromfluss erzeugten Lorentz-Kräfte zu einem
oder mehreren auf den Schwingkörper wirkenden Drehmomenten führen.
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Des Weiteren wird als erfindungsgemäß angesehen, dass die Anordnung und
elektrische Verbindung der Leiterbahnen derart gewählt sind, dass die Summe aller Lorentz-
Kräfte zu einer flächigen Antriebskraft in Richtung senkrecht zur Schwingungsebene
des Schwingkörpers und zu auf den Schwingkörper wirkenden Drehmomenten führt.
Wie die Erfindung schließlich noch vorsieht, werden einer oder mehrere mit dem
elektroakustischen Wandler ausgestattete Lautsprecher zur vollständigen oder teilweisen
Auskleidung der Innenfläche des Magneten des Magnetresonanztomographen
verwendet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass Schall mit definierten
Eigenschaften in hoher Qualität und mit hohem Wirkungsgrad innerhalb des starken
Magnetfeldes eines Magnetresonanztomographen erzeugt werden kann. Dies umfasst
neben Musik und Sprache auch die Erzeugung von Schall zur aktiven
Lärmbekämpfung, wie sie mit Schlauchleitersystemen nicht, und mit anderen elektrodynamischen
Lautsprechern nur bedingt geleistet werden kann. Die Montage kann an beliebigen
Stellen innerhalb des Magnetresonanztomographen und damit gemäß dem jeweiligen
Zweck optimal angepasst erfolgen. Für den Einsatz als Antischallautsprecher ist dieser
Aspekt wesentlich. Der Lautsprecher verfügt über ein breites Frequenzband und es
können insbesondere Töne oberhalb einer Frequenz von 1 kHz erzeugt werden.
Gleichzeitig stellt das angewandte flächige Antriebsprinzip bei Verwendung eines nicht
oder nur wenig flexiblen Schwingkörpers sicher, dass die bei konventionellem, lokalem
Antrieb auftretenden Biegeschwingungen und Verzerrungen nicht auftreten.
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Eine große Schwingkörperfläche ermöglicht das Aufbringen vieler geeignet
angeordneter, elektrisch leitender Elemente, vorzugsweise flacher Drähte. Die leitenden
Elemente sind vorzugsweise elektrisch parallel geschaltet und ergeben so einen sehr
geringen ohmschen Widerstand der wirksamen Teile der Anordnung. Die
Betriebssicherheit und die Lebensdauer des Schallerzeugers werden dadurch erheblich vergrößert.
Weiterhin hat die Verwendung von Drähten den Vorteil, dass durch die bei der
Bildgebung von einem Magnetresonanztomographen erzeugten starken magnetischen
Wechselfelder mit einer Frequenz bis zu 1500 Hz nur sehr geringe Wirbelströme in den
leitenden Elementen erzeugt werden können. Dies verhindert wiederum eine
Erwärmung der leitenden Elemente und hat insbesondere keine störenden Einflüsse auf die
magnetischen Gradientenfelder des Magnetresonanztomographen.
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Die für Lautsprecher untypisch starken Magnetfelder (Flussdichten bis 3T) eines
Magnetresonanztomographen vermitteln schon bei geringen, hörfrequenten Strömen
durch die elektrisch leitenden Elemente eine große Antriebskraft (Lorentz-Kraft) auf den
fest mit ihnen verbundenen Schwingkörper. Dies ermöglicht eine wirksame
Schallabstrahlung schon bei kleinen Stromstärken. Die von diesen Strömen erzeugten
Magnetfelder sind entsprechend gering und beeinträchtigen die Homogenität des Hauptfeldes
nicht, das heißt, sie haben keinen störenden Einfluss auf die Bildgebung.
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Der vollständige Verzicht auf ferromagnetische Materialien ermöglicht die unter allen
Umständen sichere Handhabung eines elektroakustischen Wandlers in Form eines
Antischallautsprechers. Anderenfalls können ferromagnetische Teile geschoßartig in
Richtung des Zentrums des permanenten Magnetfeldes beschleunigt werden. Es sind
keinerlei Sicherungsmaßnahmen zur Beherrschung von ferromagnetischen Kräften in
der Nähe oder innerhalb von Magnetresonanztomographen erforderlich.
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Einige ausgewählte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben.
Ausführungsbeispiel "I"
Plattenförmiger Schwingkörper 1 mit parallelen Leiterbahnen
2a (vertikaler Antrieb)
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Fig. 1a zeigt den wirksamen Teil einer bevorzugten Ausführungsform eines
elektroakustischen Wandlers (ohne Halterung), bei welchem der Schwingkörper 1, bestehend aus
nicht elastischem oder wenig elastischem, nicht magnetischem oder nur schwach
magnetischem Material, plattenförmig ausgebildet ist. Der Schwingkörper 1 ist mit einer
elastischen Membran 3, bestehend aus nicht magnetischem oder nur schwach
magnetischem Material, flächig verbunden.
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Auf dem Schwingkörper 1 werden eine oder mehrere Leiterbahnen 2a orthogonal oder
nahezu orthogonal zum äußeren statischen Magnetfeld B eines nicht näher
dargestellten, jedoch an sich bekannten Magnetresonanztomographen flächig und fest derart
angebracht, dass eine parallele oder nahezu parallele Anordnung der Leiterbahnen 2a
vorliegt. Die solcherart befestigten Leiterbahnen 2a werden durch elektrische
Zuleitungen 2b elektrisch parallel geschaltet, so dass ein durch die Zuleitungen 2b zugeführter
elektrischer Strom I die Leiterbahnen in gleicher Orientierung durchfließt.
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Fig. 1b zeigt die in Fig. 1a dargestellte Anordnung bei Durchfluss eines Stromes I
durch die Leiterbahnen 2a. Das äußere Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen vermittelt eine auslenkende Kraft auf die Leiterbahnen 2a, dessen Orientierung
durch die Richtung des durchfließenden Stromes I bestimmt wird. Eine
Leiteranordnung wie beschrieben bewirkt, dass die auf die einzelnen Leiterbahnen 2a wirkenden
Kräfte (Lorentz-Kräfte) gleichsinnig zu einer senkrecht zur Schwingungsebene des
vorliegend plattenförmigen Schwingkörpers 1 gerichteten resultierenden Kraft führen.
Ein hör-frequenter Strom I, d. h., ein Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 20 Hz
und 20 kHz, führt zu einer Bewegung des Schwingkörpers 1 in Richtung senkrecht zur
Schwingungsebene desselben. Die durch diese Bewegungen hervorgerufenen
Druckschwankungen werden als Schallwellen beidseitig senkrecht zur plattenförmigen Fläche
des Schwingkörpers 1 abgestrahlt. Der Wirkungsgrad dieser Anordnung ist optimal,
wenn das Magnetfeld B des Magnetresonanztomographen senkrecht sowohl zur
Flächennormalen des vorliegend plattenförmigen Schwingkörpers 1 als auch zu den
Leiterbahnen 2a orientiert ist.
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Vorliegende Erfindung ist auf einen Schwingkörper 1 an sich abgestellt. Es versteht
sich für den Fachmann von selbst, dass die Erfindung sich demgemäß nicht auf einen
oben näher beschriebenen plattenförmigen Schwingkörper 1 beschränkt, sondern
jedwede geeignete dreidimensionale Gestaltung des Schwingkörpers 1 mit erfaßt ist. So
kann der Schwingkörper 1 auch ein von einer herkömmlichen plattenförmigen
Gestaltung abweichendes Breiten/Höhen/Längen-Verhältnis nach oben oder unten hin
und/oder gekrümmte Außenkonturen oder selbst eine gekrümmte Grundgestaltung
aufweisen.
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Ein Abweichen von der besagten plattenförmigen Geometrie, sei es beispielsweise
durch Krümmung oder Verdrehung der gesamten Anordnung oder von Teilen hiervon
verringert ggf. den Wirkungsgrad, ohne jedoch die Funktionsfähigkeit an sich in Frage
zu stellen.
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Ebenso stellen vorstehende Ausführungsform und auch alle nachfolgenden
Ausführungsformen auf zueinander parallel oder nahezu parallel angeordnete Leiterbahnen 2a
ab (bevorzugte Anordnung der Leiterbahnen 2a). Die Erfindung beschränkt sich jedoch
nicht auf diese gewählte Anordnung der Leiterbahnen 2a, sondern umfaßt auch eine
von der parallelen abweichende Anordnung derselben, sofern Lorentz-Kräfte bewirkt
werden, die eine solche Bewegung des Schwingkörpers 1 erzeugen, dass Schallwellen
abgestrahlt werden.
Ausführungsbeispiel "II"
Plattenförmiger Schwingkörper 1 mit einer schlaufenförmigen
Anordnung der Leiterbahnen 2a (Drehmomentenantrieb)
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Fig. 2a zeigt den wirksamen Teil einer zweiten möglichen Ausführungsform eines
elektroakustischen Wandlers (ohne Halterung), bei welchem der Schwingkörper 1,
bestehend aus nicht elastischem oder wenig elastischem, nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, plattenförmig ausgebildet ist. Der Schwingkörper 1 ist
mit einer elastischen Membran 3, bestehend aus nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, flächig verbunden.
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Auf dem Schwingkörper 1 werden eine oder mehrere Leiterbahnen 2a orthogonal oder
nahezu orthogonal zum äußeren statischen Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen flächig und fest derart angebracht, dass eine parallele oder nahezu parallele
Anordnung der Leiterbahnen 2a vorliegt. Die solcherart befestigten Leiterbahnen 2a
werden durch elektrische Zuleitungen 2b derart miteinander verschaltet, dass ein durch
die Zuleitungen 2a zugeführter elektrischer Strom I die Leiterbahnen 2a in
wechselseitig entgegengerichteter Orientierung durchfließt.
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Fig. 2b zeigt die in Fig. 2a dargestellte Anordnung bei Durchfluss eines Stromes I
durch die Leiterbahnen 2a. Das äußere Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen vermittelt eine auslenkende Kraft auf die Leiterbahnen 2a, dessen Orientierung
durch die Richtung des durchfließenden Stromes I bestimmt wird. Eine
Leiteranordnung wie beschrieben bewirkt, dass die auf die einzelnen Leiterbahnen 2a wirkenden
Kräfte (Lorentz-Kräfte) zu einem senkrecht zur Schwingungsebene des vorliegend
plattenförmigen Schwingkörpers 1 und senkrecht zum statischen Magnetfeld B
gerichteten Drehmoment T führen.
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Ein hör-frequenter Strom I führt zu einer Bewegung des Schwingkörpers 1 um die
durch das Drehmoment T definierte Drehachse A-A. Die durch diese Bewegungen
hervorgerufenen Druckschwankungen werden als Schallwellen beidseitig zur
plattenförmigen Fläche des Schwingkörpers 1 abgestrahlt. Der Wirkungsgrad dieser
Anordnung ist optimal, wenn das Magnetfeld B des Magnetresonanztomographen senkrecht
sowohl zur Flächennormalen des plattenförmigen Schwingkörpers 1 als auch zu den
Leiterbahnen 2a orientiert ist. Ein Abweichen von dieser Geometrie, sei es
beispielseise durch Krümmung oder Verdrehung der gesamten Anordnung oder von Teilen
hiervon verringert ggf. den Wirkungsgrad, ohne jedoch die Funktionsfähigkeit in Frage zu
stellen.
Ausführungsbeispiel "III"
Plattenförmiger Schwingkörper 1 mit kombinierter paralleler
und schlaufenförmiger Anordnung der Leiterbahnen 2a
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Fig. 3a zeigt den wirksamen Teil einer dritten möglichen Ausführungsform eines
elektroakustischen Wandlers (ohne Halterung), bei welchem der Schwingkörper 1,
bestehend aus nicht elastischem oder wenig elastischem, nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, plattenförmig ausgebildet ist. Der Schwingkörper 1 ist
mit einer elastischen Membran 3, bestehend aus nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, flächig verbunden.
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Auf dem Schwingkörper 1 werden eine oder mehrere Leiterbahnen 2a orthogonal oder
nahezu orthogonal zum äußeren statischen Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen flächig und fest derart angebracht, dass eine parallele oder nahezu parallele
Anordnung der Leiterbahnen 2a vorliegt. Die solcherart befestigten Leiterbahnen 2a
werden durch elektrische Zuleitungen 2b derart miteinander verschaltet, dass ein durch
die Zuleitungen 2b zugeführter elektrischer Strom I die Leiterbahnen 2a auf durch eine
Bezugsachse B-B voneinander unterschiedenen gegenüberliegenden Seiten in
entgegengerichteter Orientierung durchfließt.
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Fig. 3b zeigt die in Fig. 3a dargestellte Anordnung bei Durchfluss eines Stromes I
durch die Leiterbahnen 2a. Das äußere Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen vermittelt eine auslenkende Kraft auf die Leiterbahnen 2a, dessen Orientierung
durch die Richtung des durchfließenden Stromes I bestimmt wird. Eine
Leiteranordnung wie beschrieben bewirkt, dass die auf die einzelnen Leiterbahnen 2a wirkenden
Kräfte (Lorentz-Kräfte) zu einem senkrecht zur Schwingungsebene des vorliegend
plattenförmigen Schwingkörpers 1 und senkrecht zum statischen Magnetfeld B
gerichteten Drehmoment T führen.
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Ein hör-frequenter Strom I führt zu einer Bewegung des plattenförmigen
Schwingkörpers 1 um die durch das Drehmoment T definierte Drehachse A-A. Die durch diese
Bewegungen hervorgerufenen Druckschwankungen werden als Schallwelle beidseitig
zur plattenförmigen Fläche des Schwingkörpers 1 abgestrahlt. Falls die Anordnung der
Leiterbahnen 2a symmetrisch bezüglich der Achse B-B erfolgt, so ist die Achse B-B
mit der Drehachse A-A identisch. Der Wirkungsgrad dieser Anordnung ist optimal,
wenn das Magnetfeld B des Magnetresonanztomographen senkrecht sowohl zur
Flächennormalen des plattenförmigen Schwingkörpers 1 als auch zu den Leiterbahnen 2a
orientiert ist. Ein Abweichen von dieser Geometrie, sei es beispielsweise durch
Krümmung oder Verdrehung der gesamten Anordnung oder von Teilen hiervon verringert
ggf. den Wirkungsgrad, ohne jedoch die Funktionsfähigkeit in Frage zu stellen.
Ausführungsbeispiel "IV"
Plattenförmiger Schwingkörper 1 mit parallelen Leiterbahnen
2a und Zusatzwiderständen R (vertikaler Antrieb)
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Fig. 4a zeigt den wirksamen Teil einer vierten möglichen Ausführungsform eines
elektroakustischen Wandlers (ohne Halterung), bei welchem der Schwingkörper 1,
bestehend aus nicht elastischem oder wenig elastischem, nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, plattenförmig ausgebildet ist. Der Schwingkörper 1 ist
mit einer elastischen Membran 3, bestehend aus nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, flächig verbunden.
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Auf dem Schwingkörper 1 werden eine oder mehrere Leiterbahnen 2a orthogonal oder
nahezu orthogonal zum äußeren statischen Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen flächig und fest derart angebracht, dass eine parallele oder nahezu parallele
Anordnung der Leiterbahnen 2a vorliegt. Die solcherart befestigten Leiterbahnen 2a
werden durch elektrische Zuleitungen 2b elektrisch parallel geschaltet, so dass ein
durch die Zuleitungen 2b zugeführter elektrischer Strom I die Leiterbahnen 2a in
gleicher Orientierung durchfließt. Jede der einzelnen Leiterbahnen 2a ist mit einem
zusätzlichen Widerstand R in Reihe geschaltet (etwa durch Löten, Ätzen, etc.), welcher derart
dimensioniert ist, dass der elektrische Gesamtwiderstand von Leiterbahn 2a und
Zusatzwiderstand R hauptsächlich durch den Zusatzwiderstand R bestimmt ist. Durch die
Einbringung gleich dimensionierter zusätzlicher Widerstände R für jede Leiterbahn 2a
wird eine gleiche oder nahezu gleiche Durchgangsstromstärke für jede Leiterbahn 2a
erreicht.
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Fig. 4b zeigt die in Fig. 4a dargestellte Anordnung bei Durchfluss eines Stromes I
durch die Leiterbahnen 2a. Das äußere Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen vermittelt eine auslenkende Kraft auf die Leiterbahnen 2a, dessen Orientierung
durch die Richtung des durchfließenden Stromes I bestimmt wird. Eine
Leiteranordnung wie beschrieben bewirkt, dass die auf die einzelnen Leiterbahnen 2a wirkenden
Kräfte gleichsinnig zu einer senkrecht zur Schwingungsebene des vorliegend
plattenförmigen Schwingkörpers 1 gerichteten resultierenden Kraft führen.
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Ein hör-frequenter Strom I führt zu einer Bewegung des plattenförmigen
Schwingkörpers 1 in Richtung senkrecht zur Schwingungsebene desselben. Die durch diese
Bewegungen hervorgerufenen Druckschwankungen werden als Schallwelle beidseitig
senkrecht zur plattenförmigen Fläche des Schwingkörpers 1 abgestrahlt. Der
Wirkungsgrad dieser Anordnung ist optimal, wenn das Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen senkrecht sowohl zur Flächennormalen des plattenförmigen
Schwingkörpers 1 als auch zu den Leiterbahnen 2a orientiert ist. Ein Abweichen von
dieser Geometrie, sei es beispielsweise durch Krümmung oder Verdrehung der
gesamten Anordnung oder von Teilen hiervon verringert ggf. den Wirkungsgrad, ohne
jedoch die Funktionsfähigkeit in Frage zu stellen.
Ausführungsbeispiel "V"
Plattenförmiger Schwingkörper 1 mit parallelen Leiterbahnen
2a und mit separaten Zuleitungen 2b und
Zusatzwiderständen R (vertikaler Antrieb)
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Fig. 5a zeigt den wirksamen Teil einer fünften möglichen Ausführungsform eines
elektroakustischen Wandlers (ohne Halterung), bei welchem der Schwingkörper 1,
bestehend aus nicht elastischem oder wenig elastischem, nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, plattenförmig ausgebildet ist. Der Schwingkörper 1 ist
mit einer elastischen Membran 3, bestehend aus nicht magnetischem oder nur
schwach magnetischem Material, flächig verbunden.
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Auf dem Schwingkörper 1 werden mehrere Leiterbahnen 2a orthogonal oder nahezu
orthogonal zum äußeren statischen Magnetfeld B des Magnetresonanztomographen
flächig und fest derart angebracht, dass eine parallele oder nahezu parallele
Anordnung der Leiterbahnen 2a vorliegt. Jede der solcherart befestigten Leiterbahnen 2a
wird durch separate elektrische Zuleitungen 2b verschaltet, so dass ein durch sämtliche
Zuleitungen 2b zugeführter elektrischer Strom I die Leiterbahnen 2a in gleicher
Orientierung durchfließt. Jede der einzelnen elektrischen Zuleitungen 2b ist mit einem
zusätzlichen Widerstand R in Reihe geschaltet, welcher derart dimensioniert ist, dass der
elektrische Gesamtwiderstand von Zuleitung 2b, Leiterbahn 2a und Zusatzwiderstand R
hauptsächlich durch den Zusatzwiderstand R bestimmt ist. Durch die Einbringung
gleich dimensionierter zusätzlicher Widerstände R für jede Zuleitung 2a wird eine
gleiche oder nahezu gleiche Durchgangsstromstärke für jede Leiterbahn 2a erreicht. Die
Gesamtheit der elektrischen Zuleitungen 2b und Zusatzwiderstände R wird beiderseits
des Schwingkörpers 1 flächig und fest auf die elastische Membran 3 (Trägermembran)
aufgebracht, welche eine Bewegung der elektrischen Zuleitungen 2b aufgrund der bei
Stromfluss auftretenden Lorentz-Kräfte verhindert und gleichzeitig eine freie oder nur
wenig eingeschränkte Bewegung des Schwingkörpers 1 zulässt.
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Fig. 5b zeigt die in Fig. 5a dargestellte Anordnung bei Durchfluss eines Stromes I
durch die Leiterbahnen 2a. Das äußere Magnetfeld B des
Magnetresonanztomographen vermittelt eine auslenkende Kraft auf die Leiterbahnen 2a, dessen Orientierung
durch die Richtung des durchfließenden Stromes I bestimmt wird. Eine
Leiteranordnung wie beschrieben bewirkt, dass die auf die einzelnen Leiterbahnen 2a wirkenden
Kräfte (Lorentz-Kräfte) gleichsinnig zu einer senkrecht zur Schwingungsebene des
plattenförmigen Schwingkörpers 1 gerichteten resultierenden Kraft führen.
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Ein hör-frequenter Strom I führt zu einer Bewegung des Schwingkörpers 1 in Richtung
senkrecht zur Schwingungsebene desselben. Die durch diese Bewegungen
hervorgerufenen Druckschwankungen werden als Schallwelle beidseitig senkrecht zur
plattenförmigen Fläche des Schwingkörpers 1 abgestrahlt. Der Wirkungsgrad dieser
Anordnung ist optimal, wenn das Magnetfeld B des Magnetresonanztomographen senkrecht
sowohl zur Flächennormalen des plattenförmigen Schwingkörpers 1 als auch zu den
Leiterbahnen 2a orientiert ist. Ein Abweichen von dieser Geometrie, sei es
beispielsweise durch Krümmung oder Verdrehung der gesamten Anordnung oder von Teilen
hiervon verringert ggf. den Wirkungsgrad, ohne jedoch die Funktionsfähigkeit in Frage
zu stellen.
Ausführungsbeispiel "VI"
Plattenförmiger Schwingkörper 1 für einen oder mehrere
Lautsprecher zur ringförmigen Innenverkleidung im
Magneten des an sich bekannten Magnetresonanztomographen
(nicht näher dargestellt)
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Sowohl die oben näher beschriebenen Ausführungsformen eines mit dem
erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandler ausgestatteten Lautsprechers als auch alle
weiteren denkbaren und auf dem beanspruchten Arbeitsprinzip beruhenden
Ausführungsformen eines solchen Lautsprechers können erfindungsgemäß zur vollständigen oder
teilweisen Auskleidung der Innenfläche des Magneten des in Rede stehenden
Magnetresonanztomographen verwendet werden.