DE3138068A1

DE3138068A1 - Piezoelektrische mehrfrequenz-schallerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3138068A1
Application number: DE19813138068
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Suzaka Nagano Fukami; Rinpei Nagano Hayashibe; Michio Ngano Kudo
Original assignee: MARUKOKEIHOUKI CO Ltd
Current assignee: MARUKOKEIHOUKI CO Ltd
Priority date: 1980-11-10
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1982-07-08
Also published as: FR2494015A1; FR2494015B1; US4486742A

Description

Henkel, Kern, Feuer fr HanzeS!. "V ' ^:.^: "^{: :}..^: .:. Patentanwälte Registered Representatives

before the

European Patent Office

MöhfstraBe 37 D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

24. September I981

MARUKOKEIHOUKI CO. LTD.,
Chiisagatagun, Naganoken,Japan

Piezoelektrische Mehrfrequenz-Schallerzeugungsvorrichtung

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"Piezoelektrische Mehrfrequenz-Schallerzeugungsvorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Mehrfrequenz-Schallerzeugungsvorrichtung, etwa ein piezoelektrisches, breitbandiges bzw. Mehrfrequenz-Warnhorn, insbesondere ein elektronisches Horn mit einem piezoelektrischen Schwinger zur Erzeugung von hörbaren Tönen, speziell für Kraftfahrzeuge.

Bei Kraftfahrzeugen werden üblicherweise elektromagnetische Hörner mit einem elektromagnetischen Mechanismus verwendet, welcher das Horn schwer und sperrig macht, ziemlieh viel elektrische Energie verbraucht und z.B. aufgrund einer Stoßspannung eine Stör(geräusch)quelle für elektronische Anlagen in mit solchen Hörnern ausgerüsteten Kraftfahrzeugen darstellt.

Piezoelektrische Schwinger oder Tongeneratoren, wie Summer, erzeugen (dagegen) einfache harmonische akustische Wellen im Bereich von 2 oder 3 kHz, die für das menschliche Ohr unangenehm sind. Mit den bisher verfügbaren piezoelektrischen Summern konnte ein Schallenergiepegel (Schalldruck) von 90 dB in einem Abstand von 1 m vor dem Summer gemessen werden. Sowohl Tonhöhe als auch Energiepegel des Schalls sind daher für Hörner bei Kraftfahrzeugen ungeeignet. Von elektronischen Hörnern zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen wird verlangt, daß sie einen hörbaren Ton größerer Bandbreite und mit ausreichend großem .

Schalldruck für andere, in der Nähe des betreffenden Fahrzeugs befindliche Kraftfahrzeuge und Fußgänger liefern.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines piezoelektrischen, breitbandigen bzw. Mehrfrequenz-Horns, das leicht ist, wenig elektrische Energie verbraucht und auf andere elektronische Anlagen keinen nachteiligen Einfluß ausübt. Dieses Horn soll dabei ein Tonsignal mit für Kraftfahrzeuge zufriedenstellender Tonhöhe (tone) und Energiepegel bzw. Schalldruck liefern.

Diese Aufgabe wird bei einer piezoelektrischen Mehrfrequenz-Schallerzeugungsvorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch einen piezoelektrischen Schwinger zur Erzeugung eines hörbaren Tonsignals auf mindestens zwei bestimmten, verschiedenen Resonanzfrequenzen, durch einen mit dem piezoelektrischen Schwinger verbundenen Schwingkreis, der auf einer der Resonanzfrequenzen schwingt, und durch eine an den Schwingkreis angeschlossene Modulatorschaltung zur Amplitudenmodulation des Schwingkreises mit einer Modulationsfrequenz , die im wesentlichen oder nahezu einem Frequenzabstand zwischen den Resonanzfrequenzen entspricht, zwecks Erregung des piezoelektrischen Schwingers mit frequenzmodulierten Wellen zur Erzeugung hörbarer Mehrfrequenz-Tonsignale.

In spezieller Ausführungsform kennzeichnet sich diese Vorrichtung dadurch, daß die Modulatorschaltung einen Frequenzteiler aufweist, der in Abhängigkeit von einer Schwingungsfrequenz im Schwingkreis die Schwingungsfrequenz zur Modulationsfrequenz teilt bzw. herabzählt, um den Schwingkreis damit zu modulieren.

Weiterhin kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, daß die eine Resonanzfrequenz einer Trägerfrequenz der frequenzmodulierten Wellen entspricht und daß die andere Resonanzfrequenz einer der (either of) Seitenbandfrequenzen der frequenzmodulierten Wellen entspricht.

In bevorzugter Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schwinger eine Membran, eine kleinere Abmessungen als die Membran besitzende und an der Membran angebrachte Metall(blech)-scheibe und eine auf letzterer montierte Scheibe aus

einem piezoelektrischen Werkstoff aufweis^ und daß die Metall(blech)scheibe (in der einen Richtung) ein Maß besitzt, das einem Maß in einer Richtung senkrecht dazu
praktisch nicht gleich ist. Vorzugsweise besitzt die
Metall(blech)scheibe eine im wesentlichen rechteckige, elliptische oder beliebige andere, von einer Kreisform verschiedene Form,

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines piezoelektrischen (Warn-)Horns gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung von an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Wellenformen,
25

Fig. 3A und 3B eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht
eines piezoelektrischen Schwingers zur Verwendung bei der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine beispielhafte graphische Darstellung des

Frequenzgangs der Schallenergie beim Schwinger nach Fig. 3A und 3B,

Fig. 5A und 5B eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht eines anderen piezoelektrischen Schwingers für die Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 6 eine beispielhafte graphische Darstellung der Schallenergiekurve beim Schwinger nach Fig. 5A und 5B,

Fig. 7 eine graphische Darstellung von experimentell ermittelten Schallenergiepegeln, bezogen auf die

Schallfrequenz und gemessen mit einem Muster des piezoelektrischen Schwingers nach Fig. 5A und 5B,

Fig. 8A bis 8C Aufsichten auf Beispiele für die beim Schwinger nach Fig. 5A und 5B vorgesehenen Me

tall (blech) scheiben,

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Schwingers zur Verwendung beim plezoelektrischen Horn gemäß der Erfindung,

Fig.10 eine graphische Darstellung eines Frequenzspektrums zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Hornschaltung nach Fig. 1,
25

Fig.11 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer piezoelektrischen Schallerzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig.12 eine graphische Darstellung von an bestimmten

Stellen der Schaltung gemäß Fig. 11 auftretenden Wellenformen.

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Fig. 1 veranschaulicht in Form eines Schaltbilds eine bevorzugte Ausführungsform-eines piezoelektrischen Mehrfrequenz-Warnhorns bzw. einer Mehrfrequenz-Schallerzeugungsvorrichtung mit Transistoren Q1, Q2 und Q3. Der Kollektor A des Transistors Q1 ist über einen Widerstand R1 an eine Bezugsspannung V__ und außerdem über einen

CC

Widerstand R2 an die Basis B des Transistors Q2 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q1 liegt über einen Widerstand R3 an Masse. Die Basis des Transistors Q1 ist mit einem Widerstand R4 verbunden, um mit der Bezugsspannung V__ vorgespannt zu werden. Die Kollekte-

CC

ren der Transistoren Q2 und Q3 sind an der Bezugsspannung V__ zusammengeschaltet. Der Emitter des Transistors Q2

CC

ist mit der Basis des Transistors Q3 verbunden. Die beiden Transistoren Q2 und Q3 bilden eine sog. Darlington-Schaltung, die als Leistungsverstärker wirkt. Der Transistor Q1 bildet somit zusammen mit dem Widerständen R1 - R4 einen Vorverstärker für den Darlington-Verstärker Q2 und Q3.

Die Basis B des Transistors Q2 ist mit der Anode einer Diode D1 verbunden, deren Kathode über einen Widerstand R5 an Masse liegt und außerdem an die Kathode einer anderen Diode D2 angeschlossen. Die Anode der Diode D2 ist mit einer Ausgangsklemme D eines Frequenzoszillators 10 verbunden, dessen andere Klemme an Masse liegt. Der Frequenzoszillator 10 kann vorzugsweise ein Impulsgenerator sein, der quadratische oder rechteckige Impulse erzeugt, die zwischen zwei möglichen Zuständen, z.B. Massepegel und Bezugsspannungspegel V_„ gemäß Fig. 2D ansteigen und ab-

CC

fallen.

Der Emitter des Transistors Q3 ist an die eine Klemme einer

Parallelschaltung aus einem Widerstand R6 und einem Kondensator C1 angeschlossen, deren andere Klemme mit dem einen Anschluß einer Primärwicklung L1 eines Transformators T verbunden ist, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Der Transformator T enthält eine Sekundärwicklung L2, deren einer Anschluß gemäß Figo 1 ebenfalls an Masse liegt, während ihr anderer Anschluß mit einer Elektrode eines piezoelektrischen Schwingers 14 verbunden ist. Die Sekundärwicklung L2 des Transformators T besitzt eine größere Wicklungszahl als die Primärwicklung L1, so daß sie eine ausreichend hohe Spannung zur Erregung des Schwingers 14 erzeugt.

Der beispielsweise als Warnhorn für ein Kraftfahrzeug arbeitende und später noch näher erläuterte Schwinger 14 ist mit seiner anderen Elektrode 16 an eine Klemme oder Verbindung einer Parallelschaltung aus einem Potentiometer R7 und einem Kondensator C2 angeschlossen. Die andere Klemme dieser Parallelschaltung aus Potentiometer R7 und Kondensator C2 liegt an Masse·. Das Potentiometer R7 weist einen Schleifer 18 auf_s der über die Gesamtlänge des im Potentiometer vorgesehenen Widerstands verschiebbar ist, um an diesem eine variable Spannung zu erzeugen, und dessen Arm über einen Kondensator C3 mit der Basis des Transistors Q1 verbunden ist.

Für die Verwendung als Warnhorn bei Kraftfahrzeugen erzeugt der piezoelektrische Schwinger 14 vorzugsweise ein hörbares Geräusch bzw. einen Schall aus zwei oder drei verschiedenen Frequenzen. Mit anderen Wörtern der Schwinger 14 besitzt zwei oder drei Resonanzfrequenzen. Für diesen Zweck kann vorteilhaft der in Fig. 3A dargestellte Schwinger 14 verwendet werden. Der piezoelektrische Schwinger 14 gemäß

Fig. 3Α und 3Β weist eine kreisförmige Scheibe 20 aus einem piezoelektrischen Stoff, wie einem Zirkon-Bleititanat-Keramikmaterial, auf, der dauerhaft senkrecht zur Hauptfläche der Scheibe 20 polarisiert ist. Die kreisförmige Scheibe 20 ist mittels eines geeigneten Klebers gemäß Fig. 3B an einer rechteckigen Metall(blech)scheibe 22 befestigt. Die Metallscheibe 22 Ist zusammen mit der piezoelektrischen Scheibe 20, ebenfalls mittels eines geeigneten Klebers, an einer rechteckigen Membran 24 befestigt, deren Rechteckform derjenigen der Metallscheibe 22 entspricht und die eine schwingende Platte zur Abstrahlung eines lauten Tonsignals bildet. Damit der Schwinger 14 zwei verschiedene Töne erzeugen kann, d.h. zwei Schallenergiespitzen f1 und f2 (Fig. 4) unterschiedlicher Frequenz, ist es wesentlich, die Metallscheibe 22 und somit die Membran 24 mit einer Länge a auszubilden, die von ihrer Breite b verschieden ist. Erfindungsgemäß durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß ein Schwinger 14 mit einer 40 mm langen und 36 mm breiten Metallscheibe 22 einen Frequenzabstand Af von etwa 400 Hz zwischen den beiden Schallenergiespitzen aufweist.

In den Fig. 5A und 5B, in denen der vorher beschriebenen Ausführungsform entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind, ist eine andere Ausführungsform eines piezoelektrischen Schwingers dargestellt, der für ein Mehrfrequenz-Warnhorn gemäß der Erfindung verwendbar ist. Der Schwinger 14 gemäß Fig. 5A und 5B besteht aus einer kreisförmigen Scheibe 20 aus einer piezoelektrischen Substanz, etwa einem Keramikmaterial aus Zirkon-Bleititanat, die ständig in einer Richtung senkrecht zur Hauptfläche der Scheibe 20 polarisiert ist, einer im wesentlichen kreisförmigen Metallblech)scheibe 22a,

deren gegenüberliegenden Seiten 30 und 32 parallel zueinander geradegeschnitten sind, und einer kreisförmigen Membran 24a, die in Fig. 5B im Schnitt längs der Linie VB-V] nach Fig. 5A dargestellt ist. Die Membran 24a ist gemäß Fig. 5B so geformt bzw. tiefgezogen, daß ihr Umfangsrand gewölbt ist. Die im wesentlichen kreisförmige Metallscheibe 22a besitzt einen Durchmesser, der größer ist als derjenige der piezoelektrischen kreisförmigen Scheibe 22, Jedoch nicht größer als derjenige der Membran 24a. Die piezoelektrische Scheibe 20, die Metallscheibe 22a und die Membran 24a sind mittels eines geeigneten Klebers in der angegebenen Reihenfolge mit miteinander fluchtenden Mittelpunkten gemäß Fig. 5A so miteinander verbunden, daß sie eine monomorphische Einheit bilden.

Die Metallscheibe 22a ist - wie erwähnt - im wesentlichen kreisförmig mit parallelgeschnittenen Seitenkanten 30 und 32. Anders ausgedrückt: sie besitzt gemäß Fig. 5A eine im wesentlichen rechteckige Form, so daß sie zwei Resonanzfrequenzen f1 und f2 gemäß Fig. 4 oder eine große Bandbreite gemäß Fig. 6 besitzt. Im allgemeinen läßt sich die Resonanzfrequenz f eines piezoelektrischen Schwingers aus einer kreisförmigen Platte oder Scheibe mit einem Radius r und einer Dicke t durch folgende Gleichung ausdrücken:

Darin bedeuten: E, g und & =» Youngscher bzw. Elastizitätsmodul, Dichte bzw. Querdehungsziffer und α * eine von der Schwingungsart usw. abhängige Konstante. Durch die Verwen-

dung einer im wesentlichen rechteckigen Metallscheibe 22a beim Schwinger 14, d.h. einer Metallscheibe 22a, deren Maß in der einen Richtung nicht ihrem Maß in einer Richtung senkrecht dazu entspricht, erhält der Ausdruck /E/y in obiger Gleichung eine unterschiedliche Abhängigkeit von den beiden Schwingungsrichtungen, so daß die Metallscheibe 14 bzw. 22a zwei Resonanzfrequenzen besitzt. Der Frequenzgang des Schwingers 14 mit der Metallscheibe 22a zeigt daher zwei deutliche Spitzen der Schallenergie. Wie erfindungsgemäß durchgeführte Versuche gezeigt haben und wie in Fig. 7 veranschaulicht ist, besitzt der Frequenzgang des Schwingers 14 der Art gemäß Fig. 5A zwei Schallenergiespitzen auf getrennten Frequenzpunkten von 2320 Hz und 2640 Hz.

Um den Schwinger 14 auf mindestens zwei getrennten Frequenzen mit Resonanz schwingen zu lassen, reicht es erfindungsgemäß aus, der Metallscheibe 22a eine von ihrer Länge verschiedene Breite zu erteilen; dies bedeutet, daß die Größe dieser Metallscheibe in der einen Richtung von dem Maß in der Richtung senkrecht dazu verschieden sein muß. Für den Schwinger 14 sind daher die in den Fig. 8A bis 8C dargestellten Metallscheiben 22b, 22c bzw. 22d zweckmäßig, welche im wesentlichen rechteckig und elliptisch sind bzw. eine von einem Kreis abweichende Form besitzen.

Wahlweise kann der Schwinger 14 gemäß Fig. 9 eine kreisförmige Metallscheibe 22a aufweisen, welche die piezoelektrische Scheibe 20 trägt, wobei die Mittelpunkte dieser beiden Scheiben jedoch derart gegeneinander versetzt sind, daß der Ausdruck /E/g gemäß obiger Gleichung von den Richtungen auf der Hauptfläche der Metallscheibe 22e abhängig wird.

Bezüglich des Schwingers 14 gemäß Fig. 1 sei angenommen, daß dieser die beiden Resonanzfrequenzen f1 und f2 nach Fig. 4 besitzt. Im Betrieb erregt der Leistungsverstärker Q2, Q3 die Primärwicklung L1 des Transformators T, um an der Sekundärwicklung L2 eine höhere Spannung zu induzieren. Diese induzierte Spannung wird der Reihenschaltung aus dem Schwinger 1.4 und der Parallelschaltung aus Widerstand R7 und Kondensator C2 aufgeprägt, um den Schwinger 14 zu betätigen und am Potentiometer R7 eine Spannung zu erzeugen, deren einer Teil über den Kondensator C3 zur Basis des Transistors Q1 positiv rückgekoppelt wird. Infolgedessen schwingt die gesamte Schaltung gemäß Fig.. 1 ihrerseits mit einer der Frequenzen f1 oder f2. Die am Kollektor A des Transistors Q1 auftretende Schwingungswellenform ist in Fig.2A dargestellt.

Wie erwähnt, liefert der Impulsgenerator 10 Rechteckimpulse der Art gemäß Fig. 2D. Die Diode D1, deren Anode mit der Basis B des Transistors Q2 verbunden ist, schaltet in Abhängigkeit von den in negativer Richtung abfallenden Flanken (Fig. 2D) der Rechteckimpulse vom Oszillator 10 durch, so daß der Basisstrom des Transistors Q2 über die durchgeschaltete Diode D1 und der Widerstand R5 nach Masse abgeleitet wird. In Abhängigkeit von den in positiver Richtung ansteigenden Flanken der Ausgangsimpulse des Oszillators 10 geht die Diode D1 in den Sperrzustand über, so daß der Widerstand R5 von der Basis B des Transistors 02 getrennt wird. Infolgedessen werden die Eigenschwingungsimpulse gemäß Fig. 2A in ihrer Amplitude mit den vom Oszillator 10 gelieferten Rechteckwellen gemäß Fig. 2D moduliert. Die an der Basis B des Transistors Q2 erscheinende Amplituden-modulierte Wellenform ist in Fig. 2B veranschaulicht. Die modulierten Wellen werden

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leistungsmäßig durch den Leistungsverstärker aus den Transistoren Q2 und Q3 verstärkt, um die Primärwicklung L1 des Transformators T zu erregen. Die Amplituden-modulierte Wellenform, aus welcher durch den Transformator T die Gleichspannungskomponenten beseitigt worden sind, erscheint am einen Anschluß C der Sekundärwicklung L2 zur Ansteuerung des Schwingers 14. Die Treiberwellenform am Anschluß C ist in Fig.2C veranschaulicht.

Wenn das Gesamtsystem gemäß Fig. 1 von selbst auf der Frequenz f1 (Fig. 4) schwingt, enthält die am Kollektor A des Transistors Q1 erscheinende Wellenform (Fig. 2A) . hauptsächlich die Frequenz f1, und wenn der Impulsgenerator 10 auf der Frequenz Af schwingt, d.h. wenn die Pulsier- bzw. Impulsfrequenz der Wellenform nach Fig.2D vom Generator 10 gleich Af ist, ist das Frequenzspektrum der modulierten Wellen gemäß Fig. 2C derart, daß die Trägerfrequenz f1 ist und die Seitenbandfrequenzen fi^Af entsprechen, wie dies in Fig. 10 veranschaulicht ist, in welcher die Ordinate die normierte Amplitude angibt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die obere Seitenbandfrequenz f1+4f der anderen Spitzenfrequenz f2 (Fig.4) entspricht. Wenn die Schaltung gemäß Fig. 1 von selbst (naturally) auf der Frequenz f2 schwingt, ist das Frequenzspektrum der Amplituden-modulierten Wellen ersichtlicherweise derart, daß die Trägerfrequenz selbstverständlich f2 und die untere Seitenbandfrequenz f2-4f entsprechen, was einer Spitze bzw. Resonanzfrequenz f1 des Schwingers 14 entspricht. Erfindungsgemäß wird die Schaltung des piezoelektrischen Warnhorns gemäß Fig. 1 bevorzugt so ausgelegt, daß die vom Oszillator 10 gelieferte Modulationsfrequenz im wesentlichen oder ungefähr gleich dem Abstand Af zwischen den beiden Resonanzfrequenzen f1

und f2 des Schwingers 14 ist. Bevorzugt liegt die Modulationsfrequenz bei weniger als 1 kHz und vorzugsweise für Kraftfahrzeug-Warnhörner bei 200 bis 500 Hz.

Fig. 11 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform des piezoelektrischen" Warnhorns gemäß der Erfindung. Die Schaltung gemäß Fig. 11 enthält ebenfalls in Darlington-Schaltung angeordnete Transistoren Q10 und Q11, deren Kollektoren gemeinsam an einen Anschluß einer Primärwicklung L10 angeschlossen sind. Der andere Anschluß der Primärwicklung L10 ist mit einer Stromquelle V„_ verbun-

CC

den, bei der es sich um einen Kraftfahrzeug-Akkumulator bzw. -Sammler handeln kann. Der Emitter des Transistors Q10 ist mit der Basis des Transistors Q11 verbunden, dessen Emitter an Masse liegt.

Der Transformator T10 weist eine Sekundärwicklung L11 auf, deren einer Anschluß an Masse liegt, während ihr anderer Anschluß mit einer der Erregungselektroden 50 des piezoelektrischen Schwingers 14 verbunden ist. Die eine dieser Erregungselektroden 50 ist auf einer Scheibe 20 aus piezoelektrischem Werkstoff montiert, während die andere Elektrode 50 auf der Membran 24 vorgesehen und mit Masse verbunden ist. Die piezoelektrische Scheibe 20 trägt außerdem eine weitere Elektrode 52 als Rückkopplungselektrode, die über einen Kondensator C10 mit der Basis des Transistors Q10 verbunden ist, so daß eine positive bzw. Mitkopplungsstrecke für den Verstärker aus den Transistoren Q10 und Q11 gebildet wird. Die Basis des Transistors Q10 ist über einen Widerstand R10 mit der .Bezugsspannung V _ verbunden.

CC

Die Sekundärwicklung L11 des Transformators T10 besitzt

wesentlich mehr Windungen als die Primärwicklung L1O, so daß an dieser Sekundärwicklung eine erhöhte Spannung induziert wird, die ihrerseits zum Ansteuern des Schwingers 14 an die beiden Erregungselektroden 50 angelegt wird. Die Rückkopplungselektrode 52 nimmt einen Teil der am Schwinger 14 anliegenden Spannung ab, und sie koppelt diese Spannung positiv an den Eingang des Darlington-Verstärkers Q10, Q11 zurück und liefert sie außerdem zu einer noch zu beschreibenden Wellenformschaltung mit einem Transistor Q12.

Die Rückkopplungselektrode 52 des Schwingers 14 ist außerdem über einen Widerstand R11 mit der Basis eines Transistors Q12 verbunden. Der Emitter des Transistors Q12 liegt an Masse, während sein Kollektor durch einen Widerstand R12 von der Stromquelle V gespeist wird. Der

CC

Kollektorausgang des Transistors Q12 ist auch an einen Eingang eines Frequenzteilers 54 angeschlossen. Der Schaltkreis aus dem Transistor Q12 sowie den Widerständen R11 und R12 dient zur Formung der Ausgangsspannung an der Rückkopplungselektrode 52 des Schwingers 14 zu Rechteckimpulsen, die dem Frequenzteiler 54 zugeführt werden. Der Frequenzteiler 54 erzeugt an seinem Ausgang A Impulse, deren Impulsfrequenz auf 1/N seiner Eingangsimpulse geteilt bzw. herabgezählt wird. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 54 wird über eine Diode D10 an die Basis des Transistors QIO angelegt.

Da der Schwinger 14 gemäß Fig. 4 zwei Resonanzfrequenzen f1 und f2 besitzt, schwingt im Betrieb die gesamte Schaltung gemäß Fig. 11 von selbst (naturally) auf einer der Resonanzfrequenzen f1 oder f2. Bei dieser Ausführungsform ist der Frequenzteiler 54 so ausgelegt, daß er die vom

Transistor Q12 gelieferte Eingangsfrequenz f1 oder f2 zu 1/N teilt bzw. herabzählt, um am Ausgang A Ausgangsimpulse zu liefern, deren Primärfrequenz ungefähr oder im wesentlichen gleich dem Frequenzabstand Af zwischen den benachbarten Schallenergiespitzen ist (vgl. Fig. 12A). Die Diode D1O leitet während der Hochpegel-Perioden der Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 54, während sie in den Perioden niedrigen Pegels diese Ausgangsimpulse sperrt. Mit anderen Worten: die Diode D10 leitet und sperrt in Synchronismus mit den Ausgangsimpulsen des Frequenzteilers 54, d.h. mit einer im wesentlichen oder ungefähr Af entsprechenden Frequenz. Während der Zeitspanne, in w.elcher die Diode D10 in ihrem Sperrzustand verbleibt, erzeugt der Schwingkreis mit den in Darlington-Schaltung angeordneten Transistoren Q10 und Q11 Impulse mit der Resonanzfrequenz f1 oder f2, wobei im Sperrzustand der Diode D10 diese Eigenschwingung aufgrund des über die leitende Diode D10 erscheinenden niedrigeren Pegels zwangsweise gedämpft wird. Die selbst angeregten Schwingungsimpulse werden daher in ihrer Amplitude mit der vom Frequenzteiler 54 gelieferten geteilten Frequenz moduliert (vgl. Flg. 12B). Das frequenzmodulierte Signal gemäß Fig. 12B besitzt daher - wie erwähnt - ein solches Frequenzspektrum, daß seine Trägerfrequenz einer der Resonanzfrequenzen f1 oder f2 entspricht, während seine Seitenbandfrequenzen der anderen Resonanzfrequenz +/-dem Frequenzabstand Δί entsprechen. Wenn die Eigenschwingungsfrequenz f1 ist, ist die obere Seitenbandfrequenz f1+Af gleich f1+(fi/N), d.h. gleich f2, und umgekehrt.

Da bei der zuletzt beschriebenen Auεführungsform die Modulationsimpulse (Fig. 12A) für den Darlington-Verstärker Q10, Q11 durch Frequenzteilung von einer der Resonanzfre-

quenzen f1 und f2 erhalten werden, sind sie völlig in Phase mit der einen Resonanzfrequenz. Auf diese Weise kann der Schwinger 14 wirkungsvoller klare Töne erzeugen, die für das menschliche Ohr angenehmer klingen. Versuchsweise wurde ein Warnhorn entwickelt, das mit 2400 Hz schwingt, wobei der Frequenzteiler 54 die Eingangsfrequenz durch 12(N » 12) teilt. Der hörbare Ton bzw. Schall von 2400 Hz, mit 200 Hz moduliert, wurde in einer Entfernung von 1 m vor dem Schwinger 14 mit einem Energiepegel bzw. Schalldruck von 115 dB ermittelt. Dieser Schwinger 14 erzeugte einen klaren bzw. reinen Ton ohne unangenehme Nebentöne.

Obgleich vorstehend nur einige derzeitig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann ersichtlicherweise verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

Leerseite

Claims

» tr α Ο PATENTANSPRÜCHE

1. Piezoelektrische Mehrfrequenz-Schallerzeugungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen

Schwinger (14) zur Erzeugung eines hörbaren Tonsignals auf mindestens zwei bestimmten, verschiedenen Res'- sonanzfrequenzen, durch einen mit dem piezoelektrischen Schwinger (14) verbundenen Schwingkreis (1.0), der auf einer der Resonanzfrequenzen schwingt, und durch eine^an den Schwingkreis angeschlossene Modulatorschaltung (D1) zur Amplitudenmodulation des Schwingkreises mit einer Modulationsfrequenz, die im" wesentlichen oder nahezu einem Frequenzabstand zwisehen den Resonanzfrequenzen entspricht, zwecks Erregung des piezoelektrischen Schwingers (14) mit frequenzmodulierten Wellen zur Erzeugung hörbarer Mehrfrequenz-Tonsignale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatorschaltung einen Überlagerungsoszillator zur Erzeugung der Modulationsfrequenz aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlagerungsoszillator Rechteckimpulse mit einer Impulsfrequenz entsprechend der Modulationsfrequenz erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatorschaltung einen Frequenzteiler aufweist, der in Abhängigkeit von einer Schwingungsfrequenz im Schwingkreis die Schwingungsfrequenz zur Modulationsfrequenz teilt bzw. herabzählt, um den

Schwingkreis damit zu modulieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatorschaltung eine mit dem Schwingkreis verbundene Wellenformschaltung zur Formung der

Schwingungsfrequenz zu Rechteckimpulsen für die Speisung des Frequenzteilers aufweist und daß der Frequenzteiler frequenzgeteilte Rechteckimpulse als Modulationsfrequenz zu liefern vermag. , 10

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Resonanzfrequenz einer Trägerfrequenz der frequenzmodulierten Wellen entspricht und daß die andere Resonanzfrequenz einer der (either of) Seitenbandfrequenzen der frequenzmodulierten Wellen entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Schwinger eine Membran, eine kleinere Abmessungen als die Membran besitzende und an der Membran angebrachte Metall(blech)-scheibe und eine auf letzterer montierte Scheibe aus einem piezoelektrischen Werkstoff aufweist,und daß die Metall(blech)scheibe (in der einen Richtung) ein Maß besitzt, das einem Maß in einer Richtung senkrecht dazu praktisch nicht gleich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall(blech)scheibe im wesentlichen rechteckig ist.

9. Piezoelektrisches Mehrfrequenz-Warnhorn für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch einen piezoelektrischen

Schwinger zur Erzeugung eines hörbaren Tonsignals auf mindestens zwei bestimmten, verschiedenen Resonanzfrequenzen und mit einer Membran, einer kleinere Abmessungen als die Membran besitzenden und auf letzterer montierten, im wesentlichen rechteckigen Metall-(blech)scheibe und einer auf dieser montierten Scheibe aus einem piezoelektrischen Werkstoff, durch einen mit dem piezoelektrischen Schwinger verbundenen Schwingkreis, der den Schwinger auf einer der Resonanzfre-' quenzen schwingen läßt, und durch eine mit dem Schwingkreis verbundene Modulatorschaltung für die Amplitudenmodulation des Schwingkreises mit Modulationsimpulsen, die eine Wiederholungsfrequenz im wesentlichen oder nahezu entsprechend einem Frequenzabstand zwisehen den Resonanzfrequenzen besitzen, wobei der piezoelektrische Schwinger zur Erzeugung des hörbaren Mehrfrequenz-Tonsignals mit den frequenzmodulierten Wellen anregbar ist.

10. Warnhorn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatorschaltung eine mit dem Schwingkreis verbundene Wellenformschaltung zur Formung der Schwingungsimpulse des Schwingkreises zu Rechteckimpulsen und einen Frequenzteilerkreis aufweist, der in Abhängigkeit von den Rechteckimpulsen diese in Modulationsimpulse für die Modulation des Schwingkreises teilt.