Studienarbeit – Elektronik für DEAs

Im Rahmen meiner Studienarbeit wurden zwei Geräte aufgebaut, die zur Demonstration neuartiger Schallwandler auf Basis von dielektrischen Elastomeraktoren dienen. Die Auswahl des implementierten Konzepts leitete sich aus der Auseinandersetzung mit verschiedenen Ansätzen zur Ansteuerung kapazitiver Lasten ab.

Dabei wurden die technisch relevanten Aspekte herausgearbeitet und anhand von Simulation und physikalischen Überlegungen die Bauteile dimensioniert. Der begrenzte zeitliche Rahmen dieser Arbeit legte den Fokus bei Auswahl und Beschaffung der einzelnen Komponenten auf kommerzielle Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Betriebssicherheit.

Die verwendeten Lautsprecher werden als Breitbandschallquellen eingesetzt, daher wurde die Elektronik auf das gesamte auditive Spektrum von f_min = 20 Hz bis f_max = 20 kHz ausgelegt. Die Wahl der kapazitiven Kopplung als Konzept ermöglicht eine exible Nutzung verschiedener Aktoren. Durch die Trennung der Arbeitspunktspannung von der Signalspannung kann, je nach Aktor, der Signalverstärker gewechselt und die Arbeitspunktspannung variiert werden. Damit lassen sich alle Lasten, die eine kleinere Kapazität als die Nennkapazität des Systems aufweisen, betreiben.

Die im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Geräte sind kleiner und leichter als die bereits vorher im Projekt vorhandene Elektronik. Zusätzlich konnten mehrere Funktionen in einem Gerät gebündelt werden. Durch die Integration einer Hochspannungsquelle wurde die Sicherheit im Betrieb verbessert und die Anzahl der benötigten Geräte reduziert. Mit dem integrierten Vorverstärker können verschiedene Spannungsniveaus für verschiedene Signalverstärker erzeugt werden, dadurch wurde die Flexibilität im Betrieb erhöht. Die akustische Qualität der Demonstratoren wurde durch die Integration eines digitalen Signalprozessors (DSP) gewährleistet.

Abschließend wurden die beiden Geräte geprüft und getestet, womit ein sicherer Betrieb gewährleistet ist. Dies ermöglichte bereits den Einsatz der Schaltung zu verschiedenen Demonstrationszwecken. Durch den erfolgreichen Transport im Flugzeug für eine Fachtagung konnte auch die Transportabilität bestätigt werden.