DE2154315B2 - Anordnung zum erzeugen eines akustischen signals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugern eines akustischen Signals durch ein elektrisches Wecksignal mit einem Oszillator, dessen Speisespannung aus dem elektrischen Wecksignal abgeleitet st, und einem einen akustischen Resonator enthaltenden elektroakustischen Wandler mit zwei Anschlüssen, die direkt mit dem Oszillator verbunden sind.

Derartige Anordnungen werden unter anderem in Telefonapparaten zum akustischen Anzeigen ankommender Anrufe verwendet. Im allgemeinen werden Wechselstromklingeln verwendet. Diese haben den Nachteil, daß das abgestrahlte akustische Signal zum größten Teil im Bereich der höheren Hörfrequenzen liegt und dadurch für ältere Personen schlecht wahrnehmbar ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, werden Weckanordnungen angewendet, die aus einer ^5S Kombination aus einem elektrischen Oszillator und einem elektroakustischen Wandler bestehen.

Eine derartige Weckanordnung ist aus der US-PS 59 899 bekannt, bei der der Oszillator mit dem gleichgerichteten Wecksignal gespeist wird. Der Oszil- ^⁰ lator enthält als frequenzbestimmende Bauteile Spulen und Kondensatoren, und am Ausgang des Oszillators ist ein elektroakustischer Wandler angeschlossen. Wenn der elektroakustische Wandler mit einem akustischen Resonator mit einem verhältnismäßig schmalen Fre- ^6s quenzband versehen ist und die Frequenz des elektrischen Oszillators genau derjenigen des elektroakustischen Wandlers angepaßt ist, wird der Schallpegel erhöht, ohne daß zusätzliche elektrische Energie zugeführt werden muß. Sobald jedoch die Frequenz' des elektrischen Oszillators von der des elektroakustischen Wandlers abweicht, sinkt der elektroakustische Wirkungsgrad der gesamten Anordnung stark ab. so daß kein ausreichendes akustisches Signal mehr eizeugi

wird. -«j ι

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der unabhängig von den Bauelementen des Oszillators der elektroukustische Wandler immer mit seiner optimalen Frequenz angesteuert wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elektroakustische Wandler ein frequenzbestimmender Teil des Oszillators ist und ein ausgeprägtes Maximum der elektrischen Impedanz als Funktion der Frequenz zwischen seinen zwei Anschlüssen aufweist und daß der Oszillator ein Zweipol mit einem negativen Widerstand zwischen den mit dem elekiroakustischen Wandler verbundenen Anschlüssen ist. Dadurch brauchen in dem Oszillator keine elektrischen Bauteile auf eine bestimmte Frequenz abgeglichen zu werden, so daß sich eine einfache und betriebssichere Anordnung ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausfübvungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.2 einen Querschnitt durch einen elektroakustischen Wandler,

Fig. 3 die Impedanzkennlinie eines elektroakustischen Wandlers nach F i g. 2,

Fig.4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt eine Weckanordnung zum Erzeugen eines akustischen Signais in Reaktion auf Wecksignale, beispielsweise zur Anwendung in Fernsprechern. Diese Weckanordnung enthält einen elektroakustischen Wandler 100, einen Verstärker 101 und einen Dioden-Brückengleichrichter 102. Die Wecksignale, die durch eine Wechselspannung gebildet werden, deren Frequenz in Fernsprechanwendungen zwischen 16V₃Hz und 60 Hz liegen kann, werden über di>: Eingangsklemmen 103-103' der einen Diagonale des Dioden-Brükkengleichrichters 102 zugeführt, wodurch über den parallel zur anderen Diagonale geschalteten Glättungskondensator 104 eine Gleichspannung entsteht. Diese Gleichspannung dient als Speisespannung für den Verstärker 101.

Entsprechend der Erfindung ist der Verstärker 101 als Zweipol mit negativer Impedanz ausgeführt. Die beiden Pole dieses Verstärkers sind in Fig. 1 mit 105 und 106 bezeichnet. Der elektroakustische Wandler 100 hat zwei elektrische Anschlußklemmen 107 und 108, die unmittelbar an die Pole 105 und 106 des Verstärkers 101 angeschlossen sind. Der Verstärker 101 enthält einen Transistor 109 vom pnp-Typ und einen Transistor 110 vom npn-Typ. Die Basis des Transistors 109 ist über einen Widerstand 111 an den Pol 106 und über einen Widerstand 112 an einen Spannungsbezugspunkt 113 angeschlossen, der Emitter ist über einen Widerstand 114 an den Pol 105 und der Kollektor über einen Widerstand 115 an die Basis des Transistors 110 angeschlossen. Diese Basis ist über einen Widerstand 116 an den Bezugspunkt 113 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 110 ist über einen Widerstand 117 an den Bezugspunkt 113 und der Kollektor unmittelbar an

den Pol 106 angeschlossen. Der Verstärker 101 enthält keine reaktiven Elemente wie Kondensatoren und Spulen und ist somit ein nicht abgestimmter Verstärker. Die Speisespannung für den Verstärker wird zwischen <Jem Pol 105 und dem Bezugspunkt 113 angelegt.

Fig.2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Querschnitts und Fig. 3 einen Teil der zwischen den elektrischen Anschlußklemmen gemessenen Impedanzfcennlinie eines zur Anwendung in der Anordnung nach Fig-' geeigneten elektroakustischen Wandlers. Der Elektroakustisch^ Wandler nach F i g. 2 enthält ein elektromagnetisches System, das allgemein mit 200 bezeichnet ist und auf bekannter "Weise durch einen an einer Seite offenen Kern 201 aus magnetischem Material mit einer darauf vorgesehenen Wicklung 202 und einer gegenüber dem offenen Teil des Kerns angeordneten Schwingplalte 203 mit einer daran vorgesehenen magnetischen Kurzschlußbrücke 204 gebildet wird. Die elektrischen AnschlulJfdemmen 107 und 108 werden durch die Enden der Wicklung 202 gebildet.

Das elektromagnetische System 200 ist in einem Zylinder 205 untergebracht, der an der Oberseite mit einer Deckplatte 206 verschlossen ist. An der Unterseite des Zylinders 205 befindet sich eine Öffnung 206, aus der *5 akustische Energie nach außen treten kann. Die Schwingplatte 203 ist an der Innenwand des Zylinders 205 befestigt und unterteilt den Innenraum des Zylinders in einen oberen und einen unleren Teil. Der obere Teil wird durch den Kern 201 in zwei Teile geteilt, die über die Öffnungen 207 und 208 miteinander in Verbindung stehen. Der untere Teil ist durch eine Zwischenwand 209 in einen Kopplungshohlraum 210 und einen Helmholtz-Resonator 211 unterteilt. Der Kopplungshohlraum 210 und der Resonator 211 stehen über die Öffnung 212 in der Zwischenwand 209 miteinander in Verbindung.

Die Impedanzkennlinie, die zwischen den Klemmen 107 und 108 gemessen werden kann, ist von den Abmessungen des Zylinders, den Eigenschaften der Schwingplatte und der etwaigen Anwendung eines Kopplungshohlraums wie der Kopplungshohlraum 210 abhängig. Durch eine auf experimentellem Weg bestimmte Wahl der Abmessungen des Zylinders und der Eigenschaften der Schwingplatte kann gegebenenfalls unter Anwendung des Kopplungshohlraums 210 eine zwischen den Klemmen 107 und 108 gemessene Impedanzkennlinie verwirklicht werden, die in Fig. 3 veranschaulicht ist, Die in F i g. 3 dargestellte Kennlinie stellt den Verlauf der Impedanz mit der Frequenz für so den Frequenzbereich von 700 bis 1200 Hz dar. Ir. F i g. 3 ist auf der Horizontalachse der reelle Teil Re und auf der Vertikalachse der Imaginäre Teil Im der zwischen den Klemmen 107 und 108 gemessenen Impedanz aufgetragen. Diese Kennlinie hat die besondere Eigenschaft, daß in dem Punkt der Kennlinie, in dem der komplexe Wert der Impedanz maximal ist (in F i g. 3 bei 1000Hz), der Imaginärteil der Impedanz Null ist. In diesem Punkt ist die Impedanz somit reell.

Die Anwendung eines elektroakuslischen Wandlers nach F i g. 2 und F i g. 3 in der Anordnung nach F I g. 1 ruft die folgende Wirkungsweise dieser Anordnung in Reaktion auf Wecksignale hervor. Wenn an den Klemmen 103 und 103' ein Wecksignal empfangen wird. so entsteht nach Gleichrichtung und Glättung ein Speisespannungsimpuls zwischen dem Bezugspunkt und dem Pol 105. Dieser Speisespannungsimpuls erregt den elektroakustischen Wandler 100, wodurch zwischen den Klemmen 107 und 108 eine gedämpfte elektrische Schwingung entsteht. Diese gedämpfte elektrische Schwingung hat. ebenso wie es beim Erregen eines elektrischen LC-Kreises der Fall ist, im wesentlichen diejenige Frequenz, bei der der komplexe Wert der Impedanz maximal und der Imaginärteil minimal ist, d. h. im vorliegenden Fall eine Frequenz von 1000 Hz.

In der ersten halben Periode der gedämpften elektrischen Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108, in der die Klemme 108 in bezug auf die Klemme 107 eine negative Spannung hat, wird der Transistor 109 über den Widerstand 111 in den leitenden Zutand versetzt. Der Transistor 109 schickt, wenn er im leitenden Zustand ist, über den Widerstand 115 einen Basisstrom zur Basis des Transistors 110, wodurch dieser in den leitenden Zustand versetzt wird. Hierdurch nimmt der von der Klemme 107 zur Klemme 108 fließende Strom zu und wird die Spannung des Pols 106 noch negativer in bezug auf den Pol 105. Das Ergebnis ist, daß der Transistor 109 über den Widerstand Hl noch weiter in den leitenden Zustand versetzt wird. Durch diese regenerative Rückkopplung vom Pol 106 aus über den Transistor 109 zur Basis des Transistors 110 werden die Transistoren 109 und 110 sehr schnell gesättigt. Am Kollektor des Transistors 110 entsteht hierdurch ein negativ verlaufender Impuls, der dem elektroakustischen Wandler 100 zugeführt wird.

Der Transistor 110 verursacht auf diese Weise eine kräftige Verstärkung der in erster Linie durch den Speisespannungsimpuls verursachten gedämpften Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108. Am Ende der betrachteten halben Periode der Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108 kehrt die Spannung zwischen diesen Klemmen ihr Zeichen um und wird die Spannung des Pols 106 positiver als die Spannung des Pols 105. Die regenerative Rückkopplung des Pols 106 über den Transistor 109 zur Basis des Transistors 110 ist nun wirksam, um die Transistoren 109 und 110 schnell zu sperren. In der halben Periode der Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108. in der die Spannung der Klemme 108 positiver ist als die Spannung der Klemme 107, bleiben die Transistoren 109 und HO gesperrt. Am Ende dieser halben Periode kehrt die Spannung zwischen den Klemmen 107 und 108 ihr Zeichen wieder um und wird die Spannung der Klemme 108 negativer in bezug auf die Spannung der Klemme 107. Hierdurch werden die Transistoren 109 und erneut schnell leitend, wodurch dem elektroakustischen Wandler ein neuer Impuls geliefert wird. Infolgedessen entsteht eine neue gedämpfte Schwingung, wodurch der beschriebene Zyklus erneut durchlaufen wird.

In F i g. 4 ist eine andere Ausführung des Verstärkers 101 dargestellt. Dieser enthält zwei Transistoren und 401 von demselben Leitfähigkeitstyp, in diesem Fall von npn-Typ. Die Basis des Transistors 400 ist über den Widerstand 402 mit dem Pol 106 und über den Widerstund 403 mit dem Bezugspunkt 113 verbunden, der Emitter ist über den Widerstand 404 mit dem Bezugspunkt 113 und der Kollektor über den Widerstand 405 mit dem Pol 105 verbunden und unmittelbar an die Basis des Transistors 401 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 401 ist mit dem Pol 106 und der Emitter über den Widerstand 406 mit dem Bezugspunkt 113 verbunden. Durch das Auftreten des Speisespannungsimpulses zwischen dem Bezugspunkt 113 und dem Tor 105 entsteht zwischen den Klemmen 107 und 108 eine gedämpfte elektrische Schwingung. In der ersten halben Periode der Schwingung zwischen

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den Klemmen 107 und 108, in der die Spannung der Klemme 108 negativer ist als die Spannung der Klemme 107, wird der Transistor 400 über den Spannungsteiler 402-403 gesperrt gehallen. Der Transistor 401 empfängt einen Basisstrom über den Widerstand 405 und wird dadurch in den leitenden Zustand versetzt. Die regenerative Rückkopplung vom Pol 106 aus über den Transistor 400 zur Basis des Transistors 401 sorgt dafür. daß der Transistor 401 sehr schnell gesättigt wird. Die Wirkungsweise entspricht im weiteren derjenigen des Verstärkers 101 in der Ausführung nach Fig. 1.

Der Verstärker 101 liefert eine Entdämpfung der durch den Speisespannungsimpuls erregten gedämpften elektrischen Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108 des elektroakustischen Wandlers 100. Dieser Wandler erzeugt dadurch akustische Energie mit im wesentlichen einer Frequenz, die gleich der Frequenz der elektrischen Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108 ist, d. h. in diesem Fall eine Frequenz von 1000Hz.

Der Verstärker 101 und der elektroakustische Wandler 100 bilden zusammen einen elektroakustischen Osziilator, dessen Abstimmung vollständig durch den elektroakustischen Wandler bestimmt wird. Dies ist durch eine derartige Bemessung des elektroakustischen Wandlers ermöglicht, daß entsprechend F i g. 3 im Maximum des komplexen Wertes der /wischen den Klemmen 107 und 108 gemessenen Impedanz der Imaginärteil derselben Null ist, d.h. daß Strom und Spannung dort in Phase sind. Der Verstärker 101 enthält keine Abstimmelemente und kann auf treffende Weise als ein Verstärker mit zwei Polen 105 und 1Oi charakterisiert werden, zwischen denen eine negative Impedanz auftritt, d.h. eine Impedanz, die in dem ir Frage kommenden Frequenzbereich (in diesem Fall ir der Nähe von 1000Hz) einen negativen reellen Tci aufweist, der für die Entdämpfung der zwischen der Klemmen 107 und 108 des elektroakustischen Wandler; 100 auftretenden Impedanz verantwortlich ist.

Wenn die Kapazität des Glättungskondensators 10^ in den Anordnungen nach Fig. 1 und 4 nicht zu grol gewählt wird, so entsteht darüber bei Empfang eine; Wecksignals eine Welligkeitsspannung mit der doppe! ten Weckfrequenz. Diese Welligkeitsspannung modu lien die zwischen den Klemmen 107 und 108 de elektroakustischen Wandlers auftretende Schwingun« von 1000Hz. Der elektroakustische Wandler erzeug dann ein moduliertes 1000 Hz akustisches Signal. Die erhöht die Wahrnehmbarkeit des akustischen Weck signals.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Paternansprüche:

1. Anordnung zum Erzeugen eines akustischen Signals durch ein elektrisches Wecksignal mit einem Oszillator, dessen Speisespannung aus dem elektrischen Wecksignal abgeleitet ist, und einem einen akustischen Resonator enthaltenden elektroakustischen Wandler mit zwei Anschlüssen, die direkt mit dem Oszillator verbunden sind, dadurch ge-•kennzeichnet, daß der elektroakustisch^ Wandler (TOO) ein frequenzbestimmender Teil des Oszillators (101) ist und ein ausgeprägtes Maximum der elektrischen Impedanz als Funktion der Frequenz zwischen seinen zwei Anschlüssen (107, ¹S 108) aufweist und daß der Oszillator ein Zweipol mit eine^ii negativen Widerstand zwischen den mit dem elektroakustischen Wandler verbundenen Anschlüssen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker zwei Transistoren (400, 401; 109, 110) enthält, in denen die Basis und der Kollektor des einen Transistors kreuzweise mit der Basis und dem Kollektor des anderen Transistors gekoppelt sind. ²S

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren denselben Leitfähigkeitstyp aufweisen.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Impedanz des elektroakustischen Wandlers (100) in den Kollektorkreis eines der Transistoren geschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Fernsprecher eingesetzt ist.