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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein tragbare Funksprechvorrichtungen und insbesondere tragbare Funksprechvorrichtungen, die in der Gegenwart von flüchtigen Gasen betrieben werden und entwickelt sind, um eine Zündung von flüchtigen Gasen zu vermeiden, so dass die tragbare Funksprechvorrichtung als eigensicher betrachtet wird.
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HINTERGRUND
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Eine tragbare Funksprechvorrichtung ist eine tragbare Vorrichtung, die der Benutzer bei sich trägt, beispielsweise in einem Halfter oder einem anderen Träger, und der Benutzer kann das tragbare Funksprechgerät zum Beispiel mittels Handhaben von Tasten und Knöpfen auf dem Funkgerät oder mittels Verwendens einer Fernbedienung betreiben, die auch durch den Benutzer getragen wird und mit der tragbaren Funksprechvorrichtung verbunden ist. Tragbare Funksprechgeräte werden in einer großen Vielzahl von Anwendungen benutzt, in denen sofortige oder nahezu augenblickliche Kommunikation wünschenswert ist. Zweiweg-Kommunikationssysteme, einschließlich tragbarer Funksprechvorrichtungen, werden unter anderem von Organisationen der öffentlichen Sicherheit, Notfallhilfe, Rettungsorganisationen, Feuerwehren und industriellen Organisationen verwendet. Allgemein ist Zweiweg-Kommunikation eine Art von Halb-Duplex-Kommunikation, in der sich das Funkgerät entweder in einem Empfangs-, Sende- oder in einem Warte-/Überwachungsmodus befindet, wenn es eingeschaltet ist. Wenn ein Benutzer ein Zweiweg-Funkgerät ”einschaltet”, prüft das Funkgerät typischerweise zur Sicherheit, ob der Kanal frei ist, und beginnt dann zu senden, nachdem es dem Nutzer ein hörbares Zeichen gegeben hat, dass das Funkgerät sendet und der Benutzer mit Sprechen beginnen kann. Das Funkgerät setzt das Senden so lange fort, wie der Benutzer das Funkgerät eingeschaltet hat. Um das Funkgerät einzuschalten, kann der Benutzer eine ”Drücken-zum-Sprechen”-Taste auf dem Funkgerät oder einem abgesetzten Funkmikrofon, falls ein solches benutzt wird, drücken.
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In manchen Situationen kann der Benutzer einer tragbaren Funkvorrichtung das Funkgerät wissentlich oder unwissentlich an Orte tragen, an denen sich flüchtige Gase in der Umgebungsluft befinden. Beispiele für solche Orte schließen Bergbaubetriebe, Industrie- und Chemieanlagen, Unfallorte usw. ein. Wenn man bedenkt, dass tragbare Zweiweg-Funkvorrichtungen batteriebetrieben sind und verschiedene Bauteile (beispielsweise Kondensatoren, Spulen) beinhalten, die zusätzlich zu der Batterie Energie speichern, besteht die Möglichkeit eines Entladungsereignisses oder einer örtlichen Wärmeerzeugung, die eine Zündung von umgebenden flüchtigen Gasen verursachen kann. Um solchen Bedingungen Rechnung zu tragen, haben Hersteller Maßnahmen ergriffen, um tragbare Funksprechvorrichtungen zu entwickeln, die als eigensicher eingestuft sind zur Verwendung durch Personen, die unter solchen Bedingungen arbeiten könnten. Um als eigensicher eingestuft zu werden, muss – neben anderen Einschränkungen – ein batteriebetriebenes elektronisches Gerät dafür entwickelt sein, eine Energiespeicherung in den Schaltkreisbauteilen zu begrenzen, für den Fall, dass ein Fehler auftritt, der die in solchen Bauteilen gespeicherte Energie freigibt, und müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Energie, die an den Batterieanschlüssen verfügbar ist, zu begrenzen, um energiegeladene Funken ausreichend zu vermeiden, für den Fall, dass ein unbeabsichtigtes Kurzschließen zwischen den Anschlüssen auftritt. Außerdem kann es notwendig sein, Leistung, die der Vorrichtung oder den Bauteilen in der Vorrichtung aus der Batterie bereitgestellt wird, zu begrenzen, um ein Erhitzen von kleinen Bauteilen zu verhindern, um ein Erzeugen einer Wärmequelle zu vermeiden, die ausreichend ist, um eine Zündung von flüchtigen Gasen, Staub oder anderen solchen Zusammensetzungen in der umgebenden Atmosphäre zu verursachen.
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Die typischen Speicherkomponenten in einem gegebenen elektronischen Gerät sind Kondensatoren und Spulen. Kondensatoren speichern Energie in Gestalt von elektrischer Ladung, und Spulen speichern Energie in Gestalt eines magnetischen Feldes, das durch einen Strom durch die Induktivität entsteht. In typischen elektronischen Vorrichtungen, einschließlich Funksprechgeräten, sind die meisten dieser passiven Bauteile klein und werden keine Energie speichern, die ausreichend ist, um bedenklich zu sein, selbst wenn sie unter der Annahme einer extremen Fehlerbedingung zusammengerechnet werden. Jedoch können Leistungsbauteile, Kapazitäts- oder Induktivitätswerte aufweisen, die groß genug sind, um bedenklich zu sein, und es kann ein Bedarf bestehen, sie zu begrenzen.
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Bei tragbaren Funksprechvorrichtungen ist insbesondere die Lautstärke wichtig, weil der Benutzer in der Lage sein muss, Nachrichten unter Bedingungen zu hören, die unter Umständen lärmbelastet sind. Die Notwendigkeit einer Lautstärke, die für den Benutzer ausreicht, um empfangene Hörsignale aus dem Umgebungsgeräusch herauszuhören, erfordert die Verwendung von Lautsprechern, um empfangene Hörsignale wiederzugeben. Lautsprecher, die für tragbare Funksprechanwendungen geeignet sind, verwenden typischerweise eine induktive Lautsprecherspule, die durch den Audioverstärker angetrieben wird. In einer eigensicheren Anwendung jedoch muss die Induktivität der Lautsprecherspule begrenzt werden, um ein Überschreiten von Energiespeicherbestimmungen zu verhindern, wie auch um überhöhte Temperaturen zu vermeiden. Ein Begrenzen der Lautsprecherspuleninduktivität begrenzt jedoch die Lautstärke, die erreicht werden kann.
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Entsprechend gibt es einen Bedarf für ein Gerät zum Erreichen einer gewünschten Hörlautstärke, ohne spezifizierte Energiespeicher- und Temperaturgrenzen in einem Audioschaltkreis eines Gerätes zu überschreiten, das für eigensichere Anwendungen entwickelt wurde.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
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Die beigefügten Figuren, in denen sich gleiche Bezugszeichen über getrennte Sichten hinweg auf identische oder funktional ähnliche Elemente beziehen, sind zusammen mit der detaillierten Beschreibung unten einbezogen und bilden einen Teil der Beschreibung und dienen dazu, Ausführungsformen von Konzepten zu veranschaulichen, die die beanspruchte Erfindung einschließen und mehrere Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen erklären.
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1 ist ein Blockdiagramm einer tragbaren Funksprechvorrichtung entsprechend einiger Ausführungsformen;
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2 ist ein Blockdiagram eines Audioschaltkreises entsprechend einiger Ausführungsformen;
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3 ist eine isometrische Ansicht eines Lautsprechers, der mehrere getrennte Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen aufweist;
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4 ist eine Explosionszeichnung eines Lautsprechers in Schnittansicht, der mehrere getrennte Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen aufweist;
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5 ist eine Schnittzeichnung in Seitenansicht einer Anordnung eines Lautsprechermagneten und Pols in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen;
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6 ist eine Schnittzeichnung in Seitenansicht einer Anordnung eines Lautsprechermagneten und Pols, in welcher mehrere getrennte Lautsprecherspulen des Lautsprechers entsprechend einiger Ausführungsformen angeordnet sind;
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7 ist eine Schnittzeichnung in Seitenansicht einer Anordnung von mehreren getrennten Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen;
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8 ist eine Schnittzeichnung in Seitenansicht einer Anordnung von mehreren getrennten Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen;
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9 ist ein Blockdiagram eines Audioschaltkreises, der mehrere Lautsprecher in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen verwendet; und
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10 ist eine Schnittzeichnung in Seitenansicht einer Lautsprecherspulenanordnung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
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Der Fachmann wird würdigen, dass Elemente in den Figuren zur Einfachheit und Klarheit dargestellt sind und nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. Beispielsweise können die Abmessungen von einigen der Elemente in den Figuren im Verhältnis zu anderen Elementen übertreiben sein, um dazu beizutragen, ein Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
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Die Geräte- und Verfahrenskomponenten wurden, wo angemessen, durch übliche Symbole in den Zeichnungen dargestellt, wobei nur solche besonderen Einzelheiten gezeigt werden, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind, um die Offenbarung nicht mit Einzelheiten zu vernebeln, die für Personen mit üblichem Fachwissen, die den Nutzen der vorliegenden Beschreibung haben, sofort klar sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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[Freigehalten für Anspruch 1 in Satzform, anhängiges Erfinder- und In-Haus-Anwalts-Feedback].
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1 ist ein Blockdiagramm einer tragbaren Funksprechvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Die tragbare Funksprechvorrichtung 100 ist insbesondere entworfen, um eigensichere Standards zu erfüllen, so dass sie gefahrlos in der Gegenwart von flüchtigen Gasen oder anderen in der Luft befindlichen Stoffen verwendet werden kann, die gezündet werden könnten. Schlichtweg wird große Sorgfalt in dem Entwurf, dem Layout und der Bauteilauswahl für Schaltung und Aufbau der tragbaren Funksprechvorrichtung 100 angewendet, um eigensichere Entwurfsstandards zu erfüllen, um von Haus aus die Möglichkeit für entweder unsichere Energiespeicherung, die eine Funkenzündung verursachen könnte, oder Verlustleistung auszuschließen, die Bauteilerhitzung bis zu einem Grad veranlasst, der eine thermische Zündung verursachen könnte. Eigensichere Standards werden durch verschiedene Organe spezifiziert, wie beispielsweise der European Directive for Equipment for Use in Explosive Atmospheres (ATEX) und der International Electrotechnical Commission for Certification to Standards Relating to Equipment for use in Explosive Atmospheres (IECEx), um einige zu nennen.
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Die tragbare Funksprechvorrichtung 100 umfasst einen Sendeempfänger 102. Der Sendeempfänger 102 umfasst sowohl einen Funksender als auch einen Funkempfänger, die mit einer Antenne 104 zum Senden und Empfangen von Funksignalen verbunden sind. Der Sendeempfänger 102, obwohl er einen Prozessor, beispielsweise einen digitalen Signalprozessor, beinhalten kann, arbeitet unter Kontrolle einer Steuerung 106, die für den allgemeinen Betrieb der tragbaren Funksprechvorrichtung 100 verantwortlich ist. Die Steuerung 106 kann ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller sein, der Befehlscodes ausführt, der entwickelt ist, um die tragbare Funksprechvorrichtung 100 zu veranlassen, entsprechend einer Entwurfsspezifikation zu arbeiten. Der Befehlscode kann in einem Speicher 108 erstellt sein, der einen Arbeitsspeicher (RAM) umfassen kann. Der Speicher 108 kann eine Ansammlung von Speichertypen einschließlich RAM, Nur-Lese-Speicher (ROM) und anderen Speichertypen wie beispielsweise wiederbeschreibbare nichtflüchtige Speicher wie beispielsweise Flash-Speicher darstellen. Um einen Betrieb der tragbaren Funksprechvorrichtung 100 zu ermöglichen, ist die Steuerung 106 außerdem mit einigen Benutzerschnittstellenelementen 110 verbunden, die ein grafisches Display 112, eine Tastatur und andere Tasten und Knöpfe 114, einen Zubehöranschluss 116 und eine ”Drückenzum-Sprechen”-(PTT)-Taste 118 einschließen können. Das grafische Display 112 kann textuelle und grafische Inhalte zur visuellen Darstellung für einen Benutzer wiedergeben. Die Tastatur, die Tasten und Knöpfe 114 ermöglichen es einem Benutzer, Informationen einzugeben, einschließlich Auswahlen von Menüelementen, die auf dem grafischen Display 112 dargestellt werden, wie auch um Betriebseinstellungen auszuwählen, wie zum Beispiel Kanalauswahl, Lautstärke usw.
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Da die Hauptaufgabe des tragbaren Funksprechgeräts 100 Sprachkommunikation ist, schließt es auch einen Audioabschnitt oder -schaltkreis 120 ein, der Audiosignale verarbeitet, die durch den Sendeempfänger 102 empfangen werden, und es gibt die empfangenen Audiosignale über einen oder mehrere Lautsprecher in einer Lautsprecheranordnung 122 wieder. Der Audioabschnitt 120 kann Audiosignale in akustischer Gestalt von dem Benutzer über ein Mikrofon 134 empfangen, das eintreffende akustische Signale in elektrische Signale umwandelt, wie bekannt ist. Da die tragbare Funksprechvorrichtung 100 entworfen ist, um eigensicher zu sein, muss die Induktivität einer jeden Lautsprecherspule klein genug sein, um zu vermeiden, dass sie ausreichend Energie zum Verursachen einer Funkenentzündung speichert, wenn ein Fehler bei Spitzenstrom auftritt. Des Weiteren erfordern eigensichere Standards einen Sicherheitsfaktor, um sicherzustellen, dass sogar unter extremen Fehlerbedingungen die Energiespeicherung eines Bauteils auf ein sicheres Niveau begrenzt wird. Entsprechend ist der Induktivitätswert, der unter eigensicheren Standards erlaubt ist, erheblich kleiner als die theoretische Grenze. Die Eigensicherheitsbeschränkung auf den maximalen Induktivitätswert begrenzt die Leistung, die einer Lautsprecherspule bereitgestellt werden kann, wodurch die Audioleistung und damit auch die Lautstärke (z. B. ein Schalldruckpegel) begrenzt werden. Wenn man davon ausgeht, dass es lebenswichtig sein kann, Sprachkommunikation zu hören, und dass ein Benutzer sich in einer geräuschvollen Umgebung befinden kann, ist es wünschenswert, einen bestimmten Pegel von Lautstärke bereitzustellen, der möglicherweise nicht mit einem konventionellen Lautsprecher erreichbar ist, der eine Lautsprecherspule aufweist, die auf die unter eigensicheren Standards maximal zulässige Induktivität begrenzt ist.
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Um die Beschränkung, die aus den Induktivitätsgrenzen resultiert, zu überwinden, schließt die Lautsprecheranordnung 122 mehrere Lautsprecherspulen 128, 130 ein, die jeweils durch einen getrennten Audioleitungsverstärker 124 beziehungsweise 126 angetrieben werden. Die Gesamtzahl der Windungen der Vielzahl der Lautsprecherspulen 128, 130 kann im Wesentlichen gleich der eines konventionellen Lautsprechers sein, der den gewünschten Schalldruckpegel erzeugt, aber nicht eigensichere Standards zu erfüllen braucht, weil die gesamte Induktivität einer konventionellen Lautsprecherspule mehr Energiespeicherung zulässt, als in energiesicheren Standards erlaubt ist. Die Lautsprecherspulen 128, 130 können in einem einzelnen Lautsprecher angeordnet sein, oder die Lautsprecheranordnung 122 kann mehrere Lautsprecher einschließen, wobei jeder eine (oder mehrere) Lautsprecherspulen aufweist, wobei jede Lautsprecherspule mit dem Ausgang eines Differenz-Audioleistungsverstärkers verbunden ist. Die Audioleistungsverstärker sind einzeln strombegrenzt durch redundante Strombegrenzer in einem Strombegrenzungsblock 132, die den Strom begrenzen, der aus einer Batteriequelle 136 gezogen werden kann. Jeder Audioleistungsverstärker 124, 126 zieht Strom durch ein Paar von in Serie verbundenen redundanten Strombegrenzern in dem Strombegrenzungsblock 132, die eine schnelle Reaktionsfähigkeit aufweisen, so dass sie Strom auf den begrenzten Wert begrenzen, sogar in dem Fall eines Fehlers (z. B. ”Kurzschlusses”, oder einer Überbrechung oder offenen Schaltkreises) an dem Ausgang von einem der Verstärker 124, 126. Das heißt, die Reaktionszeit der Strombegrenzer ist so, dass der Strom durch sie einen Energiepegel für eine Funkenentzündung nicht erreichen kann. Der Strombegrenzungswert kann auf eine thermische Entzündungsgrenze eingestellt werden, gestützt auf den Gleichstrom-(DC)-Widerstand der Lautsprecherspule. Die thermische Zündgrenze, mit einem angemessenen Sicherheitsabstand, kann den Induktivitätswert der Lautsprecherspule bestimmen, im Hinblick auf eine Energiespeichergrenze für Funkenzündung.
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2 ist ein Blockdiagramm eines Audioschaltkreises 200 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Der Audioschaltkreis 200 kann Ausführungsformen darstellen, wie z. B. Audioabschnitt 120 und Strombegrenzer 132 der 1. Der Audioschaltkreis 200 schließt einen ersten Audioleistungsverstärker 202 und einen zweiten Audioleistungsverstärker 204 ein. Der erste Audioleistungsverstärker 202 stellt eine erste Ausgabe 206 bereit, und der zweite Audioleistungsverstärker 204 stellt eine zweite Ausgabe 208 bereit. Die erste Ausgabe 206 ist mit einer ersten Lautsprecherspule 210 verbunden, und die zweite Ausgabe 208 ist mit einer zweiten Lautsprecherspule 212 verbunden. In den hier dargestellten Ausführungsformen umringt die erste Lautsprecherspule 210 die zweite Lautsprecherspule 212, und erste und zweite Lautsprecherspulen 210, 212 sind durch einen Spulenkörper oder Lautsprecherspulenträger 214 getrennt. Ansicht 215 stellt eine Schnittansicht in Aufsicht der ersten und zweiten Lautsprecherspule 210, 212 und des Lautsprecherspulenträgers 214 dar, die zeigt, dass sie in einer im Wesentlichen kreisförmigen Anordnung angeordnet sind (die auch oval sein kann). Die erste Lautsprecherspule 210 ist um den äußeren Umfang des Lautsprecherspulenträgers 214 gewickelt, und die zweite Lautsprecherspule 212 ist entlang des inneren Umfangs des Lautsprecherspulenträgers 214 gewickelt. Wie hier gezeigt, stellt der Lautsprecherspulenträger 214 die Trennung zwischen der ersten und zweiten Lautsprecherspule 210, 212 bereit. Die Lautsprecherspulen 210, 212 müssen entsprechend einem eigensicheren Standard getrennt sein. Typischerweise bedeutet das, dass sie getrennt werden durch einen vorgeschriebenen dielektrischen Abstand, womit ein Abstand gemeint ist, der sich nach dem dielektrischen Material richtet, das die Lautsprecherspulen 210, 212 trennt und das einer standardisierten Spannungsdifferenz ohne Durchschlag standhält. In einigen Standards ist der dielektrische Abstand auf einen Spannungsunterschied von 500 Volt ausgelegt. Entsprechend muss, wenn man von dem 500-Volt-Standard ausgeht, der Teil des Lautsprecherspulenträgers 214, der die erste und zweite Lautsprecherspule 210, 212 trennt, in der Lage sein, einem Gleichspannungsunterschied von 500 Volt zwischen der ersten und zweiten Lautsprecherspule 210, 212 standzuhalten. Abhängig von dem Material, dass für den Lautsprecherspulenträger 214 benutzt wird, kann die Dicke des Lautsprecherspulenträgers beispielsweise 0,5 Millimeter betragen. Der Lautsprecherspulenträger 214 positioniert die Lautsprecherspulen 210, 212 in dem magnetischen Feld eines Permanentmagneten 217 der Lautsprecheranordnung 213. Da die Audioleistungsverstärker 202, 204 ihre jeweiligen Lautsprecherspulen 210, 212 antreiben, verursacht das resultierende magnetische Feld, das durch die Lautsprecherspulen 210, 212 erzeugt wird, die mit dem statischen magnetischen Feld zusammenwirken, das durch den Permanentmagneten 217 erzeugt wird, dass sich der Lautsprecherträger 214 entsprechend dem Signal bewegt, das durch die Audioleistungsverstärker 202, 204 an die Lautsprecherspulen 210, 212 ausgegeben wird. Der Lautsprecherträger 214 kann verbunden oder integraler Bestandteil sein mit einem Lautsprechertrichter oder -membrane 216. Die Lautsprechermembrane 216 wird durch eine (nicht gezeigte) Lautsprecherstützstruktur getragen, wie bekannt ist. Um zu verhindern, dass ein überhöhter Strom die Lautsprecherspulen 210, 212 erreicht, wird jeder der Audioleistungsverstärker 202, 204 aus der Batterie (+Vbatt) über ein Paar von in Serie verbundenen Strombegrenzungsschaltkreisen 218 beziehungsweise 220 versorgt. So gibt es zwei Strombegrenzungsschaltkreise 218, 220 zwischen jedem Audioleistungsverstärker 202, 204 und der Batterie. Die Strombegrenzungsschaltkreise 218, 220 können aktive Strombegrenzer sein, die im Falle eines Fehlers schnell reagieren, wobei die Antwortzeit in der Größenordnung von Mikrosekunden liegt. Die Strombegrenzer können Strom vollständig abschalten in Reaktion auf eine überhöhte Last, wie ein Fehler oder ein Kurzschluss in den Audioleistungsverstärkern 202, 204 oder an den Ausgängen 206, 208 der Audioleistungsverstärker 202, 204. Jeder der redundanten Strombegrenzer 218, 220 wird auf eine Stromgrenze bei einem Pegel eingestellt, der den Gleichstromwiderstand der Lautsprecherspulen 210, 212 und die maximale Batteriespannung (+Vbatt) für eine thermische Zündbetrachtung berücksichtigt.
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Jeder der Audioleistungsverstärker 202, 204 empfängt dasselbe Eingangssignal, das an einem gemeinsamen Eingang 226 bereitgestellt wird. Das Signal, das an dem gemeinsamen Eingang 226 bereitgestellt wird, kann durch einen Empfänger bereitgestellt werden, beispielsweise einen Empfänger in einem Sendeempfänger 102 der 1. So verstärkt jeder Audioleistungsverstärker 202, 204 im Wesentlichen dasselbe Signal. Eine passive Schranke 222, 224 ist zwischen jedem Audioleistungsverstärker 202, 204 und dem gemeinsamen Eingang 226 bereitgestellt. Die passiven Schranken 222, 224 können ein Widerstand sein und im Falle eines Fehlerzustandes eine Stromschranke bereitstellen. Da die Audioleistungsverstärker 202, 204 eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen, beeinflussen die passiven Schranken 222, 224 die Signalausbreitung von dem gemeinsamen Eingang 226 zu den Audioleistungsverstärkern 202, 204 nicht wesentlich.
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3 ist eine isometrische Ansicht eines Lautsprechers 300, der mehrere getrennte Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen aufweist. Der Lautsprecher 300 ist geeignet für eine Verwendung in einer tragbaren Funksprechvorrichtung. Im Allgemeinen ist der Lautsprecher 300 rund, aber er kann eine ovale Form aufweisen, wie bekannt ist, und er umfasst einen Körper oder eine Stützstruktur 302, auf der ein Trichter oder Membrane 304 befestigt ist, die an der Stützstruktur 302 an einem Rand 312 des Lautsprechers 300 angebracht ist. Die Membrane 304, wie sie hier gezeigt ist, ist durchsichtig und bewegt sich entsprechend einem Audiosignal, um ein akustisches Signal oder eine akustische Wellenform zu erzeugen. Die Membrane 304 kann einen ringförmigen Lautsprecherspulenträger 306 aufweisen, der integral auf der Membrane 304 gebildet ist und in eine Lücke zwischen magnetischen Elementen 310 hineinragt. Zwei Lautsprecherspulen sind auf dem Lautsprecherspulenträger 306 angeordnet und werden verwendet, um die Membrane anzutreiben, um das akustische Signal zu erzeugen. Die gestrichelte Linie 308 ist eine Schnittlinie entlang derer der Lautsprecher 300 geschnitten ist, um die Ansicht der 4 zu erzeugen.
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4 ist eine Schnittzeichnung in Explosionsansicht eines Lautsprechers 300, der mehrere getrennte Lautsprecherspulen 402, 404 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen aufweist. Die Ansicht in 4 stellt eine Schnittansicht des Lautsprechers 300 entlang Linie 308 in 3 dar. Die Membrane 304 ist auf der Lautsprecherstützstruktur 302 befestigt und schließt einen ringförmigen Lautsprecherspulenträger 306 ein, der eine Innenseite 406 und eine Außenseite 408 aufweist. Eine erste Lautsprecherspule 402 kann auf der Innenseite 406 des Lautsprecherspulenträgers 306 und eine zweite Lautsprecherspule 404 kann auf der Außenseite 408 des Lautsprecherspulenträgers 306 befestigt sein. Jede der Lautsprecherspulen 402, 404 ist an einem verschiedenen, getrennten Audioleistungsverstärker angeschlossen, wie zum Beispiel in 2 gezeigt ist. Nachdem die Lautsprecherspulen 402, 404 auf dem Lautsprecherspulenträger 306 befestigt sind, können sie in einer Lücke 410 in der Stützstruktur 302 angeordnet werden, wie durch Pfeil 412 gezeigt. Die Lücke 410 bündelt ein statisches magnetisches Feld von einem oder mehreren Permanentmagneten 310 mittels Polstücken 414. Die Polstücke 414 sind ferromagnetische Teile, die in unmittelbarer Nähe der Permanentmagnete 310 angeordnet sind. So wechselwirkt, entsprechend Änderungen des Stroms durch die Lautsprecherspulen 402, 404, das resultierende zeitveränderliche magnetische Feld mit dem magnetischen Feld, das durch die Permanentmagnete 310 erzeugt wird und durch die Polstücke 414 gebündelt wird, wodurch bewirkt wird, dass sich die Membrane 304 entsprechend bewegt und ein akustisches Signal erzeugt. Insbesondere besteht die Membrane 304 aus einem nachgiebigen Material, und der Mittelteil 416 der Membrane, an dem der Lautsprecherspulenträger 306 angeordnet ist, bewegt sich (auf und ab, wie in 4 orientiert) während der Rand 312 der Membrane 304 an der Stützstruktur 302 angebracht ist.
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5 ist eine Schnittzeichnung eines Lautsprechermagnet- und Polaufbaus 500 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Die hier in 5 gezeichnete Ansicht ist eine detailliertere Ansicht eines Schnitts eines Lautsprechers, wie er zum Beispiel in 4 gezeigt ist. Der Aufbau 500 schließt Permanentmagnete 502 und Polstücke 504, 506 ein. Die Polstücke erzeugen ein magnetisches Feld 510 in dem Raum 512 zwischen den Polstücken 504, 506. Die Magnete 502 werden auf einer Unterlage 508 getragen, die aus dem gleichen Material bestehen kann wie die Polstücke 504, 506. 6 ist eine Schnittansicht eines Lautsprechermagnet- und Polaufbaus 600, in dem mehrere getrennte Lautsprecherspulen des Lautsprechers in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen angeordnet sind. Der Aufbau 600 ist identisch mit dem Aufbau 500 der 5, aber schließt einen Lautsprecherspulenträger 602 und Lautsprecherspulen 604, 606 ein. Der Lautsprecherspulenträger 602 ist angebracht an oder integral gebildet mit einem Lautsprecherkegel oder einer Lautsprechermembrane (nicht gezeigt). Eine erste Lautsprecherspule 604 ist auf einer Innenoberfläche des Lautsprecherspulenträgers 602 angeordnet, und eine zweite Lautsprecherspule ist auf einer Außenoberfläche des Lautsprecherspulenträgers 602 angeordnet. So umschließt eine Lautsprecherspule die andere, sie sind konzentrisch und koaxial, und ein im Wesentlichen identisches Signal wird an beide angelegt durch getrennte Audioleistungsverstärker. Sie haben also dieselbe Orientierung, so dass sich ihre jeweiligen magnetischen Felder addieren, um im Ergebnis die Kraft zu verdoppeln, mit der die Lautsprechermembrane angetrieben werden kann, wodurch die akustische Lautstärke verdoppelt wird, die durch den Lautsprecher erzeugt werden kann, gegenüber einer einzelnen Lautsprecherspule, die hinsichtlich Induktivität und Strom durch eigensichere Standards begrenzt ist.
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7 ist eine seitliche Schnittansicht einer Anordnung 700 von mehreren getrennten Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Die Anordnung 700 kann ähnlich der sein, die in den 5 und 6 gezeigt ist. Ein Lautsprecherspulenträger 702 ist integral gebildet mit oder angebracht an einer Lautsprechermembrane (nicht gezeigt). Eine erste Lautsprecherspule 706 ist entlang der Außenseite des Lautsprecherspulenträgers 702 angeordnet, und eine zweite Lautsprecherspule 708 ist entlang der Innenseite des Lautsprecherspulenträgers 702 angeordnet. Ansicht 710 zeigt eine Aufsicht (oder Untersicht) des Lautsprecherspulenträgers 702, wobei die erste Lautsprecherspule 706 und die zweite Lautsprecherspule 708 entlang der Außenseite beziehungsweise der Innenseite des Lautsprecherspulenträgers 702 angeordnet sind. Um eigensichere Standards zu erfüllen, müssen die Lautsprecherspulen 706, 708 durch einen vorgeschriebenen Abstand getrennt sein, der zum Teil von der dielektrischen Konstanten des Materials oder des Gegenstandes abhängt, das die Lautersprecherspulen 706, 708 trennt. Hier ist die Trennung zwischen der ersten und zweiten Lautsprecherspule 706, 708 durch die Dicke 704 des Lautsprecherspulenträgers 702 gegeben. Das Material, das benutzt wird, um den Lautsprecherspulenträger 702 zu erzeugen, kann ein dielektrisches Material sein und kann in einigen Ausführungsformen eine Trennung von nur 0,5 Millimeter ermöglichen und eigensichere Standards erfüllen.
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8 zeigt eine erste Anordnung 800 und eine zweite Anordnung 802 mittels Schnittansichten von mehreren getrennten Lautsprecherspulen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. In jeder Anordnung 800, 802 gibt es erste und zweite Lautsprecherspulenpaare 806, 808 und 812, 814, die entlang eines Teils eines Lautsprecherspulenträgers 804 angeordnet sind. In Anordnung 800 sind die erste und zweite Lautsprecherspule 806, 808 auf der Außenseite des Lautsprecherspulenträgers 804 angeordnet, und in Anordnung 802 sind die erste und zweite Lautsprecherspule 812, 814 entlang der Innenseite des Lautsprecherspulenträgers 804 angeordnet. In der ersten Anordnung 800 sind die erste und die zweite Lautsprecherspule 806, 808 durch einen ersten Trenner 810 getrennt, und in der zweiten Anordnung 802 sind die erste und zweite Lautsprecherspule 812, 814 mittels eines zweiten Trenners 816 getrennt. In beiden Anordnung 800, 802 sind die Lautsprecherspulen konzentrisch und im Wesentlichen in derselben Ebene und auf derselben Seite des Lautsprecherspulenträgers 804 nebeneinander angeordnet. Der erste und zweite Trenner 810, 816 muss das erste 806, 808 beziehungsweise zweite 812, 814 Lautsprecherspulenpaar durch einen Abstand trennen, der eigensichere Standards erfüllt, sowohl hinsichtlich Dicke als auch Breite. Jede Lautsprecherspule 806, 808, 812, 814 wird durch einen getrennten Lautsprecherleistungsverstärker angetrieben, und jedes Paar ist so ausgerichtet, dass sich ihre jeweiligen magnetischen Felder gegenseitig ergänzen, um die Kraft, die auf den Lautsprecherspulenträger 804 und dadurch auf die (nicht gezeigte) Lautsprechermembrane ausgeübt wird, über das hinaus zu erhöhen, was mit einer einzelnen Lautsprecherspule möglich ist, die eigensichere Standards erfüllt. Jede Lautsprecherspule 806, 808, 812, 814 muss entwickelt sein, um eigensichere Standards zu erfüllen, welches Begrenzen der Energie in jeder Lautsprecherspule einschließt. Der Energiespeicher kann begrenzt sein durch Begrenzen des Stroms durch jede Spule als auch durch Begrenzen der Induktivität jeder Spule. Allgemein wird Begrenzen der Energie auf weniger als 40 Mikrojoules, einschließlich anwendbarer Sicherheitsfaktoren, eigensichere Standards erfüllen. Der Induktivitätswert jeder Lautsprecherspule und die Stromgrenze hängen von Faktoren ab, die die verfügbare Spannung und die Überlegungen zur thermischen Zündung (d. h. Zündung durch Erwärmung der Spule oder anderer Bauteile unter Fehlerbedingungen) einschließen.
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9 ist ein Blockdiagramm eines Audioschaltkreises 900, der mehrere Lautsprecher in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen benutzt. In den 2, 4 und 6 bis 8 sind die Lautsprecherspulen um einen Lautsprecherspulenträger herum angeordnet, der einen einzelnen Lautsprecher antreibt. In einigen Ausführungsformen können die Lautsprecherspulen getrennt sein, indem sie in getrennten Lautsprechern angeordnet sind. Eine Lautsprecherbaugruppe 912 schließt einen ersten Lautsprecher 914 und einen zweiten Lautsprecher 916 ein. Jeder der Lautsprecher 914, 916 hat eine einzelne Lautsprecherspule. Der erste Lautsprecher 914 wird durch einen ersten Audioleistungsverstärker 902 angetrieben, und der zweite Lautsprecher wird durch einen zweiten Audioleistungsverstärker 904 angetrieben. Jeder der Audioleistungsverstärker 902, 904 wird aus einer Energiequelle (+Vbatt) über einen jeweiligen Strombegrenzungsblock 906, 908 versorgt, wobei jeder redundante Strombegrenzungsschaltkreise einschließt, wie durch eigensichere Standards vorgeschrieben ist. So ist es, statt zwei oder mehr Lautsprecherspulen zum Antreiben eines Lautsprechers zu verwenden, um die Audiolautstärke zu erhöhen, die durch eine Lautsprecherbaugruppe für eine tragbare Funksprechvorrichtung erzeugt wird, in einigen Ausführungsformen vorgesehen, dass zwei (oder mehrere) Lautsprecher benutzt werden können, wobei jeder Lautsprecher durch ein im Wesentlichen identisches Signal 910 angetrieben wird, wobei jeder Lautsprecher entwickelt und begrenzt ist, um eigensichere Standards im Hinblick auf Funkenentzündung und thermische Zündung zu erfüllen.
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10 ist eine seitliche Schnittansicht einer Lautsprecherspulenanordnung 1000 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. In der vorliegenden Anordnung sind die Lautsprecherspulen, statt sie konzentrisch anzuordnen, auf einem Lautsprecherspulenträger 1002 nicht konzentrisch, aber immer noch koaxial angeordnet. Entsprechend sind sowohl die erste als auch die zweite Lautsprecherspule 1004, 1006 auf derselben Seite des Lautsprecherspulenträgers 1002 angeordnet und durch einen Abstand 1008 getrennt, um einen eigensicheren Abstand zwischen den Lautsprecherspulen 1004, 1006 zu wahren. Wie hier gezeigt, sind beide Lautsprecherspulen 1004, 1006 auf der Außenseite des Lautsprecherspulenträgers 1002 angeordnet, aber auf dem Fachgebiet Sachkundige werden erkennen, dass die Lautsprecherspulen 1004, 1006 gleichermaßen auf der Innenseite des Lautsprecherspulenträgers 1004 angeordnet sein könnten, oder versetzt mit einer auf der Innenseite und einer auf der Außenseite.
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Entsprechend liefern die hier veranschaulichten Anordnungen und Audioschaltkreise den Vorteil des Erhöhens der Lautstärke, die von einem Lautsprecher unter eigensicheren Entwurfsbeschränkungen erzeugt werden kann, durch Bereitstellen einer zweiten Lautsprecherspule, die entsprechend denselben eigensicheren Entwurfsbeschränkungen unterliegt. Zusätzliche Lautsprecherspulen können hinzugefügt werden, um gewünschte Schalldruckpegel zu erreichen. Jede Lautsprecherspule wird angetrieben durch ein im Wesentlichen identisches Signal aus einem getrennten Audioleistungsverstärker. Der Vorteil ist insbesondere nützlich für eigensichere tragbare Funksprechgeräte, bei denen es notwendig ist, Lautstärkepegel zu erreichen, die es Nutzern ermöglichen, Sprachkommunikation klar aus Umgebungsgeräusch heraushören, das erheblich sein kann. Mittels Verwendens einer einzelnen Lautsprecherspule, die eigensichere Standards erfüllt, kann möglicherweise nicht eine ausreichende Lautstärke für eine tragbare Funksprechvorrichtung erzeugt werden. Tatsächlich kann die Gesamtzahl der Windungen der mehreren Lautsprecherspulen, die in den verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden, gleich einer üblichen Anzahl von Windungen eines bestimmten Lautsprechers sein. Durch Aufteilen der Gesamtzahl der Windungen auf getrennte Spulen, die jeweils durch einen eigenen getrennten Audioleistungsverstärker angetrieben werden, der redundant strombegrenzt ist, kann im Wesentlichen dieselbe Audioleistung unter eigensicheren Entwurfsbeschränkungen erreicht werden, wie wenn eine Spule mit einer entsprechenden Anzahl von Windungen benutzt wird, wenn ein Erfüllen von eigensicheren Standards nicht erforderlich ist.
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In der vorhergehenden Beschreibung wurden besondere Ausführungsformen beschrieben. Jedoch weiß eine Person mit durchschnittlichen Fähigkeiten auf dem Fachgebiet zu würdigen, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie sie in den unten aufgeführten Ansprüchen dargelegt ist. Entsprechend sind die Beschreibung und die Zeichnungen eher in einem veranschaulichenden als in einem einschränkendem Sinn zu verstehen, und alle solche Abwandlungen sollen in dem Rahmen der vorliegenden Lehren eingeschlossen sein.
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Die Nutzen, Vorteile und Lösungen von Problemen und jedes Teil/alle Teile, die irgendeinen Nutzen, Vorteil oder Lösung hervorrufen können oder deutlicher werden lassen, dürfen nicht als entscheidende, notwendige oder wesentliche Merkmale oder Teile irgendeines oder aller Ansprüche ausgelegt werden. Die Erfindung ist ausschließlich durch die anhängenden Ansprüche definiert, einschließlich etwaiger Abwandlungen, die während der Anhängigkeit dieser Anmeldung erfolgen, und durch alle Äquivalente jener Ansprüche, wie veröffentlicht.
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Außerdem können in diesem Dokument relative Ausdrücke wie erster und zweiter, oben und unten, und dergleichen ausschließlich dazu benutzt werden, eine Einheit oder Handlung von einer anderen Einheit oder Handlung zu unterscheiden, ohne notwendigerweise irgendeine tatsächliche solche Beziehung oder Reihenfolge zwischen solchen Einheiten oder Handlungen zu verlangen oder zu unterstellen. Die Ausdrücke ”umfasst”, ”umfassend”, ”hat” oder ”weist auf”, ”aufweisend”, ”schließt ein”, ”einschließend”, ”beinhaltet”, ”beinhaltend” oder jede andere Abwandlung davon sollen eine nicht-ausschließliche Einbeziehung darstellen, so dass ein Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Gerät, der oder das eine Reihe von Teilen umfasst, aufweist, einschließt, beinhaltet nicht nur jene Teile einschließt, sondern andere Teile einschließen kann, die nicht ausdrücklich aufgezählt sind oder von Natur aus zu so einem Prozess, Verfahren, Gegenstand oder Gerät gehören. Ein Teil, dem die Formulierung ”umfasst ... ein”, ”weist ein ... auf”, ”schließt ein ... ein”, ”beinhaltet ein ...” vorausgeht, schließt nicht – ohne weitere Einschränkungen – das Vorhandensein von zusätzlichen identischen Teilen in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder Gerät aus, das das Teil umfasst, aufweist, einschließt, beinhaltet. Die Ausdrücke ”ein”, ”eine” und ”einer” sind definiert als ein oder mehrere, sofern hier nicht ausdrücklich anders angegeben. Die Ausdrücke ”substantiell”, ”wesentlich”, ”näherungsweise”, ”ungefähr” oder jede andere Version davon sind nahe dem definiert, wie sie von jemandem mit durchschnittlichen Fähigkeiten auf dem Fachgebiet verstanden werden; und in einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Ausdruck als innerhalb 10% liegend definiert, in einer anderen Ausführungsform innerhalb 5%, in einer anderen Ausführungsform innerhalb 1% und in einer anderen Ausführungsform innerhalb 0,5%. Der Ausdruck ”gekuppelt” wie hier benutzt, ist definiert als verbunden, obwohl nicht notwendigerweise direkt und nicht notwendigerweise mechanisch. Ein Gerät oder eine Struktur, die in einer bestimmten Weise ”konfiguriert ist”, ist in wenigstens jener Weise konfiguriert, aber kann auch in Weisen konfiguriert sein, die nicht aufgezählt sind.
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Es ist zu würdigen, dass einige Ausführungsformen aus einem oder mehreren generischen oder spezialisierten Prozessoren (oder ”Verarbeitungsvorrichtungen”) wie Mikroprozessoren, digitalen Signalprozessoren, kundenspezifischen Prozessoren und Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) und besonderen gespeicherten Programmanweisungen (einschließlich sowohl Software wie auch Firmware) bestehen können, die den einen oder mehrere Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten prozessorfreien Schaltkreisen, einige, die meisten oder alle Funktionen des Verfahrens und/oder des Geräts zu implementieren, das hier beschrieben ist. Alternativ könnten einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine implementiert werden, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), in denen jede Funktion oder einige Kombinationen von bestimmten der Funktionen als benutzerspezifische Logik implementiert sind. Natürlich könnte eine Kombination der zwei Herangehensweisen genutzt werden.
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Die Zusammenfassung der Beschreibung ist bereitgestellt, um dem Leser zu ermöglichen, schnell die Art der technischen Offenbarung zu ermitteln. Sie wird eingereicht in der Annahme, dass sie nicht benutzt wird, um den Rahmen oder die Bedeutung der Ansprüche auszulegen oder zu beschränken. Außerdem kann in der vorausgehenden detaillierten Beschreibung gesehen werden, dass zum Zwecke einer Straffung der Offenbarung verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen zusammengesellt wurden. Dieses Verfahren der Offenbarung ist nicht als Widerspiegeln einer Absicht auszulegen, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern würden, als ausdrücklich in jedem Anspruch genannt. Es ist eher so, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, dass erfinderische Materie in weniger besteht als allen Merkmalen einer einzelnen offenbarten Ausführungsform. Somit werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung einbezogen, wobei jeder Anspruch für sich alleine als ein getrennt beanspruchter Gegenstand steht.
