带有噪声匹配的工作器械和方法与流程

1.本发明涉及一种用于由电驱动马达驱动的手引导式工作器械借助于噪声发生器的噪声匹配的方法、一种为此设计的手引导式工作器械以及一种合适的改装装置。


背景技术：

2.手引导式工作器械根据使用目的装备有内燃机或电马达。在带有高驱动功率的工作器械的情形中内燃机占支配地位。这样的以内燃机驱动的工作器械的与众不同的运行噪声将力和有效功率(leistungsf
ä
higkeit，或效率)信号化。有经验的用户可由运行噪声察觉和估计当前的运行状态以及施加的运行负荷。
3.电驱动的工作器械与此相比更安静。该情况和还有缺少的废气使得这样的设备可在密集居住的周围环境中被特别好地使用。此外，蓄电池供电的设备在其运行中不被电源线或完全不被电源电压接口的存在所限制。其间，电驱动设备的有效功率也到达了相当的水平。
4.虽然如此相对较小的噪声水平不仅具有优点。到用户处的工作使用的声学上的反馈较小，从而使得工作情况的估计更困难。有效功率相比其实际被更小地估计。作为没有缺陷的工作器械的可接受性受影响，这阻挠了内燃机驱动通过电驱动的在其它方面值得期望的替代。


技术实现要素：

5.本发明基于如下目的，即，说明一种用于由电驱动马达驱动的手引导式工作器械的噪声匹配的方法，其改善了到用户处的在声学上的反馈。
6.该目的通过一种用于由电驱动马达驱动的手引导式工作器械借助于噪声发生器的噪声匹配的方法来实现，其中，该工作器械在运行中产生带有运行声压级的未修正的运行噪声，其中，在运行中借助于噪声发生器额外于未修正的运行噪声产生附加噪声，其与运行噪声叠加成带有总声压级的总噪声，且其中，附加噪声的主要份额处在1khz之下的匹配频率范围中。
7.此外，本发明基于如下目的，即，说明一种匹配于此的工作器械。
8.该目的通过一种带有电驱动马达且带有噪声发生器的手引导式工作器械来实现，其中，噪声发生器被设计用于实施一种用于噪声匹配的方法，其中，该工作器械在运行中产生带有运行声压级的未修正的运行噪声，其中，在运行中借助于噪声发生器额外于未修正的运行噪声产生附加噪声，其与运行噪声叠加成带有总声压级的总噪声，且其中，附加噪声的主要份额处在1khz之下的匹配频率范围中。
9.本发明还基于如下目的，即，说明一种用于噪声匹配的装置，以其可容易地改装现存工作器械。
10.该目的通过一种用于由电驱动马达驱动的手引导式工作器械的噪声匹配的包括工作器械的手保护部以及带有扬声器的噪声发生器的装置来实现，其中，噪声发生器被设
计用于实施一种用于噪声匹配的方法，其中，该工作器械在运行中产生带有运行声压级的未修正的运行噪声，其中，在运行中借助于噪声发生器额外于未修正的运行噪声产生附加噪声，其与运行噪声叠加成带有总声压级的总噪声，且其中，附加噪声的主要份额处在1khz之下的匹配频率范围中。
11.本发明的基础首先是如下知识，即，其不是引起有利的声学上的反馈的绝对音量，而更重要的是声级在可听到的频谱内的确定的分布。本发明也基于如下知识，即，力和有效功率的主观感觉以及在运行中负荷变化的主观感知优先通过在1khz之下的范围中的更低的频率来确定。带有内燃机的工作器械在该较低的频率范围中生成显著的噪声份额(ger
ä
uschanteile，或噪声比例)，而在电气运行的工作器械的情形中运行噪声的这样的噪声份额在未修正的状态中根据现有技术显得少很多且因此对于用户而言作为声学上的反馈而不足。
12.基于这些知识因此根据本发明设置成，在运行中借助于为此设计的噪声发生器额外于未修正的运行噪声产生附加噪声，其与运行噪声叠加成带有总声压级的总噪声，且其中，附加噪声的主要份额处在1khz之下的匹配频率范围中。由此优先获得两个结果：一方面合成的总噪声的主观和客观的感知在声学上的反馈的意义中对于用户而言被明显改善。对设备的有效功率的信任上升，且实际的运行状态可例如借助转速波动被更好地感知。另一方面，根据本发明的在1khz之下的重点设置不导致加权累计总声压级的显著的增大或大多数时候导致较少的增大，从而使得由人的听觉所感知的总音量大致保持不变。电驱动器尤其鉴于在密集居住地区中的接受性的优点得以保留。这尤其适用于如下优选的情况，即，附加噪声被如此地定量，即，a加权累计总声压级比未修正的运行噪声的a加权累计运行声压级大不多于1.0db(a)且尤其不多于0.5db(a)。
13.附加噪声具有在其频率范围上分布的声能。作为对于达到先前所描述的优点而言的重要的前提条件如下已被提及，即，附加噪声的主要份额处在1khz之下的匹配频率范围中。为此在匹配频率范围中有利地产生附加噪声的声能的至少70%、优选至少80%且尤其至少90%。由此确保如下，即，一方面声响感受以期望的方式被修正，而另一方面表征音量感受的累计总声压级不上升或不显著上升。
14.在本发明的优选的改进方案中，驱动轴、尤其驱动马达的转速被用作用于确定附加噪声的基频，其中，附加噪声取决于基频来调整。因此，在转速上的变化也引起附加噪声以类似方式的变化。由此，实际达到的转速可被更好地感知。然而尤其地，转速波动可被明显更好地声音识别，从而使得用户生成对于例如锯链形式的工具在作用到木材中的情形中经受多少负荷而言更好的感觉。因此，用户可更容易地且以更好的灵敏度(feinf
ü
hligkeit，或精细感受性)调整到锯片上的待施加的压力或在树篱剪的情况中穿过枝杈的进给。
15.先前所描述的效果在一种优选的实施形式中特别突出，在该实施形式中附加噪声的匹配频率范围包括至少一个单个频带且尤其多个频带，其中，频带包含带有最大声压级的参考频率，且其中，参考频率取决于通过驱动马达预设的基频来调整。换而言之，可清楚听到的尽可能窄的频带被产生，其参考频率与驱动轴的转速对应且随着变化的转速同样变化或者对应地移动。由此，当前转速的声学上的感知特别清楚。
16.在有利的改进方案中，在工作器械的稳定运行中附加噪声的单个频带包括半个基
频的整数多倍。根据频带的宽度如下可能足够，即，所提到的整数多倍在任何地方处在该频带中。然而优选地，频带的参考频率是半个基频的整数多倍。于是参考频率和整数多倍是一致的。
17.因此，在匹配频率范围内的运行噪声可被增强地感知，而在其特征频率中不被改变。尤其地形成饱和的、有利的、增强对设备信任的声音，而在此没有损失真实性。
18.在一种优选的实施方案中，附加噪声在匹配频率范围中包括带有至少这样的参考频率的多个频带，其半个基频的整数多倍为1和2、优选1至3、且尤其1至5。由此实现，形成的噪声听起来是均衡的(ausgewogen，或协调的)且不过分强调下部和/或上部频率。
19.未修正的运行噪声具有运行声压级的在匹配频率范围上分布的曲线。有利地，附加噪声被如此地匹配于运行声压级的曲线，即，在至少一个频带的参考频率的情形中对应的总声压级高于对应的运行声压级至少3db。由此，驱动侧产生的在声学上被感知为显著的“峰”在未修正的运行噪声的频率响应中被足够地增强且进而在其感知上被如期望的那样突出。
20.未修正的运行噪声具有带有最大值的运行声压级的取决于频率的曲线。附加噪声适宜地被如此匹配于运行声压级的曲线，即，在至少一个频带的参考频率的情形中对应的总声压级比运行声压级的最大值高不多于20db。由此确保，声学上的修正不被过分强调，且总音量不过度上升。
21.在实际运行中仅较少地可实现稳定状态。而是工作事件在一般情况中是以波动的转速而非常动态的。为了该动态性的更好的感知，在一种优选的实施形式中设置成，在工作器械的加速或减速运行中频带相比稳定运行在更高或者更低频率的方向上被移动。
22.为了产生附加噪声考虑不同的设备，例如压电发声器或电驱动马达的经相应操控的绕组。优选地，噪声发生器包括被装设在工作器械处的扬声器，其使得附加噪声对于用户而言可感知。这样的装备有线圈和膜片的扬声器可在匹配频率范围内的较小功率消耗的情形中以所要求的质量提供带有足够多样性、也就是说带有变化的频率且带有期望的频谱分布的附加噪声。
23.为了扬声器的定位和定向考虑不同的选项。优选地，扬声器在工作器械的通常的工作姿态中朝向用户头部指向且适宜地布置在工作器械的上面上，由此所产生的附加噪声可清楚地且不带有较大衰减地对于用户而言可听到。其可作为单独的构件被安置在单独的壳体中，然而有利地被集成到工作器械的构件中且尤其到工作器械的手保护部中。因此，扬声器在不损伤其效果的情形中被良好地保护以防外部影响，而不会不利地增大工作器械的结构体积。
24.几乎任意的电动工作器械可根据本发明被修改。优选地，基础的工作器械是链锯或树篱剪。已经表明，此处不带有修正的声学上的反馈的不足和由于根据本发明的噪声匹配的改进潜力是特别突出的。
25.本发明也适合于加装现存的工作器械。为此设置有一种用于由电驱动马达驱动的手引导式工作器械的噪声匹配的装置，其包括用于工作器械的手保护部以及带有扬声器的噪声发生器。噪声发生器优选被设计用于实施先前概括的且在下面还将进一步描述的根据本发明的方法。以简单且节省成本的方式，旧的手保护部可被移除且针对根据本发明的装置被替代。由此，上面所描述的根据本发明的优点以简单的方式即使在已存在的工作器械
的情形中也可被使得可得到。
26.在一种优选的实施形式中，扬声器被集成到手保护部中。扬声器和手保护部由此形成可容易更换的结构单元。噪声发生器具有用于操控扬声器的发生器和增强器单元，以其首先产生附加噪声的频率响应且然后作为增强的输出信号被输出到扬声器处。该发生器和增强器单元作为根据本发明的用于噪声匹配的装置的部分可作为单独的单元独立于手保护部被装入或者加装到工作器械的合适区域中。优选地，发生器和增强器单元然而还被集成到手保护部中。改装成本因此限制到最小程度上。在更换手保护部之后仅须实现相对驱动轴或者驱动马达的转速的信号连接且必要时还有供电。
27.在本发明的另一方面中，噪声发生器不是必需地而是仅可选地被设计用于实施上述根据本发明的方法。于是所描述的噪声匹配也可被取消。无论如何，根据本发明的可行性方案在于，带有或不带有噪声匹配也输出其它的噪声。因此例如无线电接收器和音乐播放器(mp3-播放器)或类似物可被集成，其中，然后根据本发明的装置被用于例如在工作间歇中播放无线电节目或音乐文件。
附图说明
28.本发明的实施例在下面借助附图作进一步描述。其中：图1 以透视视图显示了带有被集成在手保护部中的用于产生根据本发明的附加噪声的扬声器的例如链锯的根据本发明所实施的电动工作器械，且图2 以图表图示显示了未修正的运行噪声、附加噪声和因此获得的总噪声的频谱。
具体实施方式
29.图1以透视视图显示了一种带有仅示意性显示的电驱动马达2的根据本发明经修改的手引导式工作器械。作为对于这样的工作器械的优选的例子，此处选择带有导轨10且带有围绕导轨10环绕的由驱动马达2驱动的锯链11的链锯1。然而也可设置有电动树篱剪或类似物，对此于是下面的描述以类似的方式适用。
30.驱动马达2具有示意性显示的驱动轴17，驱动马达借助该驱动轴经由未示出的链轮驱动锯链11。此时其在此涉及直接驱动，在其中驱动轴17同时也是驱动马达2的马达轴。如下然而也可能是适宜的，即，与马达轴分开地实施驱动轴17且将其例如与快速运转的驱动马达2相连接地经由被中间联接的带有降低的转速和提高的扭矩的减速传动装置置于转动中。
31.导轨10沿着链锯1的纵向12预先给定的纵轴线延伸。在导轨10的平面中且大约垂直于纵向12存在竖向13。链锯1此处在通常的工作姿态中被显示，在其中关于重力方向纵向12大约水平地而竖向13大约竖直地定向。在该通常的工作姿态中，链锯1在用户侧由上方被抓住且以各一只手在后部手柄8处且在前部的抓握管9处被握住。由此，在通常的工作姿态中用户的仅示意性显示的头部7处在链锯1的后部区域上方。
32.在抓握管9处的前部的手被手保护部5保护以防由电驱动马达2驱动的且围绕导轨10环绕的锯链11。在链锯1在向上/向后的摆动运动中的反冲(kickback，或回击)或其它非预见的运动的情形中，手保护部5对着用户的前部的手被按压。由此且/或通过手保护部的
惯性，其相对于链锯向前摆动且直接触发未示出的链制动器。
33.在运行中，链锯1借助于电驱动马达2和由此被驱动的锯链11产生噪声，其在随后进一步描述的方式中经历噪声匹配。在不带有该噪声匹配的情形中，该噪声随后与图2相关联地被称作未修正的运行噪声。为了噪声匹配和/或其它的进一步下面还将描述的目的，链锯1具有噪声发生器3。
34.噪声发生器3的部分是扬声器4以及仅示意性地被显示为方块的发生器和增强器单元14。发生器和增强器单元14生成噪声的频率响应且如此地将其作为输出信号增强到合适的功率水平上，即，扬声器4将所提到的输出信号作为噪声以期望的音量或者以期望的声压级l
p
(图2)输出。
35.在本发明的一个方面中，利用噪声发生器3产生随后与图2关联地描述的附加噪声且对于链锯1的用户而言使得可感知。备选地或额外地，噪声发生器3可与示意性地被显示为方块的无线电接收器15或与用于播放音乐的其它单元例如mp3播放器相连接。在该情况中，噪声发生器3可输出无线电节目、音乐和/或类似的且例如在工作间歇中被用于娱乐。
36.扬声器4可例如被集成到听力保护部中，其被用户携带在其耳朵上。为了所产生的噪声、尤其附加噪声(图2)即使在不带有经如此匹配的听力保护部的情形中的良好的可感知性，扬声器4在所显示的实施例中布置在链锯1的上面上。此外，其被集成到链锯1的构件中，为此壳体件或类似物可能是适宜的。在所显示的实施例中，扬声器4被集成到手保护部5中。这意味着，手保护部5的部分、此处注塑件容纳扬声器4且进而充当用于该扬声器的壳体。手保护部5的相应的区段为了该目的被设计为保护格栅，其可透声，此外然而保护扬声器4以防外部影响。
37.如下可以是适宜的，即，将发生器和增强器单元14和/或无线电接收器15定位在工作器械的壳体中或在其它合适的位置处。在所显示的优选的实施例中，额外于扬声器4还将发生器和增强器单元14和无线电接收器15集成在手保护部5中。为了给无线电接收器15供应以接收信号，此外示意性显示的天线16被集成到手保护部5中。因此形成独立的功能单元，其作为更换单元可针对常规的手保护部5被更换，且由此常规的工作器械可被加装以此处所描述的噪声功能。根据设计方案，于是涉及用于播放无线电或音乐节目的装置，且/或根据此处所显示的实施例涉及用于工作器械以进一步下面所描述的方式的噪声匹配的装置。
38.扬声器4可具有不同的合适的结构形式且此处在常见的结构类型中利用膜片、永久磁铁和电线圈来构建。该扬声器具有中心的发射方向6，其此处在相对膜片平面的法向上指向。扬声器4被如此地固定在链锯1处，即，其在所显示的常规的工作姿态中以其发射方向6朝向用户的头部7指向。为此，辐射方向6至少在竖向13上向上、此处还补充地在纵向12上向后指向。没有侧面倾斜，或至少小于向后倾斜地显现，从而使得发射方向6至少优先处在通过纵向12和竖向13所展开的平面中。
39.图2以图表图示显示了频谱分布、即由根据图1的链锯1在运行中所产生的噪声的频率响应。在此，在水平横坐标上描绘有以hz为单位的噪声的频率f而在竖直纵坐标上描绘有以db为单位的相应的噪声的声压级l
p
。在此涉及根据iso 22868所确定的声压级l
p
，其利用在用户耳朵的模拟位置处(即在竖向13上在抓握管9上方大约700mm而在纵向12上大约在向后地处在导轨10之后的设备体中间)的测量麦克风来测量。此时在不详细介绍的情形中，
人们可一眼识别出，此处基础的电驱动工作器械的声压级l
p
的频谱分布可被划分成两个范围。在大约1khz的频率f之上，级别曲线(pegelverlauf，或声压曲线)虽然具有不同的峰和脉动(ripple，或波动)，然而除此之外在中间在级别值(pegelwerten，或声压值)的相对较窄的带内伸延。然而在该大约1khz的频率f之下，声压级l
p
在趋势中(即除了一些峰之外)朝向更低的频率明显降低。
40.首先频谱分布、即未修正的运行噪声的频率响应被探讨。这是由工作器械所产生的运行噪声，而在此噪声发生器3(图1)不是激活的。运行噪声的运行声压级lb
p
在其曲线上以实线示出。为了此处基础的示例测量，电驱动马达2或者驱动轴7以12,500upm或者12,500 1/min的转速工作，这与208hz的基频f0相应。在基频f0的情形中，运行噪声的频谱、即运行声压级lb
p
关于频率f的曲线自然具有尖端或者峰。另外的尖端或者峰位于一半基频f0的整数多倍处、即在f
n=1
,f0=f
n=2
,f
n=3
等等处，这通过驱动马达2和工具(即此处锯链11)的相应的谐波振动(oberschwingungen)来产生。其在本发明的情况中被视为对于链锯1到用户处的声学上的反馈而言是有代表性的。
41.链锯1和其噪声发生器3被设计用于实施根据本发明的方法，据此额外于未修正的运行噪声借助于噪声发生器3产生附加噪声且经由扬声器4使得对于用户而言可感知。附加噪声与未修正的运行噪声相加成带有总声压级lg
p
的总噪声，其频率响应、即关于频率f的级别曲线在图2中以虚线示出。
42.首先在图2中可看出，附加噪声的主要份额处在1khz之下的匹配频率范围fa中。附加噪声具有在其频率范围上分布的声能e，其此处可被理解为在运行噪声的运行声压级lb
p
的实线与总噪声的总声压级lg
p
的虚线之间的面积。一目了然的是，在匹配频率范围fa之上、即在大约1khz之上附加噪声不起作用或仅还起较小作用。具体地这意味着，附加噪声的声能e的至少70%、优选至少80%且在所显示的优选的实施例中至少90%在匹配频率范围fa中被产生。未修正的运行噪声的上面已提及的下降的(absinkende，或减少的)范围于是近似在声学上至少部分被填充，而在1khz之上的更高的频率范围大致保持不变。
43.因为根据本发明的噪声修正优先在匹配频率范围fa中、即在1khz之下实现，所以这具有如下第一重要的结论：因为在这些较低的频率的情形中未修正的运行声压级lb
p
相对较小，所以通过播放附加噪声实际上不增加所感知的总音量。在具体所显示的例子中，未修正的运行噪声具有在可听到的频率范围上确定的94.9db(a)的a加权累计运行声压级lkb
pa
，而由未修正的运行噪声和附加噪声e合成的总噪声的对应的a加权累计总声压级lkg
pa
几乎没有更多、即仅为95.4db(a)。总的来说，附加噪声如此来定量，即，a加权累计总声压级lkg
pa
比a加权累计运行声压级lkb
pa
大不多于1.0db(a)且此处不多于0.5db(a)。
44.未修正的运行噪声b的在其级别上朝向更低的频率下降的范围在匹配频率范围fa内不被容易地仅均匀地“填充”。而是驱动轴17的转速对于工具、此处即锯链11而言被用作用于确定附加噪声e的基频f0，其中，于是附加噪声e取决于基频f0如下来调整：附加噪声如此来产生，即，其在匹配频率范围fa中包括至少一个单个频带fn，其中，这样的频带fn相应具有参考频率fn。以术语参考频率fn此处指的是这样的频率f，在其中声压级在该频带fn内为最大。按照根据图2的图示，附加噪声在匹配频率范围fa内具有多个这样的带有附属的参考频率f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
的频带f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
，其可被识别为带有受限带宽的峰。代替带有确定带宽的设计方案，不带有相关带宽的以近似尖状形式
的频带fn也可以是适宜的。无论如何，参考频率fn取决于通过驱动马达2或者通过驱动轴17的转速预设的基频f0来调整。这首先意味着，在变化的转速或者基频f0的情形中参考频率fn同样被相应地移动。更高的转速或者基频f0引起更高的参考频率fn而更低的转速或者基频f0引起相应更低的参考频率fn。
45.对于恒定转速或者基频f0的在图2中所示出的稳定的情况而言，在所显示的优选的实施例中设置成，附加噪声的频带fn中的至少一个包括一半基频f0的整数多倍n。此时，这适用于附加噪声的多个频带fn，且尤其适用于首先的五个频带f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
，在其中，一半基频f0的整数多倍n此时为1至5。当然还可设置有另外的带有额外整数多倍n的频带。如下在本发明的情况中同样可以是适宜的，即，忽略单个(einzelne，或各个)频带。无论如何应优选存在带有n等于1和2且尤其n等于1至3的整数多倍的附加噪声的这样的频带。
46.附属的参考频率fn(此处f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
)无须精确地与一半基频f0的整数多倍n一致，其中，然而一半基频f0的整数多倍n在稳定运行中应至少处在频带fn(此处f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
)内。此时然而所提及的一致性占主导地位，据此频带f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
的参考频率f
n=1
,f
n=2
,f
n=3
,f
n=4
,f
n=5
被调整到一半基频f0的相关联的整数多倍n上。无论如何如下被实现，即，作为对于运行状态而言有代表性地被感受的且对于声学上的反馈而言重要的峰在一半基频f0的整数多倍n的情形中、即在f
n=1
,f0=f
n=2
,f
n=3
的情形中等等在运行声压级lb的曲线中增强且以总噪声g的形式以总声级lg的相应曲线被使得可更好地感知。
47.此外还可看出，对于附加噪声的强度而言的确定的下限和上限被遵循。一方面，附加噪声被如此地匹配于运行声压级lb
p
的曲线，即，在频带fn的所选择的参考频率fn的情形中所形成的对应的总声压级lg
p
高于对应的运行声压级lb
p
至少3db。示例地此处参照参考频率f0=f
n=2
，在其处总声压级lg
p
大约为80db且进而高于52db高度的对应的运行声压级lb
p
28db、即至少3db。另一方面，确定的上限也不被超出：在频带fn的所选择的参考频率fn的情形中所形成的对应的总声压级lg
p
比对应的运行声压级lb
p
高不多于40db且尤其不多于30db。此处示例地再次参照参考频率f0=f
n=2
，在其处总声压级lg
p
为大约80db且进而高于52db高度的对应的运行声压级lb
p
28db、即不多于30db。
48.先前所描述的状态也可在不稳定的运行中、即在加速和/或减速的情形中被保持。优选地，在此然而频带fn或者频带f
n=1
, f
n=2
, f
n=3
, f
n=4
, f
n=5
相比稳定运行在更高或者更低频率的方向上被移动。由此，工作运行的动态性在声学上被更明显地突出。