EP0071851A1

EP0071851A1 - Piezoelektrischer Dreitongeber

Info

Publication number: EP0071851A1
Application number: EP82106700A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dr. Diekstall; Karl-Heinz Sieberer; Konrad Tzschentke; Georg Wiesend
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 1981-08-07
Filing date: 1982-07-24
Publication date: 1983-02-16
Also published as: DE3131349A1; DE3131349C2

Abstract

Der Dreitongeber (1) besteht aus einem Wandler (2), der mit einer piezoelektrischen Schicht (3) versehen ist. Dieser Wandler (2) unterteilt das Gehäuse des Dreitongebers (1) in zwei Teilvolumina (4, 6), die mit den Schallaustrittsöffnungen (5, 7) die beiden Helmholtz-Resonatoren bilden. Somit werden drei periodische Signale bei geringem Energieverbrauch und hoher akustischer Leistung (> 90 dB) erzielt. Ein solches Bauelement eignet sich insbesondere zur Aufgabe von Signalen bei Fernsprechanlagen, Wechselsprechanlagen oder als Ersatz für Klingeln.

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Dreitongeber wie er im Oberbegriff des Hauptanspruches angegeben ist. Ein solches Bauelement eignet sich insbesondere zur Abgabe von Signalen bei Fernsprechanlagen, Wechselsprechanlagen oder als Ersatz für Klingeln.
Der piezoelektrische Wandler als auch seine Anwendung als Tongeber wird von J. Kuwabara im Journal of Electric Engineering (JEE) vom November 1979, Seite 50 bis 53, mit dem Titel "Piezoelectric Buzzer Applications Expand" eingehend beschrieben. Ferner ist die Ansteuerung eines solchen Wandlers mittels eines Tonrufoszillators aus der DE-OS 29 37 922 bekannt. Aus dieser Anmeldung ergibt sich auch ein Zweitongeber mit zwei alternierenden Frequenzen unter Verwendung eines Resonators. Um einen sogenannten Dreitongeber zu erhalten, wäre es aufgrund der vorliegenden deutschen Anmeldung naheliegend, das Volumen des Helmholtz-Resonators zu unterteilen, um einen weiteren Resonator zu erhalten. Dies kann erreicht werden, indem man einen Steg vor der schallabstrahlenden Seite des Wandlers anordnet, zumal die Abstrahlung in einer Richtung erwünscht ist. Dabei stellt man aber fest, daß eine ausreichende Entkoppelung der beiden Volumina nicht möglich ist, da die mechanische Trennung in der Praxis nicht genügend wirksam ist. Auch ist es naheliegend, die S_challaustrittsöffnungen gemäß den gängigen Ausführungen bei Helmholtz-Resonatoren gegenüber der schallabstrahlenden Seite des Wandlers anzuordnen. Dabei ergeben sich aber Schwierigkeiten beim Einbau eines solchen Bauelementes in Fernsprechanlagen. Beim bekannten Zweitongeber kann man theoretisch auch eine Dreierfolge von Tönen erreichen, indem man einen Tonrufoszillator mit drei Frequenzen verwendet. Dabei treten aber erhebliche Klirrfaktoren auf und die angegebenen drei Töne sind unterschiedlich laut.
Es liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Frequenzgang des Wandlers und der Resonatoren derart zu beeinflussen, daß drei vorgegebene Frequenzen mittels eines Bauelements mit hohem Schallpegel und wohlklingender Dreierfolge abgestrahlt werden. Ferner soll ein solches Element besonders für einen Signalgeber in Fernsprechanlagen geeignet sein, wobei der Schallpegel über 90 dB liegen soll. Gleichzeitig wird bei der Erfindung bezweckt, mit Hilfe des bekannten piezoelektrischen Wandlers drei periodische Signale bei geringem Energieverbrauch und hoher akustischer Leistung zu erzielen, wobei der piezoelektrische Dreitongeber auf verhältnismäßig einfache Art hergestellt werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß ein Tonrufoszillator drei alternierende Frequenzen liefert, ferner daß der Tongeber drei Resonanzfrequenzen aufweist, die auf die drei Frequenzen des Tonrufoszillators abgestimmt sind, wobei die eine Resonanzfrequenz durch die Resonanz des Wandlers gegeben ist und die beiden anderen Resonanzfrequenzen durch zwei Helmholtz-Resonatoren bestimmt sind.
Weitere Merkmale der Erfindung und die Verwendung eines solchen Dreitongebers sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Dreitongeber erreicht man wohlklingende Rufsignale wegen dem geringen Oberwellengehalt der Töne und eine gleichmäßige Lautstärke für alle drei Signale. Ebenfalls wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme erreicht, daß drei Frequenzen aus einem einzigen Bauelement abgestrahlt werden, wodurch sich eine Kostenersparnis ergibt. Die effektive Entkopplung der beiden Teilvolumina der beiden Helmholtz-Resonatoren mittels der Wandlerplatte als Trennwand ist als Haupterfindungsgedanke anzusehen, da alle anderen Lösungsmöglichkeiten nicht den gewünschten Erfolg gebracht haben.
Vorteilhaft ist es, wenn die Resonanz des Wandlers die niedrigste der gewünschten Frequenzen bestimmt. Dies erlaubt eine maximale Lautstärke der drei abgegebenen Frequenzen. Bei einem vorgegebenen Durchmesser erhält man gleichzeitig eine geringe Bauhöhe. Eine möglichst feste Einspannung am Rand des Wandlers zwischen dämpfungsarmen Materialien hat den Vorteil, daß die Einstellung einer definierten Resonanzfrequenz gewährleistet ist, weil hierdurch dem Wandler eine Knotenlinie aufgezwungen wird.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Ein Schnitt durch einen Dreitongeber mit Helmholtz-Resonatoren;
Fig. 2: Schnitt durch einen Dreitongeber, der besonders für Fernsprechanlagen geeignet ist.
Fig. 3: Diagramm mit dem Frequenzgang des erfindungsgemäßen Dreitongebers.

Der allgemeine erfinderische Dreitongeber 1 besteht nach der Lehre der Erfindung gemäß Fig. 1 aus einem Wandler 2, der mit einer piezoelektrischen Schicht 3 versehen ist. Dieser Wandler 2 unterteilt das Gehäuse des Dreitongebers 1 in zwei Teilvolumina 4 und 6, die mit den Schallaustrittsöffnungen 5 bzw. 7 die beiden Helmholtz-Resonatoren bilden. Die Größe der Teilvolumina 4 und 6 und die entsprechenden Austrittsöffnungen 5 und 7 ergeben sich durch die Helmholtzsche Gleichung zur Auslegung solcher Hohlraumresonatoren. Im speziellen Beispiel, bei dem man sehr wohlklingende Töne erzielt, ergibt sich das Teilvolumen 4 aus der Innenhöhe von 10 mm und einem Durchmesser von 44 mm und das Teilvolumen 6 aus der Innenhöhe von 15 mm und einem Durchmesser von ebenfalls 44 mm. Der Wandler 2 ist ein Verbundkörper, der zum Beispiel aus einer Messing-, Aluminium- oder Bronzemembran besteht, auf der z. B. eine piezokeramische Platte 3 zum Beispiel aus Bleititanatzirkonat aufgebracht ist. Andere Möglichkeiten zur Herstellung eines solchen Wandlers ergeben sich aus der DE-OS 27 18 289. Vorteilhaft ist auch eine vollflächige Elektrode. Der geringe Klirrfaktor beruht insbesondere darauf, daß trotz der Ansteuerung über die integrierte Schaltung des Oszillators mit rechteckigen Ausgangssignalen oberflächenarme akustische Signale abgestrahlt werden, aufgrund der dem Dreitongeber 1 eigenen Filterwirkung.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Schallaustrittsöffnungen 8 seitlich angeordnet sind. Zur Vermeidung eines akustischen Kurzschlusses sind die Schallaustrittsöffnungen 8 versetzt und möglichst weit voneinander angeordnet. Dabei ergibt sich ein weiteres erfinderisches Merkmal, indem man die Schallaustrittsöffnungen 8 gemäß den gängigen Ausführungen beim Helmholtz-Resonator nicht gegenüber der schallabstrahlenden Seite des Wandlers anordnet, sondern seitlich anbringt. Die Qualität des Tongebers verschlechtert sich dabei keinesfalls, da man Korrekturen durch die entsprechende Größe und Zahl der Schallaustrittsöffnungen 8 vornehmen kann. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Töne hauptsächlich in der gleichen Richtung abstrahlen, was besonders notwendig für Telefoneinrichtungen ist, da man sonst konstruktive Änderungen beim Telefongehäuse vornehmen müßte.
Aus Fig. 3 geht der Frequenzgang eines erfindungsgemäßen Dreitongebers hervor, der für hohe Schallpegel und die Frequenzen 800, 1066 und 1333 Hz ausgelegt ist. Diese Ausführungsform ist besonders für den Einbau in existierende und zukünftige Fernsprechanlagen geeignet.

Claims

1. Piezoelektrischer Tongeber (1) zur Abstrahlung eines Tonrufes, insbesondere für Signalgeber in Fernsprechanlagen, bei dem ein piezoelektrischer Wandler (2) von einem Tonrufoszillator angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonrufoszillator drei alternierende Frequenzen liefert, ferner daß der Wandler (2) drei Resonanzfrequenzen aufweist, die auf die drei Frequenzen des Tonrufoszillators abgestimmt sind, wobei die eine Resonanzfrequenz durch die Resonanz des Wandlers (2) gegeben ist und die beiden anderen Resonanzfrequenzen durch zwei Helmholtz-Resonatoren (4, 6) bestimmt sind.

2. Piezoelektrischer Tongeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Helmholtz-Resonatoren (4, 6) auf den beiden schallabstrahlenden Seiten des Wandlers (2) angeordnet sind.

3. Piezoelektrischer Tongeber nach_Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenzen der Helmholtz-Resonatoren (4, 6) höher als die Resonanzfrequenz des Wandlers (2) sind.

4. Piezoelektrischer Tongeber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Wandlers (2) nicht die unterste abzustrahlende Frequenz ist.

5. Piezoelektrischer Tongeber nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Schallaustrittsöffnungen (8) der Helmholtz-Resonatoren (4, 6) vorzugsweise seitlich am Gehäuse des piezoelektrischen Tongebers (1) angebracht sind.

6. Piezoelektrischer Tongeber nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines akustischen Kurzschlusses die Schallaustrittsöffnungen der Helmholtz-Resonatoren (8) versetzt und möglichst weit voneinander angeordnet sind.

7. Verwendung eines piezoelektrischen Tongebers nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Dreitongeber für Wechselsprechanlagen oder als Ersatz für Klingeln.

8. Verwendung eines piezoelektrischen Tongebers nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Signalgeber für Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die abzustrahlenden Frequenzen 800, 1066 und 1333 Hz betragen und der Schallpegel über 90 dB liegt.