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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Mobiltelefon, das mit einem perfektionierten Lautsprecher ausgestattet
ist. Die Erfindung hat die Aufgabe, die Funktionsweise eines solchen
Lautsprechers gegenüber
externen elektromagnetischen Störungen
unempfindlich zu machen. In Mobiltelefonen werden Lautsprecher verwendet,
die natürlicherweise
zum oberen Teil des Geräts
hin angeordnet sind, so dass sie der Position eines Ohrs eines Zuhörers entsprechen.
Die Antenne für
die elektromagnetische Strahlung eines solchen Telefons ist ebenfalls
zum oberen Teil des Geräts
hin angeordnet. In der Praxis ist ein elektrisches gedrucktes Schaltbild,
das eine elektronische Karte bildet, gegenüber vom Lautsprecher angeordnet
und leitet die Ausgabesignale bis zur Antenne weiter. In dem Augenblick,
in dem das Mobiltelefon in Betrieb genommen und von einer Basisstation erkannt
wird, gibt das Mobiltelefon protokollarische Signale mit einer Nennleistung
auf der Bakenfrequenz der Basisstation aus, bevor die Basisstation dem
Telefon eine geringere Ausgangsleistung im Verhältnis zu seiner Entfernung
zuweist. Wenn das Mobiltelefon von der Basisstation weit entfernt
ist, ist die Ausgabeleistung im Übrigen
dauerhaft nominell.
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Das elektrische Signal, das diesem
protokollarischen Erkennen entspricht, sowie alle ausgetauschten
Signale, sind in Zeitfenstern von 577 Mikrosekunden in Rastern mit
acht Fenstern enthaaen, deren Dauer bei 4,615 Millisekunden liegt
(im GSM TDMA-Modus Time Division Multiple Access – zeitverteilter
Mehrfachzugriff). Der Funkausgangsverstärker des Mobiltelefons ist
somit der Sitz eines Impulsverbrauchs mit einer Frequenz in der
Größenordnung
von 217 Hz. Dieser starke Verbrauch erzeugt ein elektromagnetisches
Geräusch,
welches sich im Gehäuse
des Mobiltelefons ausbreitet und das in bestimmten Fällen zu
einer parasitären
mechanischen Erregung der Membran des Lautsprechers des Mobiltelefons
führt.
Der Benutzer hört
somit zumindest im Augenblick der Erkennung ein lautes Geräusch. Dieses
Geräusch
ist störend.
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Die festgestellte Störung ist
keine Störung des
Audiosignals, welches den Lautsprecher versorgt (obgleich auch diese
Quelle eine Rolle spielt), sondern eine Strominduktion in der Spule
des Lautsprechers, was dazu führt,
dass die Spule -in Bewegung versetzt wird und die Membran des Lautsprechers
dadurch ein Geräusch
erzeugt. Dieses Geräusch
wird unter Bezugnahme auf die Impulshüllen der in den Zeitfenstern
verbrauchten Leistungen als Burst-Geräusch bezeichnet. Wenn also
der Lautsprecher auf sich selbst kurzgeschaltet wird, ohne elektrischen
Kontakt mit der gedruckten Schaltung, wird das Burst-Geräusch auf
dieselbe Weise wahrgenommen. Bei bestimmten Mobiltelefonen ist das
Problem weniger stark ausgeprägt,
da der Lautsprecher von der gedruckten Schaltung auf der elektronischen Karte
relativ weit entfernt ist. Da es schwierig ist, die Struktur des
von einer elektronischen Karte ausgestrahlten Magnetfelds vorherzusehen,
ist diese Art von Problem erst in dem Augenblick erkennbar, in dem
der Lautsprecher in das Mobiltelefon eingebaut wird, selbst wenn
man weiß,
dass es immer besser ist, den Lautsprecher so weit wie möglich von
Hochleistungsfunkspuren entfernt zu halten.
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Im Normalbetrieb wird auf die Klemmen
des Lautsprechers eine Spannung U(t) angebracht. Die Erregerspule
des Lautsprechers wird dann von einem Strom i durchlaufen. Diese
Spule taucht unter anderem in ein radiales statisches Magnetfeld
ein, das durch einen Magneten des Lautsprechers erzeugt wird. Daraus
ergibt sich eine Kraft F, die auf die Spule angewendet und als Laplace-Kraft
bezeichnet wird, deren Wert durch F = iLBo gegeben ist, wobei I der
Länge des
Drahts der Spule entspricht. Diese Kraft ist gemäß der Richtung des Stromverlaufs
in der Spule einmal positiv und einmal negativ. Da die Spule mit
der Membran des Lautsprechers fest verbunden ist, wird so der Zusammenbau
von Spule plus Membran in Bewegung versetzt.
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Im gestörten Modus hat die Erregerspannung
einen anderen Ursprung. Ein externes elektromagnetisches Feld B( + / ),
das zeitlich variabel ist, umgibt die Spule des Lautsprechers und
erzeugt einen Magnetfluss Oe durch die Spule hindurch, dessen Wert
durch e(t) = NSBe(t) gegeben ist, wobei N der Anzahl der Windungen
der Spule entspricht und S die berfläche einer Spule ist. Die zeitlichen
Schwankungen dieses Flusses erzeugen eine elektromotorische Kraft
(eine Spannung) e bei den Klemmen der Spule gemäß des Verhältnisses e = –dJdt. Diese
Spannung e sieht sich einem relativ schwachen elektrischen Widerstand
gegenüber
(der elektrische Wiederstand des Lautsprechers (R = 8Ω) in Serie
geschaltet mit dem inneren Widerstand des- Verstärkers (r = 8. Q.)). Somit durchquert
ein nicht zu vernachlässigender Strom
die Spule, wodurch die Membran nach demselben Prinzip wie zuvor
erwähnt
aktiviert wird. Eine Lösung,
die darin besteht, einen großen
Widerstand mit dem Lautsprecher in Serie zu schalten, hat den Vorteil,
die beträchtlichen
Wirkungen eines solchen Lärms
zu unterdrücken.
Gleichzeitig hat sie den Nachteil, dass sie zu einer überdimensionierten
und Audioversorgung führt.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die
genannten Nachteile zu beseitigen, indem sie die Tatsache nutzt,
dass diskrete Hörempfangsmodi
(wobei das Mobiltelefon an das hr gehalten wird) und Freisprechmodi
(mit zusätzlicher
Verstärkung)
vom Benutzer verwendet werden. Daher verfügt man auf Grund dieser Verwendung
nur über
eine Information zum unterschiedlichen Konfigurieren des Mobiltelefons
nach dem gewünschten
Verwendungsmodus. Unter diesen Bedingungen wird im Rahmen der Erfindung
das Mobiltelefon mit einem Lautsprecher versehen, der zwei Spulen
aufweist. Eine erste Spule ist hochohmig und dient für den diskreten
Hörempfang.
Da sie hochohmig ist, begünstigt
sie im Vergleich zur Verbreitung der Burst-Geräusche natürlich die Verbreitung von Klängen, die
von der Dekodierung der Signale kommen, die vom Telefon übertragen
werden. Somit ist es nicht notwendig, einen Widerstand im Schaltkreis hinzuzufügen. Eine
zweite Spule ist eine niederohmige Spule und dient zum Hörempfang
in Freisprechfunktion. In diesem Fall werden die Burst-Geräusche nicht
gedämpft.
Da jedoch die Klänge,
die von der Dekodierung der übertragenen
Signale kommen, für den
Hörempfang
in Freisprechfunktion verstärkt
werden, ist ihre Verbreitung im Vergleich zur Verbreitung von Burst-Geräuschen begünstigt.
Daraus folgt, dass der Stromverbrauch des Mobiltelefons in Freisprechfunktion
nicht auf Grund eines unnötigen
Widerstands, der hinzugefügt
worden wäre,
erhöht
wird.
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Die Erfindung betrifft somit ein
Mobiltelefon mit einem Schaltkreis zur Sprachverarbeitung und einem
Lautsprecher, der an den Verarbeitungsschaltkreis angeschlossen
ist, wobei der Lautsprecher eine Haltestruktur, einen gegenüber der
Haltestruktur frei beweglichen Aktivteil und eine erste elektro-mechanische
Erregerspule umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Telefon einen
Schalter mit zwei Ausgängen
umfasst, der am Eingang mit dem Verarbeitungsschaltkreis und an
seinen zwei Ausgängen
mit der ersten elektro-mechanischen Erregerspule und mit einer zweiten
elektro-mechanischen Erregerspule verbunden ist.
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Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung
und der Prüfung
der beigelegten Figur besser verstanden werden. Die Figur hat lediglich beispielhaften
Charakter und stellt keinerlel Einschränkung der Erfindung dar. Die
einzige 1 zeigt ein
Mobiltelefon gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
ein Mobiltelefon 1 gemäß der Erfindung.
Das Mobiltelefon 1 umfasst in schematischer Weise einen
Schaltkreis 2 (gestrichelt) zur Sprachverarbeitung und
einen Lautsprecher 3. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schaltkreis 2 hier in herkömmlicher Weise einen Mikroprozessor 4,
der über
einen Bus 5 mit einem Datenspeicher 6 und einem
Programmspeicher 7, einer Tastatur 8, einem Bildschirm 9 sowie
mit Verstärkungsschaltkreisen 10 verbunden
ist. Für
die Inbetriebnahme eines Mobiltelefons umfasst der Speicher 7 ein
Programm 11, das hier als GSM bezeichnet wird, weil es
alle Anweisungen enthält,
die für
die Inbetriebnahme eines Mobiltelefons nützlich sind. Das Telefon 1 umfasst
auch anderes Zubehör,
zum Beispiel ein Mikrofon, das nicht dargestellt ist, weil es für die Erfindung
nicht von Bedeutung ist. Die Verstärkungsschaltkreise 10 versorgen
den Lautsprecher 3 mit Strom.
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Der Lautsprecher 3 umfasst
eine Haltestruktur 12, die durch eine Kreuzschraffierung
dargestellt ist, und eine Membran 13, welche gegenüber der Haltestruktur 12 die
Rolle des frei beweglichen Aktivteils spielt. Die Membran 13 ist
vorzugsweise kreisförmig.
Sie ist an ein erstes kreisförmiges
Ende 14 und an einen Kranz 15 befestigt, der mit
der Haltestruktur 12 fest verbunden ist. An einem anderen Ende 16 ist
die Membran 13 an einem rohrförmigen Kern 17 befestigt.
In einem Beispiel greift der rohrförmige Kern 17 um einen
zentralen Pfeiler der Haltestruktur 12 ein. In diesem bevorzugten
Beispiel sind der Kern 17 und die Haltestruktur 12 aus
magnetischen Materialien hergestellt. Die Haltestruktur 12 ist insbesondere
ein Dauermagnet mit kreisförmiger Struktur,
der ein radiales Feld in einem Luftspalt bestrahlt, in dem sich
der Kern 17 befindet. Die Membran 13 wird zwischen
ihren Enden 14 und 16 durch ihre eigene Steifheit
in einer Gleichgewichtsposition gehalten. Der Lautsprecher 3 umfasst
unter anderem eine am Kern 17 befestigte erste elektrische
Spule 18, die – wenn
sie versorgt wird – ihre
eigene mechanische Erregung sowie jene des Kerns 17 bewirkt. Unter
der Wirkung der elektrischen Signale, die durch den Verstärker 10 abgegeben
werden, wird die Spule 18, die mit ihm verbunden ist, Verschiebungen
unterworfen, die dem verstärkten
Signal entsprechen.
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In der Erfindung ist das Mobiltelefon
auf zwei Arten modifiziert. In einer ersten Art umfasst es einen Schalter 19 und
in einer zweiten Art umfasst es eine zweite elektro-mechanische
Erregerspule 20. Die Spule 20 ist parallel zur
ersten Spule, hier in bevorzugter Weise durch Striche dargestellt,
zwischen einem gemeinsamen elektrischen Knotenpunkt 21, zum
Beispiel hier die Erdung, und jedem der zwei Ausgänge 22 bzw. 23 des
Schalters 19 angeordnet. Um sich einen gemeinsamen elektrischen
Knotenpunkt 21 zu ersparen, würde es genügen, den Schalter 19 durch
einen Doppelschalter 19 und 19a mit zweimal zwei
Ausgängen
zu ersetzen, wobei die ersten Ausgänge mit einer Spule und die
zweiten Ausgänge
mit der anderen Spule verbunden sind. Die zwei Schalter 19 und 19a werden
dann gemeinsam gesteuert. Eingangsseitig ist der Schalter 19 mit
dem Verstärkungsausgang
des Verstärkers 10 verbunden.
Der Schalter 19 mit zwei Ausgängen ist somit in der Lage,
auf einem seiner Ausgänge
in Abhängigkeit
von einem durch den Bus 5 übertragenen Befehl ein elektrisches
Signal, das er auf seinem Eingang 24 erhalten hat, weiterzuleiten.
Die zwei Spulen 18 und 20 sind dafür vorgesehen,
unterschiedliche Verhaltensweisen in Gegenwart eines elektrischen
Signals, das sie erregt, anzunehmen. Zum Beispiel ist die erste
Spule 18 eine hochohmige Spule, während die zweite Spule 20 eine
niedrigohmige Spule ist. Die zweite Spule 20 ist mechanisch
an der ersten Spule 18 und am Kern 17 befestigt.
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Dieser Impedanzunterschied kann in
der Praxis dadurch erzielt werden, dass in der ersten Spule 18 eine
Anzahl an Windungen angeordnet wird, die höher als die Anzahl von Windungen
in der zweiten Spule 20 ist. Zum Beispiel ist die Anzahl
an Windungen der ersten Spule 64, während die Anzahl an Windungen
der zweiten Spule 20 bei 32 liegt. Außerdem weist
ein Leitungsdraht, der für
die erste Spule 18 verwendet wird, um den Widerstand der ersten
Spule 18 zu erhöhen,
vorzugsweise einen Durchmesser auf, der halb so groß ist wie
der Durchmesser des Drahts, der für die zweite Spule 20 verwendet
wird. Zum Beispiel ist dieser Durchmesser 30 Mikrömefer bzw. 60 Mikrometer.
Auf diese Weise, insbesondere durch Kombinieren der zwei Lösungen,
erhält
man ein Resultat, bei dem die Impedanz der ersten Spule 8 Mal
höher als
die Impedanz der zweiten Spule ist. In der Tat führt das Verhältnis der Anzahl
an Windungen von 2 und von 4, das sich aus dem
Vergleich der Durchmesser ergibt (weil die Resistivität zur berfläche des
Querschnitts der Drähte umgekehrt
proportional ist) zu diesem Verhältnis
von B. Außerdem
kann man, um den Widerstand der hochohmigen Spule 18 zu
erhöhen,
vorsehen, dieser in Serie einen diskreten oder verteilten Widerstand 25 hinzuzufügen. So
kann man eine zweite Spule 20 mit einer Impedanz von 8
Ohm erhalten, während
die erste Spule 18 eine Impedanz von ungefähr 120 Ohm hat
(8 Ohm mal 8 plus 60 Ohm vom Widerstand 25).
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Die Funktionsweise des Telefons 1 ist
somit folgende. In Abhängigkeit
von einem Befehl, der von einem Benutzer über eine faste einer Tastatur 8 eingegeben
wird und in Anwendung eines Schaltprogramms 26, das im
Programmspeicher 7 enthalten ist, zwingt der Mikroprozessor 4 den
Schalter 19 dazu, den Ausgang 22 oder den Ausgang 23 zu
versorgen. Wenn er den Ausgang 22 für einen diskreten Hörempfang
versorgt, treibt das am Ausgang des Verstärkers 10 verfügbare Signal
die erste Spule 18 an. Die Verstärkung des Verstärkers 10 ist
ausreichend, damit die Schwingung der Membran 13 einem diskreten
Hörempfang
entspricht. Der Verstärker 10 kann
eventuell durch den Benutzer in Abhängigkeit von seinem gewünschten
Hörkomfort
geregelt werden. Somit befindet man sich in einer hochohmigen Konfiguration,
welche jener des Stands der Technik entspricht, in der das Problem
des Burst-Geräuschs durch
Erhöhung
der Impedanz gelöst
wird. In der Praxis erhält
man in diesem Fall einen akustischen Druck, der durch schwache Volt
ausgestrahlt wird. In diesem Fall muss der Verstärker 10 starke Spannungen
auf die Spule 18 anwenden. Im Vergleich dazu sind die Burst-Geräusche nun
relativ geringer: sie sind gleichwertig mit Spannungserregungen
mit einer fixen Amplitude. Unter diesen Umständen hört man sie nicht. Das ist das
Ziel, das bei dieser Hörart
zu erreichen ist.
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Im anderen Fall, wenn die zweite
Spule 20 versorgt wird, besitzt diese Spule 20 eine
niedrige Impedanz. Zum Beispiel liegt die Impedanz der Spule 20 in
der Größenordnung
von 8 Ohm (normierte Impedanz). Für eine bestimmte Erregerspannung
wird diese Spule von einem starken Strom durchlaufen. Sie erzeugt
einen höhen
Ton, der in der Freisprechfunkfion verwendbar ist. Die Spule 20 ist
auch gegenüber
Burst-Funkfrequenzinduktionen
empfindlich. Da aber der Pegel des elektrischen Audiosignals dann verstärkt wird,
und zwar relativ viel stärker,
sind die Funkfrequenzgeräusche
nicht mehr wahrnehmbar. Somit kommt man hier wieder zum gewünschten
Ergebnis, das darin besteht, dass die Burst-Geräusche überdeckt
werden. Für
die Ausführung
sind die Spulen 18 und 20 frei beweglich und gemeinsam
auf dem Kern 17 befestigt. Die Spulen sind ineinander verschachtelt.
Der Zusammenbau ist am Boden einer kreisförmigen Rille 27 der
Haltestruktur 12 beweglich. Die Rille 27 umgibt
einen zentralen Massivteil des Magneten 12. In dieser bevorzugten
Lösung weist
der Zusammenbau der zwei Spulen mehr Trägheit auf (aufgrund des doppelten
Gewichts). Die Wirkung der zusätzlichen
Masse ist daher günstig
für den
Widerstand gegenüber
den Burst-Geräuschen.
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Durch diese Vorgangsweise werden
zwei Lautsprecher in einem hergestellt, das heißt es werden die Kosten der
Mobiltelefonie deutlich gesenkt. Für ein und denselben, doppelten
Lautsprecher ist es möglich,
einen diskreten Hörempfang
und einen Hörempfang
in Freisprechfunktion durchzuführen.
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Zusammenfassend ist festzuhalten,
dass in beiden Fällen,
im Fall des diskreten Hörempfangs oder
beim Hörempfang
in Freisprechfunktion, die Burst-Wirkungen mit gleicher Windungsanzahl
in ein und derselben parasitären
elektromotorischen Kraft erklingen, die auf die Spule angewendet
wird. Im Fall des diskreten Hörempfangs
wird, wenn die durch den Verstärker 10 anwendbare
Spannung schwach gewesen sein sollte (um einen schwachen Ton zu
verbreiten), der Erregungsbeitrag der Klänge, der aus der Dekodierung
im Mobiltelefon resultiert, im Vergleich zum Beitrag, der aus den
Störgeräuschen resultiert,
künstlich
erhöht,
indem einfach die Impedanz der ersten Spule 18 erhöht wird.
Von diesem Standpunkt aus betrachtet sind die Änderung des Durchmessers der
Drähte
und das Hinzufügen
eines Widerstands 25 in Serie maßgeblich. Es genügt, einfach den
Verstärker 10 so
zu dimensionieren, dass er eine hohe Spannung liefern kann, zum
Beispiel 24 Volt von Spitze zu Spitze. Im anderen Fall
ist man natürlich
in einer Situation, in der die nützliche
Erregerspannung erhöht
ist, weil man sich in der Freisprechfunktion befindet. Und infolgedessen
sind die Burst-Geräusche relativ
reduziert.
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Im Übrigen ist die Verwendung eines
Schalters 19 vorteilhaft. In der Tat ist je nach Position
des Schalters 19 einer der zwei Eingänge 22 oder 23 an eine
Spule angeschlossen und der andere in der Luft. Der Eingang in der
Luft ist nicht angeschlossen. Die Spule mit einem Eingang in der
Luft bildet dennoch eine strahlende Vorrichtung. Der Umstand, dass
eine der Spulen in der Luft ist, während die andere in Betrieb
ist, könnte
zum Entstehen von mechanischen Erregungen durch die andere Spule
führen.
Man beobachtet in diesem Zusammenhang paradoxer Weise eine schwache
Kopplung zwischen den zwei Spulen, da sie in der Praxis eine auf
der anderen angeordnet sind. Diese liegt bei –10 dB, wenn eine Spule in
Betrieb ist, und in der Größenordnung
von –30
dB, wenn die andere Spule in Betrieb ist. Diese paradoxe Schwäche der
Kopplung hängt
mit dem Umstand zusammen, dass die zwei Spulen fest miteinander
verbunden und vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung angeordnet
sind. In der Praxis wird die magnetische Kopplung durch eine mechanische
Kopplung ausgeglichen, welche aus dem Umstand resultiert, dass das
Bewegen einen Spule im Dauermagneten der Haltestruktur 12 für die Spule
eine Spannung impliziert, die in eine umgekehrte Richtung der Störspannung
läuft,
die in der anderen Spule entstanden ist.
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Zwischen der Wicklung der zweiten
Spule 20 für
die Freisprechfunktion und dem Ausgang 23 des Schalters
wird vorzugsweise ein Verstärker 28 angeordnet.
Der Verstärker 28 wird
mit Freisprechverstärkung
geladen. Die Gründe
für diese
Anordnung lauten wie folgt. Ein Schalter wie der Schalter 19 weist immer
einen bestimmten seriellen Widerstand in der Größenordnung von 4 Ohm auf. Im
Fall des verstärkten
Hörempfangs,
wenn der Verstärker 10 selbst
die im Lautsprecher 3 zu vertreibende Leistung erzeugen
sollte, müsste
er eine interne Impedanz von 12 Ohm aufweisen (8) Ohm für die Spule 20 und
4 Ohm für
den Schalter 19). Man verbraucht somit wesentlich mehr
als der Verstärker 28 zu
verbrauchen gedacht ist. Der Verstärker muss nur so angepasst
werden, dass er eine interne Impedanz von 8 Ohm aufweist, weil er
die zweite Spule 20 direkt antreibt. In diesem Fall führt der
Verstärker 28 unter
anderem eine Impedanztransformation durch: Er besitzt eine Eingangsimpedanz
in der Größenordnung
von 120 Ohm oder mehr und eine Ausgangsimpedanz von 8 Ohm. Im Vergleich
dazu besitzt der Verstärker
10 im Beispiel eine Ausgangsimpedanz in der Größenordnung von 120 Ohm.
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Vom baulichen Standpunkt aus betrachtet
ist der Kranz 15 mit zwei Öffnungen 29 und 30 versehen,
durch welche Leitungspaare, 31 bzw. 32, hindurch
geführt
werden. Diese Leitungspaare 31 und 32 sind jeweils
an die Enden der Spulen 18 bzw. 20 angeschlossen.
Die Ausführung
des Lautsprechers 3 erfolgt wie nachstehend angeführt. Die
Spulen 18 und 20 werden um den Kern 17 herum
angeordnet, so dass die Leitungspaare 31 bzw. 32 auf
ein und dieselbe Seite eines kreisförmigen Zylinderblocks 33 führen, der
sie enthält,
wobei sie vorzugsweise einander diametral entgegengesetzt sind.
Zur selben Zeit, zu der ein Trichter, der die Rolle der Membran 13 übernimmt,
auf dem Block 33 befestigt wird, werden die Leitungspaare 31 und 32 durch
die Öffnungen 29 und 30 hindurchgeführt, welche
in dem Kranz 15 ausgebildet sind, der am anderen Ende der
kreisförmigen
Membran 13 befestigt ist. Über seinen kreisförmigen Sockel 34 wird
der Kranz 15 danach auf einer kreisförmigen Außenmauer 35 der Struktur 12 angebracht.
Damit jede Spule von einem Paar nebeneinander liegender Leitungen
versorgt wird, umfasst sie in ihrer Höhe 36 eine erste gewickelte Schicht
von oben nach unten in Serie mit einer zweiten gewickelten Schicht
von unten nach oben. Damit die Leitungspaare in entgegengesetzter
Richtung verlaufen, genügt
es, eine Spule im Inneren der anderen um 180° zu drehen. Der Lautsprecher 3 wird danach
durch die Haltestruktur 12 am Gehäuse des Telefons 1 befestigt.