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Ruftonwecker für Fernsprechapparate. Die Priorität der Anmeldung No.
21 808/65 vom 26. 7. 1965 (Provisional) und 18. 7. 1966 (Complete) in Grossbritannien
ist in Anspruch genommen.
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Die Erfindung betrifft einen Ruftonwecker für Fernsprechapparate mit
Umwandlung des zugeführten niederfrequenten Rufstroms in einen höherfrequenten Rufton
mittels Schallwandler.
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Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen ein niederfrequenter
Rufstrom über eine Fernsprechanschlussleitung einem Fernsprechapparat zugeführt
Wird und dieser Rufstrom in einen höherfrequenten Rufton, beispielsweise mittels
eines rufwechselspannungsgesteuerten Generators und eines auch als Hör- oder Sprechkapsel
dienenden elektrodynamischen Schallwandlers, umgewandelt wird. Diese bekannten Anordnungen
erfordern eine Vielzahl störanfälliger Elemente, wie Transistoren, Übertrager, Widerstände
und gondensatoren,und sind verhältnismässig teuer.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ruftonawecker für Fernsprechapparate
der oben genannten Art zu schaffen, der wesentlich einfacher aufgebaut und billiger
ist.
bies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass eine
vom niederfrequenten Rufstrom gesteuerte elektroakustische oder elektromechanische
Sprechkapsel mit einer elektroakustischen Hörkapsel elektrisch derart verbunden
und die Hörkapsel akustisch oder mechanisch mit der Sprechkapsel und akustisch mit
einem luftgefüllten Resonanzraum derart gekoppelt ist, dass Hör- und Sprechkapsel
rückgekoppelt sind und ein Ton mit einer etwa der Resonanzfrequenz der Hörkapsel
entsprechenden Grundfrequenz erzeugt wird.
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Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein bevorzugtes Schaltbild mit den Bauelementen des F®.sprechweckers
gemäss der Erfindung, Fig. 2 ein Schema zur Darstellung der akustischen Verhältnisse
bei einem Fernsprechwecker gemäss der Erfindung, Fig. 3 die physikalische Realisierung
eines Fernsprechweckers und dessen Einfügung in einem Gehäuse eines Fernsprechapparates,
Fg. 3A die physikalische Realisierung eines Fernsprechweckers in einer anderen Form
und dessen Einfügung in das Gehäuse nach Fig. 3, gezeigt im Schnitt längs der Linie
A-A in Fig. 3, Fig. 4 einen anderen Typ eines Fernsprechers und den zugehörigen
Handapparat, Fig. 5 die physikalische Realisierung eines Fernsprechweckers einschliesslich
des Empfängers im Handapparat und die Anordnung des Weckers im Fernsprechergehäuse
und im Handapparat nach Fig. 4, Fig. 6 die physikalische Realisierung eines Fernsprechweckers
einschliesslich des Senders im Handapparat und die Anordnung des Weckers im Fernsprecgehäuse
und im Handapparat nach Fig. 4, Fig. 7, 8 und 9 weitere Schaltungsanordnungen als
Alternative zu der Anordnung in Fig. 1, Fig. 10 bis 12 die Einfügung eines temperaturabhängigen
Widerstandes in die Schaltungsanordnung der Fig. 1 zur allmählichen Steigerung der
Lautstärke.
Der Fernsprechwecker gemäss der Erfindung kann anstelle
der üblichen elektromagnetischen Klingel verwendet werden und den Klingelton durch
einen im Frequenzbereich von 1200 bis 2400 Hz liegenden Ton ersetzen, wobei
der Ton mit der niedrigen Frequenz des Rufstroms von gewähnlich 16 2/3 Hz oder auch
bis zu 50 Hz moduliert ist (Trillerton). Der Trillerton wird ebenso unterbrochen
wie der gewöhnliche Ruf; beispielsweise kann das Rufzeichen selbst jeweils 0,4s
und die Rufpause abwechselnd 0,2 s und 2 s lang sein.
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In Fig. 1 sind die Anschlüsse 'I und 2 die Eingangsanschlüsse eines
Fernsprechweckers, dem der niederfrequente Rufstrom zugeführt wird. Ein Widerstand
R1 stellt den Ersatzwiderstand für die Zeitung und das Speiserelais dar, der auch
.Änderungen der Zeitungslänge berücksichtigt. Der normale Rufstromkondensator mit
einer Kapazität von beispielsweise 1,8/i F ist mit Cl bezeichnet. Eine Sprechkapsel
in Form eines Kohlemikrofons Tx liegt in Reihe mit dem Kondensator 01 an
den Anschlüssen 1 und 2, während eine Reihenschaltung aus einer Hörkapsel Rx und
einem Kondensator 02 der Sprechkapsel parallel liegt. Die Hörkapsel Rx ist vorzugsweise
so ausgebildet, dass sie einen verhältnismässig geringen Grad akustischer Dämpfung
und eine Resonanzfrequenz von etwa 1700 Hz aufweist. Der Kondensator 02 ist drart
bemessen, dass er die Tonfrequenz von 1700 Hz durchlässt, aber 'den niederfrequenten
Rufstrom sperrt.
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In Fig. 2 sind die Sprechkapsel Tx und die Hörkapsel Rx durch einen
gemeinsamen ,Hauptraum Y akustisch gekoppelt, der über einen Halsansatz mit der
freien Luft in Verbindung steht. Dieser Halsansatz besitzt eine wirksame Fläche
.A und eine wirksame Länge Z und bildet zusammen mit dem Hauptraum einen Helmholtz-Resonator.
Der Helmholtz-Resonator soll den Ton und den Schallpegel des Vdeckers verbessern
und ist im wesentlichen auf die Resonanzfrequenz der Hörkapsel Rx oder auf eine
der Oberwellen dieser Frequenz abgestimmt.
Die akustische Kopplung
und die elektrische Verbindung der Sprechkapsel Tx und_der Hörkapsel Rx ergeben
eine Rückkopplung zwischen Sprechkapsel und Hörkapsel, wobei ein akustisches Signal
von der., Hörkapsel abgegeben wird, dessen Grundfrequenz etwa bei der Resonanzfrequenz
der Hörkapsel liegt. Die Grundfrequenz dieses Signals wird vorwiegend durch die
mechanische Resonanz der Hör= kapselmembran und der zugehörigen beweglichen Teile
bestimmt; sie kann aber auch in gewissem Ausmass durch die Wirkung des Helmholtz-Resonators
und durch den Frequenzgang der Sprechkapsel beeinflusst werden.
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Der Ton, die Tonhöhe und die Qualität des Tones kann vielfältig abgewandelt
werden. Ein oder mehrere akustische Filter können beispielsweise zwischen dem Helmholtz-Resonator
und der Sprechkapsel Tx eingefügt werden. Eine andere Art zur Abänderung der akustischen.
`Rückkopplung zur Sprechkapsel ist die Verwendung einer länglichen Röhre oder eines
anderen geeigneten Kanals, die spiralig geformt oder gefaltet sein kann, um Platz
zu sparen. Die Rückkopplung hängt hierbei vom Verhältnis der Grundwellenlänge oder
der Wellenlänge der Harmbnischen zur Röhrenlänge ab. Eine weitere Art zur Abänderung
der Rückkopplung "i st die Verwendung eines akustischen Horns oder eines ähnlichen
Kanals, welches ebenfalls spiralig geformt oder gefaltet sein kann. Es können konvergente
oder divergente Hörner oder eine Kombination aus konvergenten und divergenten Hörnern
vorgesehen sein: Eine weitere Methode besteht darin, konvergente oder divergente
Schallreflektoren oder Kombinationen aus ihnen zu benutzen. Ähnliche Anordnungen
können in den Verbindungsweg zwischen der Hörkapsel Rx* und dem Helmholtz-Resonator
liegen. Ferner kann der Helmholtz-Reeonator Seitenkammern oder Resonatoren in Reihe,
parallel odep in Reihe und parallel aufweisen.
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Der Helmholtz-Resonator kann dadurch abgeändert sein, dass der Halsansatz
als akustisches Horn ausgebildet ist. Die hänge L des Halsansatzes kann auch
den Ton beeinflussen, da die den Vielfachen von Viertelwellenlängen entgqrechend.en
Harmonischen entweder entdämpft oder gedämpft werden können. Der Helmholtz-Resonator
kann
jede beliebige form annehmen, wenn nur ein Hauptvolumen und ein Halsansatz vorhanden
sind. Beispielsweise kann er aus zwei Schalen bestehen, die zusammengefügt mit ihrem
ringförmigen Mantel einen zentralen Raum umschliessen. Oder der Resonator kann teilweise
oder ganz durch den Sockel eines Fernsprechers und der Oberfläche eines Tisches
oder eines ähnlichen Gegenstandes, auf dem der Fernsprechapparat ruht, gebildet
sein. Weiterhin ist es nicht wesentlich, dass ein Resonator des Helmholtz-Typs verwendet
wird. Der Helmholtz-Resonator kann durch andere Luftgefüllte Resonanzhohlräume ersetzt
werden, wie z.B. durch ein akustisches Horn oder eine akustische Röhre, in dem die
Sprech-kapsel und die Hörkapsel an geeigneten Stellen eingefügt sind, um
ein Ausgangst-eignal mit dem gewünschten Ton, der Tonhöhe und der Qualität zu schaffen.
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Fig. 3 zeigt, wie ein Ruftonwecker der beschriebenen Art in einem
modernen Gehäuse einen Fernsprechapparates untergebracht ist.
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Der Fernsprechapparat 30 ist gestrichelt gezeichnet, ebenso ein offener
Dom 31, der normalerweise in die Unterseite des Fernsprechapparates deshalb eingesetzt
ist, um die Glocken der herkömmlichen elektromagnetischen Klingel aufzunehmen und
einen Schallaustritt zu schaffen. Der Rufteawecker nimmt den Raum ein, der normalerweise
die elektromagnetische Klingel innehat. Der Helmholtz-Resonator 32
hat einen Raum Y' und einen Halsansatz der Länge Z, wie in Fig. 3
gezeigt. Die Sprechkapsel ist an der Rückseite des
Re®onators 32 in.einer
Öffnung des Resonators mit seiner wirksamen Oberfläche nach innen eingesetzt.
Die Hörkapsel R$ wird im Halsansatz durch punktförmige Stützen
33 gehalten und zeigt mit seiner wirksamen Oberfläche zum Renonator hinaus.
Der Resonator selbst arbeitet so als Filter im Rückkopplungswelg von der@Hörkapsel
zur Sprechkapsel, so dann ein zusätzlicher Filter nicht
nötig ist.
yig. 3 zeigt nur die innere Form des Holmholtz-Resonators
32, die eine zweiteil$e,?Qra sein kann, wobei die Sprechkapsel
und* die Hörkapsel einfach in die vorgesehene Stellung gepresst_werden.
Die nötigen elektrischen Verbindungen können durch Kanäle in
dieser Form gstChrt werden.
.Fig. 3A zeigt eine andere
Form des Ruftonweckers, der im Fernsprechapparat der Fig. 3 untergebracht ist. Die
Hörkapsel Rx und die Sprechkapsel Tx sind nebeneinander auf der Bodenplatte des
Fernsprechapparates befestigt, wobei ihre Öffnungen in den Raum des Fernsprechapparates
weisen. Der Resonanzraum wird. durch die Bodenplatte und eine Deckplatte 35 geei'eter
Form und Abmessung derart gebildet, dass die nötige akustische Kopplung erfolgt.
Die Deckplatte 35 kann aus Metall, Plastik oder anderem Material bestehen. Anstatt
die Hörkapsel Tx und die Sprechkapsel Ex unmittelbar auf der Bodenplatte zu befestigen,
können sie auch auf einer Platte mit gedruckter Schaltung angeordnet werden, auf
der auch die restlichen, zum Wecker gehörenden Elemente befestigt werden können.
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Fig. 4 zeigt einen Fernsprechapparat 40 mit seinem Handapparat 50;
das Unterteil 40 ist leicht und hat Keilform. Eine brückenförmige, bewegliche Halterung
41 besteht aus zwei Spaltenstücken 42, die durch ein horizontales Kreuzungsstück
43 verbunden sind.
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Die zwei Spaltenstücke 42 sind durch je einen Schlitz im Unterteil
geführt, innen mit einem Schwerkraftschalter (Gabel- bzw. Hakenumschalter) verbunden
und durch Rückzugfedern gehalten, so dass bei abgenommenem Handapparat 50 der Schwerkraftschalter
betätigt ist. Das hintere Teil der Oberseite des Fernsprechapparates hat eine Vertiefung
44. Der Handapparat 50 besteht aus einem Griffteil 51, an das sich die Hörmuschel
52 und die Sprechmuschel 53 anschliessen. Die Sprechmuschel 53 und das Griffteil
51 sind zwecks Bildung eines akustischen Horns ausgehcUt. Die Sprechkapsel und die
Hörkapsel sind beide in der Hörmuschel 52 angeordnet. Wenn der Handapparat 50 auf
das Unterteil 40 aufgelegt ist, so ruht er mit seiner Längsseite auf der Längsseite
des Unterteils, und zwar über der Wählscheib+5
Fig. 5 zeigt eine
Seitenansicht des in Fig. 4 dargestellten Fernsprechapparates, wobei der Handapparat
50 auf dem Unterteil 40 ruht. Ein Ruftonwecker weist einen Resonanzluftraum 60 auf,
an den sich eine Öffnung in der Vertiefung 44 anschliesst Die übliche Hörkapsel
Rx weist mit ihrer Oberfläche zum Resonanzraum, wenn der Eland,apparat 50 auf dem
Unterteil 40 ruht. Eine zusätzliche Sprechkapsel Tx weist ebenfalls mit ihrer Oberfläche
in den Resonanzluftraum 60. Das Tonsignal entweicht teilweise durch ein kleines
hoch zwischen der Hörmuschel 52 und der Vertiefung 44 in die freie Luft; eine Öffnung
kann auch an einer zweckentsprechenden Stelle in der Bodenplatte des Unterteils
vorgesehen sein. Die Betätigung des Schwerkraftschalters beim Auflegen des Handapparates
50 auf das Unterteil 4Q trennt die Hörkapsel Rx von der Sprechschaltung des Fernsprechapparates
und verbindet sie mit der elektrischen Schaltung des Ruftonweckers, wie sie in Fig.
1 gezeigt ist.
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Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 4 dargestellten Fernspr#echapparates
mit dem auf dem Unterteil 40 ruhenden Handapparat@50. Ein Ruftonwecker weist einen
Resonanzluftraum ?0 mit der Öffnung zur Vorderseite des Unterteils 40 gegenüber
den Öffnungen der Sprechmuschel 53jauf, Wenn der Handapparat dabei auf dem Unterteil
ruht. Die übliche Sprechkapsel Tx wird für den Ruftonwecker mitverwendet und ist
in der Hörmuschel am anderen Ende des durch die Sprechmuschel 53 und das Griffteil
51 gebildeten Horns angeordnet. Eine zusätzliche Hörkapsel Rx weist mit der wirksamen
Oberfläche in den Resonanzluftraum 70 hinein. Die Betätigung des Schwerkraftschalters
beim Auflegen des Handapparates 50 auf das Unterteil 40 trennt die Sprechkapsel
Tx von der Sprechschaltung des Fernsprechapparates und verbindet sie mit der in
Fig. 1 gezeigten, elektrischen Schaltung des Iuttonweckers.
Obgleich
der Ruftonwecker sowohl die Sprechkapsel als auch gleichzeitig die Hörkapsel des
normalen Fernsprechapparates mitverwenden könnte, ist dies nicht erwünscht. Der
eine Grund ist, darin zu sehen, dass bei Verwendung der im Handapparat untergebrachten
Schallwandler für den Ruftonwecker der Teilnehmer einen akustischen Schock erhalten
kann, wenn er den Schwerkraftschalter mit der Hand gedrückt und den Handapparat
noch in der Nähe des Gesichtes hält. Ein in diesen Augenblick ankommender
Ruf könnte einen Rufton von der Hörkapsel absenden, wobei das Gesicht eine genügend
grosse akustische Kopplung zwischen der Hörkapsel und der Sprechkapsel zustandebringt.
Es kann tatsächlich als Vorzug gelten, zwei zusätzliche Schallwandler für den Ruftonwecker
zu verwenden, denn dann fällt die Umschaltung durch den Schwerkraftschalter fort,
was der Einsparung an-Wandlern in gewissem Umfang entgegenstehen würde. Ebenso werden
dann keine zusätzlichen Öffnungen in der*Oberseite des Fernsprechapparates (wie
in den Fig. 5 und 6 gezeigt) benötigt, die zu Staubspuren führen und das Aussehen
des Fernsprechapparates verderben würden. Jedoch gibt es in den Fällen der in den
Fig. 5 und 6 gezeigten Fernsprechapparate, die nicht eigens zur Aufnahme einer elektromagnetischen
Klingel entwiclelt worden sind, nicht Platz genug für zwei zusätzliche Schallwandler,
und deshalb muss einer der Schallwandler im Handapparat für den Ruftonwecker mitbenutzt
werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, eine zusätzliche Hörkapsel vorzusehen,
weil die Resonanz der eigentlichen Hörkapsel für Sprechzwecke gedämpft werden muss
und daher die Weckerwirkung vermindert ist.
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In der obigen Beschreibung ist die Sprechkapsel als Kohlen-.mikrofon
und die Hörkapsel als elektromagnetischer Wandler mit Schwinganker betrachtet worden.
Die Erfindung ist jedoch an ". Wandler solcher Ausführungsart nicht gebunden. Das
Kohlemikrofon kann durch andere elektroakustische Wandler ersetzt@werden,-die elektrisch
gespeist werden und deren Innenwiderstände durch Dru&änderungen beeinflussbar
sind, bebpieleweise zk" mittels
einen Druckmessers auf einer Membran. Die
Hdrkapsel kann ein beliebiger Wandler sein, der zufriederstellende
Ergebnisse in iendeiner besonderen 4nordnung liefert.
Ferner ist
in der obigen Beschreibung davon ausgegangen worden, dass die Hörkapsel mit der
Sprechkapsel akustisch gekoppelt ist: Innerhalb der Erfindung liegt es aber auch,
die Hörkapsel Rx mit der Sprechkapsel Tx durch ein mechanisches Glied zwischen irgendeiner
Stelle an der Membran oder den sich bewegenden Teilen der Hörkapsel und irgendeiner
Stelle an der Membran oder den sich bewegenden Teilen der Sprechkapsel zu koppeln.
In diesem Fall braucht die Sprechkapsel kein elektroakustischer Wandler zu sein;
sie kann einfach als elektromechanischer Wandler ausgebildet sein. Die mechanische
Kopplung zwischen Hörkapsel und Sprechkapsel kann für irgendeinen gewünschten mechanischen
Scheinwiderstand ausgelegt sein und auch mechanische Filter zur Änderung der Tonhöhe
und der Qualität des akustischen Ausgangssignals des Ruftonweckers umfassen.
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In Fig. 1 ist zwar die bevorzugte Schaltungsanordnung eines Ruftonweckers
gezeigt, doch können die Hörkapsel Rx und die Sprechkapsel Tx auch in Reihe an die
Eingangsanschlüsse 1 und 2 angeschlossen seins wie es in Fig. 7 gezeigt ist, wo
der niederfrequente Rufstrom durch die Hörkapsel Rx fliesst: Die Wirksamkeit eines
derart ausgebildeten Weckers wird noch verbessert wenn ein kleiner Widerstand R2
wie in Fig. 8 quergeschaltet wird. Dadurch wird die Versorgung mit konstanten Rufrom
in eine Versorgung mit konstanter Rufspannung für Hör- und Sprechkapsel umgewandelt.
Eine Diode Di oder ein anderes nichtlineares Schaltelement kann in die Schaltungsanordnung
gemäss Fig. 9 eingefügt sein, um den Charakter der Rufstromversorgung und damit
den erzeugten Ton zu ändern.
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In den Schaltungsanordnungen der Fig. 1 und 9, in denen die Hörkapsel
Rx und die Sprechkapsel Ta parallel liegen, kann die unerwünschte Rückführung der
durch die Sprechkapsel erzeugten höheren Tonfrequenz in die Änsahlusaleitung vermindert
werden, wenn eine entsprechende Drossel vorgeschaltet wird. In den
.Schaltungsanordnungen
der Fig. 7 und 8, in denen*die Hörkapsel Rx und die Sprechkapsel Tx in Reihe in
der Anschlussleitung liegen, kann diese Rückführung der höheren Tonfrequenz vermindert
werden, wenn ein geeigneter Kondensator parallel zur Reihenschaltung aus Hör- und
Sprechkapsel geschaltet wird.
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Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen das Einfügen eines temperaturabhängigen
Widerstandes TH1 in die Schaltungsanordnung des Ruftonweck ers. Dieser Widerstand
hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. denn der Rufstrom zum Wecker fliesst,
dauert es eine gewisse Zeit, bis dieser Widerstand asymptotisch einen niedrigen
Endwert erreicht und damit der zunächst hohe Spannungsabfall an diesem Widerstand
abgebaut ist. Innerhalb dieser Zeit wächst so die Lautstärke des Ruftons von einem
anfangs niedrigen Wert auf den äzx vollen Endwert an. Die thermischen Kennlinien
des Widerstandes-TH1 können so ausgewählt werden, dass er den niedrigen Endwert
erst nach drei Rufzeichen mit dem üblichen niederfrequenten Rufstrom erreicht, so
dass die volle Lautstärke nach etwa 10 s oder längerer Zeit erreicht wird. Dieses
Ansteigen der Ruftonlautstärke kann dort zweckmässig sein, wo die volle Ruftonlautstärke
grösser ist als es zum Aufmerksammachen eines Fernsprechteilnehmers nötig ist, welcher
sich in unmittelbarer Nähe des Fernsprechapparates aufhält, und .wo die Ruftonlautstärke
gross genug ist, andere Personen in der Nachbarschaft zu stören, wie es beispielsweise
bei Nebenstellenanlagen der Fall sein kann.
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In .gg. 10 liegt der Widerstand TH1 in Reihe mit der Hörkapsel Rx
und der Sprechkapsel Tx, während er in Fig: 11 nur mit der Hörkapsel Rx und
in der Fig. 12 nur mit der Sprechkapsel Tx in Reihe liegt. In allen Schaltungen
kann ein einstellbarer Wider-'stand zur manuellen Einstellung der Lautstärke durch
den Teil-nehmer vorhanden sein.