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Verfahren und Einrichtung zur Übertragung von Schallsignalen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zur Erhöhung der Sicherheit im Strassenverkehr geeignet ist.
Der starke örtliche Lärm im Fahrerhaus von schweren Kraftfahrzeugen macht es für den Fahrer fast immer unmöglich, die akustischen Signale wahrzunehmen, die von den nachfolgenden und zur Überholung ansetzenden Fahrzeugen gegeben werden, bis das nachfolgende Kraftfahrzeug ganz dicht aufliegt und kei- nerlei Ausweichmöglichkeit ohne die Gefahr eines Zusammenstosses mehr besteht.
Der Mittelwert des Lärms im Inneren des Filhrerhauses eines fahrenden schweren Kraftfahrzeuges be- trägt etwa 90 decibel bzw. phon und mehr, während der Ton eines normalen akustischen Autosignals aus 40 Meter Entfernung wohl nur selten den Mittelwert von 80 bis 85 decibel bzw. phon überschreitet. Es wird daher nicht wegen seiner Lautstärke, sondern wegen seiner Eigenart erkannt. Da aber die Aufmerksamkeit des Fahrers hauptsächlich auf die Fhnrung des Fahrzeuges abgestellt ist, so ist es für ihn schwer, wenn nicht unmöglich, im Führerhaus die akustischen Signale wahrzunehmen, die von den nachfolgenden und zur Überholung ansetzenden Fahrzeugen gegeben werden.
Für die Verkehrssicherheit ist es daher höchst nützlich, eine Vorrichtung zu haben, die im Führer- haus unzweideutig die Töne anzeigt, die von nachfolgenden Kraftfahrzeugen gegeben werden, wenn sie noch genügend weit entfernt sind, so dass dem Fahrer des schweren Fahrzeuges rechtzeitig die Möglichkeit gegeben ist, die notwendigen Vorsichtsmassnahmen zur Erleichterung des Übeiiiolvorganges zu treffen.
Um das Signal eindeutig feststellen zu können, müssen die akustischen Überholsignale der Fahrzeuge vom allgemeinen Strassenlärm unterschieden werden, auch wenn der letztere stärker als die ankommende Signalintensität ist ; die Wirkungsweise der Anlage muss also von der Eigenart des Tones abhängen.
Durch systematische Untersuchungen des Lärms, der durch den Strassenverkehr verursacht wird, ist festgestellt worden, dass dieser sich hauptsächlich über die Zone zwischen 50 und 1500 Hz im akustischen Spektrum erstreckt ; die akustischen Warnsignal der Kraftfahrzeuge aber, auch wenn sie aus Tönen mit verhältnismässig tiefen Grundnoten bestehen, haben fast alle harmonische Töne von bemerkenswerter In- tensität im akustischen Spektrum zwischen 2000 und 8000 Hz, einer Zone also, in welcher der obenerwähnte Strassenlärm entweder gar nicht vorhanden oder nur sehr schwach ist. Ausserdem ertönt das Warnsignal der zum Überholen ansetzenden Fahrzeuge auf Grund internat1onaleGewohnheiten und natürlicher psychologische Neigung der Fahrer für eine Sekunde oder länger.
Wenn also die erwähnteWiedergabevorrichtung imFUhrerhaus gegenUber Tönen, die nicht die Dauer einer Sekunde haben, unempfindlich ist, werden auch impulsive Fremdtöne, die zufällig in dem Bereich zwischen 2000 und 8000 Hz des akustischen Spektrums liegen, ausgeschaltet. Dadurch erhöht sich die Sicherheit des Verfahrens zur Übertragung ausschliesslich derjenigen Töne, die durch die akustische Signalvorrichtung jener Fahrzeuge gegeben werden, die zum Überholen ansetzen.
Entsprechend dem oben Dargelegten führt nach der Erfindung ; die Anze1gevorrichtung fUr Überholun- gen eine Auswahl jener anhaltenden Töne durch, deren Frequenzkomponenten zwischen 2000 und 8000 Hz liegen ; diese Auswahl erfolgt mit der Verzögerung von einer Sekunde nach Beginn der Tonwabmehmung. Man hat schon Geräte gebaut, die, ohne eine Frequenzaussiebung vorzunehmen, länger dauernde Töne aufnehmen und dann eine Signaleinrichtung'im Führerhaus des zu überholenden Wagens betätigen. Diese Einrichtungen gewährleisten aber nicht, dass nur Huptöne übertragen werden, sondern können auch bei
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andern länger dauernden, genügend starken Geräuschen ansprechen.
Gemäss der Erfindung werden die Schallsignale eines zur Überholung ansetzenden Fahrzeuges in das Fahrerhaus des zu überholenden Fahrzeuges derart übertragen, dass der Schall aufgenommen und in entsprechende elektrische Ströme umgewandelt wird, die unterhalb einer bestimmten Frequenz unterdrückt und oberhalb derselben verstärkt werden und anschliessend ihre Sin1l3form in eine rechteckige oder trapezförmige Kurvenform umgewandelt wird und in der Folge die Flanken dieser Stromkurven in Impulse gleicher Höhe und Breite umgewandelt werden, die zur Ladung eines Kondensators verwendet werden, der gleichzeitig über einen Nebenschlusswiderstand entladen wird, wobei für den Fall, dass der Ladestrom des Kondensators den Entladestrom übersteigt,
in Abhängigkeit von der Differenz dieser beiden Ströme nach einer vorbestimmten Zeitspanne von der steigenden Kondensatorspannung eine Alarmeinrichtung im zu tiberholenden Fahrzeug ausgelöst wird, die so lange in Tätigkeit bleibt, als die erforderliche Spannung am Kondensator vorhanden ist.
Die Erfindung ist. im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine
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Vorrichtung zur Verwirklichungder Erfindung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten AusfUhrungsform eer Erfindung führt ein Schallempfänger 1 die von aussen gemischt ankommenden Töne einem Mikrophon 2 zu. Die Kurve 3 zeigt eine zusammenfassende Darstellung der vom Mikrophon abgegebenen Ströme, die den aufgenommenen Tönen entsprechen. Dabei ist mit 4 ein verhältnismässig tiefer Grundton und mit 5 die zu diesem gehörende dritte Harmonische bezeichnet. In Wirklichkeit sind natürlich viele Harmonische höherer Ordnung vorhanden, der Übersichtlichkeit halber beschränkt sich aber die DarsLellung auf die dritte Harmonische. Selbstverständlich gilt alles, was hier von dieser Harmonischen gesagt wird, auch für die ändern Harmonischen, in einzelnen Fällen sogar mit noch grösserer Berechtigung.
In Serie mit dem Mikrophon 2 ist ein Kondensator 6 angeordnet, der als Filter zur Erleichterung des Durchgangs der höheren Frequenzen des akustischen Spektrums dient. Mikrophon und Filter mit den ententsprechenden Verbindungsleitungen bilden den ersten Kreis der Vorrichtung gemäss der Erfindung.
Ihm. folgt ein Eingangsverstärker, dessen Hauptteil ein Transistor 7 ist ; dieser besitzt am Eingang einen Widerstand 8, der dem Transistor die Spannung für den nötigen Arbeitspunkt zuführt, so dass keine Verzerrungen in der Wellenform der erhaltenen Signale auftreten. Am Ausgang des Transistors sind ein Ladewiderstand 9 und ein Kupplungskondensator 10 angeordnet, während auf der Emitterseite ein Widerstand 11 und ein Kondensator 12 vorgesehen sind, die für die Stabilisierung des Transistors sorgen. Die Daten der Elemente sind in dieser Verstärkungsstufe derart gewählt, dass die Amplituden der höheren Frequenzen angehoben werden, so dass nun ein Stromdiagramm, wie es in 13 dargestellt ist, erzielt wird.
In der zweiten Verstärkungsstufe ist ebenfalls als Pauptorgan ein Transistor 14 verwendet, an dessen Eingang ein Widerstand 15 angebracht ist, der die Aufgabe hat, den Transistor auf einen Arbeitspunkt in die Nähe desSperrwiderstandes zu bringen, während sich am Ausgang ein Widerstand 16 und ein Kondensator 17 befinden, deren Werte so gewählt sina, dass sie die Anhebung höherer Frequenzen erleichtern.
Der Emitter ist mit-einer Leitung 18 verbunden. Die Charakteristik dieser zweiten Stufe ist so gewählt, dass die negativen Halbperioden abgeschnitten werden, so dass alle von der ersten Stufe kommenden Fre- quenzen, auf die gleiche Amplitude gebracht werden. Es ergeben sich dabei in den negativen Halbwellen trapezförmige Kurven ; das entsprechende Diagramm ist bei 19 dargestellt.
Es ist dann noch eine dritte Stufe vorgesehen, in der das Hauptorgan wieder ein Transistor 20 ist, an dessenBasis ein Arbeitspunktwiderstand 21 angelegt ist, der die Aufgabe hat, die positiven Halbwellen zu beschneiden. Der Ausgang des Transistors 20 ist mit einer Polklemme der Primärwicklung des Transformators 22 verbunden. Der Emitter ist mit der Leitung 18 verbunden. Die Charakteristiken dieser Stufe sind so gewählt, dass man eine Nivellierung der positiven Halbwellen erhält, ganz ähnlich jener, mit der in der zweitenStufe dieNivellierung der negativen Halbwellen ausgeführt wurde. Im entsprechenden Diagramm 23 erscheinen daher die Halbwellen annähernd quadratisch.
Die zweite Polklemme des Transformators 22 ist mit der Leitung 24 verbunden, an welche auch die Widerstände 8, 9, 15, 16 und 21 angeschlossen sind, und die an Masse gelegt ist. In diesem Transformator erzeugen nur die steilen Flanken der vom Transistor 20 gelieferten Ströme. Spannungen in der Sekundärwicklung. Diese Spannungen bestehen aus ganz kurzen Impulsen, die im wesentlichen dreieckig, positiv und negativ sind, wie es unter 25 schematisch dargestellt ist. Auf der Sekundärseite des Transformators 22 befinden sich ein Kondensator 26, ein Widerstand 27 und ein Kondensator 28, die in T-Form miteinander geschaltet sind, wodurch bei entsprechender Anpassung die Impulse 25 schliesslich auf die unter 29 dargestellte praktisch rechteckige Form mit steilen Seitenlinien gebracht werden.
Es folgt eine Gleichrichter-
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diode 30, welche die negativen Impulse auslöscht, während die positiven Impulse durch eine Diode 31 gehen und unter Summierung ihrer augenblicklichen Energien, die nun alle nach dem Diagramm 32 in der gleichen Richtung liegen, einen Kondensator 34 aufladen. Zuvor gehen sie durch einen Widerstand 33, der zur Beschränkung der Ladegeschwindigkeit dient. Die Konstanten des Kondensators 34 und des Widerstandes 33 bestimmt man in Abhängigkeit von der Verzögerung, für die man das System einstellen will, damit Geräusche kürzerer Dauer kein Ansprechen verursachen können.
Es ist hier an Geräusche mit einer kürzeren Dauer als der zulässigen Mindestdauer von Überholsignalengedacht, die durch die Wamvooj. ch- tungen der überholenden Fahrzeuge gegeben werden.
Parallel zum Kondensator 34 befindet sich ein Widerstand 35, tiber den jener entladen wird. Ebenfalls parallel zu dem gleichen Kondensator befindet sich ein spannungsempfind11ches Relais 36 von hoher Emp- findlichkeit, dem ein Widerstand 37 vorgeschaltet ist. Durch Anpassen der Empfindlichkeit dieses Relais
36 an die Zeitkonstante des Kreises, der durch den Kondensator 34 und den Widerstand 35 gebildet wird, wird die Häufigkeit der Impulse 32 bestimmt, die für die, für das Ansprechen des Relais 36 erforderliche Spannung am Kondensator 34 nötig ist. Richtet man es so ein, dass die notwendige Mindestzahl 2000 Impulse pro Sekunde beträgt, ergibt sich automatisch die Aussiebung von Tönen mit einer höheren Frequenz als 2000 Schwingungen pro Sekunde, was entsprechend dem am Anfang dieser Beschreibung Dargelegten erforderlich ist.
Diese Häufung von Impulsen ist im Diagramm 38 schematisch dargestellt.
Das Relais 36 steuert nun ein Hilfsrelais 39, das den Stromkreis einer Kontrollampe 40 und eines Summers 41 schliesst. Die Betätigung dieser Vorrichtungen zeigt die Signale im Führerhaus an, die von nachfolgenden und zum Überholen ansetzenden Fahrzeugen mit ihren normalen akustischen Vorrichtungen gegeben werden.
Eine weitere Ausführungsform unter den vielen Möglichkeiten zur Durchführung der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 2 dargestellt. Sie besteht darin, dass die vom Mikrophon aufgenommenen normalen Signale ausgesiebt und ohne Verzerrung durch eine oder mehrere Eingangsstufen verstärkt und dann durch einenendverstärker in sinusförmiger Form. wie im Diagramm 4a gezeigt, der Primärspule des Transformators 22a zugeführt werden. An den beidenKlemmen der Sekundärwicklung, die eine Mittelanzapfung besitzt, sind zwei gegeneinandergescha) tete Dioden 42 und 43 angeschlossen. Die Kathoden der beiden Dioden sind miteinander verbunden. Zwischen der Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Transformators 22a und den beiden Kathoden ist eine Batterie 44 zwischengeschaltet.
In ihrem Stromkreis liegen ein Potentiometer 45 und ein fester W iderstaDd 47, Die sinusförmigen Wellen, die aus derSekundärwicklungdsss Transformators 22a kommen. werden durch die beiden Dioden 42 und 43 in die bei 48 schematisch darge- stellten quadratischen Wellen umgewandelt. Diese quadratischen Wellen haben alle die gleiche Höhe, die durch den Wert der konstanten Vorspannung der Batterie 44 bestimmt ist.
Die so erhaltenen quadratischen Wellen werden über den Kondensator 49 zu einer Diode 30a geführt, welche die positiven Halbperioden auslöscht, wahrend eine zweite Diode 31a, die gegenüber der Diode 30a umgekehrt gepolt ist, die Aufgabe hat, die negativen Halbperioden 32a durchzulasn. Auf diese Weise werden gleichgerichtete Impulse von gleicher Höhe erhalten, die aber in ihrer Anzahl pro Zeiteinheit veränderlich sind, und die eine Funktion der vom Mikrophon aufgefangenen akustischen Frequenzen sind, die in der einen oder den verschiedenenstufen verstärkt wurden. Es summieren sich nun die negativen Impulse 32a mit ihren augenblicklichen Energien und laden den Kondensator 34a aber den Widerstand 33a auf, der die Ladegeschwindigkeit des Kondensators bestimmt,
so dass kurzzeitig auftreten- de Geräusche ausgeschlossen werden, die in den akustischen Spektralbereich der Warnsignal fallen, die von den nachfolgenden Fahrzeugen abgegeben werden.
Parallel zum Kondensator 34a ist der Widerstand 35a vorgesehen, der die gleiche Aufgabe hat wie der Widerstand 35 in Fig. l. Von diesem Punkte ab ist die Anordnung genau die gleiche wie in Fig. 1 beschrie-
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dig dem Diagramm 38 der Fig. 1 ähnlich ist.
Es versteht sich von selbst, dass die Vorrichtung, die hier in zwei Ausführungsbeispielen beschrieben und durch beigefügte Zeichnungen erläutert wird, in den verschiedensten Formen verwirklicht werden kann. So können in der Vorrichtung selbst einzelne Teile ersetzt, hinzugefügt oder weggelassen werden, ohne dass derBereich derfrfindung verlassen wird, wenn nur die Grundmerkmale des Verfahrens unverändert bleiben. So können z. B. der Widerstand 35 und das Relais 36 in der Praxis zu einem einzigen Instrument vereinigt werden, so dass das Relais statt auf Spannung auf Strom anspricht. Ferner können in den Verstärkerstufen die Kupplungselemente statt aus Widerständen aus Induktionen od. dgl. bestehen, um di < : interessierenden Frequenzen noch besser anzuheben.
Man könnte die Beispiele von Varianten, wie die hier angedeuteten, unendlich multiplizieren, würde dabei aber immer im Bereich der Erfindung bleiben.