DE2154315A1 - Anordnung zum Erzeugen von akustischer Leistung - Google Patents

Description

PHN. 5262. iir. -,ie.-iert Schell BOHS/RV.

An-rÄr: N. V. Philips'Glüeiicmipenfcibdeken

Akte Να, PHN- 5262 91 R Δ ^ 1 R

Anmeldung vorm 29. Okt. 1971 * '

"Anordnung zum Erzeugen von akustischer Leistung".

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von akustischer Leistung in Reaktion auf Wecksignale mit einem elektroakustischen Wandler, der mit zwei elektrischen Anschlussklemmen und mit einem akustischen Resonator versehen ist, mit einem Verstärker und mit einer Speiseanordnung zum umwandeln der Wecksignale in eine Speisespannung für den Verstärker.

Derartige Anoidnungen werden u.a. in Telefonapparaten zum akustischen Anzeigen ankommender Anrufe verwendet. Im allgemeinen werden Wechselstromklingeln verwendet. Diese haben den .Nachteil, dass die ausgestrahlte akustische Leistung zum grSssten Teil im Bereich der höheren Hörfrequenzen liegt und dadurch fUr altere Personen schlecht wahrnehmbar ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, werden Veckanordnungen angewendet, die aus einer Kombination aus einem elektrischen Oszillator und einem

209822/0579

-2- PHN. 5262.

elektroakuatischen Wandler bestehen. Meistens wird der elektroakustisch^ Wandler mit einem akustischen Resonator mit einem verhältnismässig schmalen Frequenzband versehen. Hierdurch wird der Schaltpegel erhöht, ohne dass zusätzliche elektrische Energie zugeführt werden muss. Die Frequenz des elektrischen Oszillators muss genau derjenigen des elektroakustischen Wandlers angepasst werden.

Me Erfindung bezweckt, einen neuen Entwurf der eingangs erwähnten Anordnung zu schaffen, um eine optimale akustische Leistung zu erhalten, ohne dass eine nähere Nachreglung oder Anpassung erforderlich ist·

Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlussklemmen des elektroakustischen Wandlers unmittelbar an die Tore des als Zwei-Torverstärker mit negativer Inpedanz ausgeführten Verstärkers angeschlossen sind und dass der elektroakustische Y/andler derart gebildet ist, dass in einem Maximum des komplexen Wertes der zwischen den elektrischen Anschlussklemmen des elektroakustischen Wandlers auftretenden elektrischen Impedanz der Imaginärteil dieser Impedanz gleich Null ist.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig» 1 ein AusfUhrungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen elektroakustischen Wandler,

Fig. 3 <üe Impedanzkennlinie eines elektroakustischen Wandlers nach Fig. 2,

Fig. 4 ein zweites Auaführungsbeispiel einer erfindungsge-

209822/0579

-J- PHN. 5262.

nässen Anordnung.

Pig· 1 zeigt eine Veckanordnung zum Erzeugen von akustischer Leistung 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 sich in Fernsprechariwendungen zwischen 16 2/3 Hz und 60 Hz ändern kann, werden über die EingangsKlemmen 10J-10J¹ der einen Diagonale des Dioden-Brückengleichrichters 102 zugeführt, wodurch über aen parallel zur anderen Diagonale geschalteten Glättungf-Kondensator 104 eine Gleichspannung entsteht. Diese Gleichspannung dient als Speisespannung für den Verstärker 101.

Entsprechend der Erfindung ist der Verstärker 101 als i'iWei-Torverstärker tiit negativer Impedanz ausgeführt. Die beiden Tore dieses Verstärkers sind in Fig. 1 tiit I05 und I06 bezeichnet. Der elektroakustische Wandler 100 hat zwei elektrische Anschlussklemmen 107 und 108, die unmittelbar an die Tore 105 und 106 d«^jfc Zwei-Torverstärkers angeschlossen sind. Der Zwei-Torverstärker 101 enthält einen Transistor 109 ^vom pnp-Typ und einen Transistor 110 vom npn-Typ. l'ie Basis des Transistors 109 ist über einen Widerstand 111 an das Tor TO6 und über einen Widerstand 112 an einen Spannungsbezugspunkt 11J angeschlossen, der Emitter ist über einen Widerstand II4 an das Tor 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 11J angeschlossen. Der Emitter des Transistors 110 ist über einen Widerstand 117 an den Bezugspunkt 11J und der Kollektor unmittelbar an das Tor 106 angeschlossen. Der Verstärker 101 enthält keine reaktiven Elemente wie

209822/0579

-4- PHN. 5262.

Kondensatoren und Spulen und ist somit ein nicht abgestimmter Verstärker. Die Speisespannung fu*r den Verstärker wird zwischen dem Tor 1Ü5 und dem Bezugspunkt 113 angelegt.

Pig. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Querschnitte und Fig. 3 einen Teil der zwischen den elektrischen Anschlussklemmen gemessenen Impedanzkennlinie eines zur Anwendung in der Anordnung nach Fig. 1 geeigneten elektroakuetischen Wandlers. Der Elektroakustisehe Wandler nach Fig. 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 Schwingplatte 203 ^mit einer daran vorgesehenen magnetischen Kurzschlussbrücke 204 gebildet wird. Die elektrischen Anichlussklemmen 107 und 108 werden durch die Enden der Vicklung 202 gebildet.

Das elektromagnetische System 200 ist in einem Zylinder 205 untergebracht, der an der Oberseite mit einer Deckplatte 206 verschlossen iet. An der Unterseite dee Zylinders 205 befindet sich eine Öffnung 206, aus der akustische Energie nach aussen treten kann. Die Schwingplatte 203 ißt an der Innenwand des Zylinders 205 befestigt und unterteilt den Innenraum des Zylinders in einen oberen und einen unteren Teil. Der obere Teil wird durch den Kern 201 in zwei Teile geteilt, die

Il

ober die Offnungen 207 und 20Θ miteinander in Verbinding stehen. Der untere Teil ist durch eine Zwischenwand 209 in einen Kopplungehohlraum 210 und einen Helmholtz-Resonator 211 unterteilt. Der Kopplungshohl-

Il

rau« 210 und der Resonator 211 stehen Über die Öffnung 212 in der Zwischenwand 209 miteinander in Verbindung»

- 209822/0579 bad original

-5- "P-HN. 5262.

Die Impedanzkennlinie, die zwischen den Kle-nmen 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 PJigenschaften 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 Fig. 3 dargestellte Kennlinie stellt den Verlauf der Impedanz mit der "Frequenz for den Frequenzbereich von 700-1200 Hz dar. In Fig. 3 ist auf der Horizontalachse der reelle Teil Re und auf der Vertikalachse der imaginäre Teil In der zwischen den Klemmen 107 und 108 gemessenen Impedanz aufgetragen. Diese Kennlinie hat die besondere Kigenschaft, dass in dem Punkt der Rennlinie, in dem der komplexe Wert der Impedanz maximal ist (in Fig. 3 bei 1000 Hz), der Imaginärteil der Impedanz Null ist. In diesem Punkt ist die Impedanz somit reell.

Die Anwendung eines elektroakustischen Wandlers nach Fig. 2 und Fig. 3 in der Anordnung nach Fig; 1 ruft die folgende Wirkungsweise dieser Anordnung in Reaktion auf Wecksignale hervor. Venn an den Klemmen 103 und 103' ein Wecksignal empfangen wird, so entsteht nach «leichriohtung und Glättung ein Speisespannungsimpuls zwischen dem Bezugspunkt 113 und dem Tor 105· Dieser Speisespanrmngsimpuls erregt den elektroakustischen Wandler 100, wodurch zwischen den Klemmen I07 und 108 eine gedämpfte elektrische Schwingung enxsteht. 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 vor-

209822/0579

BAD OfilGfNÄL

-6- PKS. 5262.

liegenden Pall 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 Traneistor 109 über den Widerstand 111 in den leitenden Zustand versetzt. Der Transistor 109 schickt, wenn er in 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 Tore 106 noch negativer in bezug auf das Tor 105. Das Ergebnis ist, dass der Transistor 109 über den Widerstand 111 noch weiter in den leitenden Zustand versetzt wird. Durch diese regenerative Rückkopplung vom Tor 106 aus über den Transistor IO9 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 Tors 106 positiver als die Spannung des Tors 105. Die regenerative Rückkopplung des Tors I06 über den Transistor 109 zur Basis dee 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 10H, in der die Spannung der Klemme 108 positiver ist als die Spannung der Klemme I07, bleiben die Transistoren 109 und

209822/0579

-Y- PHN. y?.f>2.

110 gesperrt. Am Ende dieser halben Periode kehrt die Spannung '/wischen den Klemaen 107 und 108 ihr Zeichen wieder um und wird die Spannung der Klemme 108 negativer in bezug auf die Spannung der Klemme 10/. Hierdurch werden die Transistoren 109 und 110 erneut schnell leitend» wodurch dem elektroakuetischen Wandler ein neuer Impuls geliefert wird. Infolgedessen entsteht eine neue gedämpfte Schwingung, wodurch der beschriebene Zyklus erneut durchlaufen wird.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführung des Verstärkers 101 dargestellt. Dieser enthält zwei Transistoren 400 und 401 von demselben Leitfähigkeitstyp, in diesem Fall vom npn-Typ. Die Basis des Transistors 400 ist über den Widerstand 402 mit dem Tor 106 und über den Widerstand 405 mit dem Bezugspunkt II3 verbunden, der Emitter ist ober den Widerstand 404 mit dem Bezugspunkt 113 und der Kollektor über den 'widerstand 405 mit den Tor 105 verbunden und unmittelbar an die Basis des Transistors 401 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 401 ist mit dem Tor 10fj und der Emitter über den "i/ideretand 4Ο6 mit der Bezugspunkt 113 verbunden. Durch das Auftreten des Speisespannungsimpulses zwischen dea Bezugspunkt 11J und de« Tor I05 entsteht zwischen den Klemmen 107 und eine gedämpfte elektrische Schwingung. In der ersten halben Ferioie der Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 108, in der die Spannung tier Klemme 108 negativer ist als die Spannung der Klemme 107, wird der Transistor 400 über den Spannungsteiler 402-403 gesperrt gehalten. Der Transistor 4OI empfangt einen Basisstro» über den Widerstand 405 und wird dadurch In den leitenden Zustand vernetzt. Die regenerative Rückkopplung vom Tor 106 au* über den Transistor 400 «ur Basis des Traneistore 401 Borgt dafür, das« der Transistor 401 sehr schnell gesättigt wird. Me Wirkungsweise entspricht Im weiteren derjenigen des Verstärket·« 101 in

20M22/0E7·

8AD ORIGINAL

-8- PHN. 5262.

der Ausführung nach Fig. 1.

Der Verstärker 101 liefert eine Entdämpfung der· durch den Speisespannungsinipuls erregten gedämpften elektrischen Schwingung zwischen den Klemmen 107 und 100 des elektroakustischer! Wandlers 100. Lieser 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 Verstarker 101 und der elektroakustische '»-'and ler 100 bilden zusammen einen elektroakustischen Oszillator, dessen Abstimmung vollständig durch den elektroakustischen Wandler bestimmt wir.i. Difs ist durch eine derartige Bemessung des elektroakustischen Wandlers ermöglicht, dass entsprechend Fig. 3 im Maximum des komplexen Wertes der 7wisnhen den Klemmen 107 und 108 gemessenen Impedanz der Imaginärt»il derselben Null ist, d.h. dass Strom und Spannung dort in P'iase sind. Der Verstärker 101 enthält keine Abstimmelemente und kann auf treffende Veise als ein Verstärker mit zwei Toren 10^ und 106 charakterisiert werden, zwischen denen eine negative Impedanz· auftritt, d.h. eine Impedanz, die in dem in Krage kommenden Frequenzbereich (in diesem Fall in der Nähe von 1000 Hz) einen negativen reellen Teil aufweist, der für die Entdämpfung der zwischen den Klemmen 107 und 108 des elektroakustischen Wandlers lOO auftretenden Impedanz verantwortlich ist.

Wenn die Kapazität des (llättungskondensators IO4 in den Anordnungen nach Fig. 1 und 4 nicht zu gross gewählt wird, so entsteht darüber bei Empfang eines Vecksignals eine «elligkeitsspannung nit der doppelten Weckfrequenz. Diese Welligkeitsspannung moduliert die zwischen den Klemmen 107 und 108 des elektroakustischen Wandlers auftretende Schwingung von 1000 Hz. Der elektroakustische Wandler erzeugt dann ein moduliertes 1000 Hz akustisches Signal. Dies erhöht die v'ahrnehnbarkeit

209822/0579

.!es akustischen Wecksignala.

_6AD ORIGINAL

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE :

   ίΐ.) Anordnung zum Erzeugen von akustischer Leistung in Reaktion

   auf Wecksignale nit einem elektroakustischen wandler, der mit zwei elektrischen Anschlussklemmen und mit einem akustischen Resonator versehen ist, mit einem Verstärker und mit einer Speiseanordnung zum Umwandeln der Wecksignale in eine Speisespannung für den Verstarker, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlussklemmen des elektroakustischen Wandlers unmittelbar an die Tore des als Zwei-Torverstärkers :uit negativer Impedanz ausgeführten Verstärkers angeschlossen sind, und dass der.elektroakustische Vandler derart gebildet ist, dass in einem Xaxinun: des komplexen V/ertes der zwischen den elektrischen Anschlussklemmen des e-lektroakustischen Wandlers auftretenden elektrischen Impedanz der Inag-inärteil dieser Impedanz gleich Null ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker zwei Transistoren enthalt, in denen die Basis und der Kollektor des einen Transistors kreuzweise mit der Basis und dem Kollektor des anderen Transistors gekoppelt sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren denselben Leitfähigkeitstyp aufweisen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder J>, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Impedanz des elektroakustisohen Wandlers in den Kollektorkreis eines der Transistoren geschaltet ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Fernsprecher eingesetzt ist.

   209822/0579 ^ßAD