WO2010006794A2 - Schallerzeuger - Google Patents

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WO2010006794A2
WO2010006794A2 PCT/EP2009/005179 EP2009005179W WO2010006794A2 WO 2010006794 A2 WO2010006794 A2 WO 2010006794A2 EP 2009005179 W EP2009005179 W EP 2009005179W WO 2010006794 A2 WO2010006794 A2 WO 2010006794A2
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capacitor
membrane
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switch
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Inventor
Juergen Uebbing
Thomas Kotz
Jose Recena
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Clarton Horn S.A.
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    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated
    • G10K9/13—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated using electromagnetic driving means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • B06B2201/70—Specific application

Definitions

  • the present invention relates to a sound generator for generating sound with a predetermined spectrum, in particular a horn, a fanfare or a horn for a vehicle for generating a warning signal.
  • a fanfare or a horn according to the principle of Wagner's hammer comprises an electromagnet, which deflects a membrane from a rest position in the energized state, and a button, which is connected in series with the electromagnet.
  • the probe is coupled to the membrane so that it is closed in the rest position of the membrane and opened in a deflected state of the membrane.
  • the contact breaker contact is the most important wearing part. Although the break contact is usually made of tungsten, it limits the life of the fanfare.
  • the life of a conventional electromechanical fanfare according to the principle of Wagner's hammer is typically 50 000 cycles of one second operation and 4 seconds rest. This matches with at a frequency of approx. 400 Hz approx. 20 million openings of the button.
  • a frequency of approx. 400 Hz approx. 20 million openings of the button Depending on the intensity of the use of the fanfare or the horn are thus at a mileage of a vehicle of several hundred thousand kilometers failures of the fanfare or the horn quite possible. Frequently failures occur, for example, at Autokorsi on occasion of important football matches.
  • a conventional horn is described in WO 96/04645 A1.
  • a signal horn with a control loop for tuning an operating variable of the signal horn is described to a predetermined target value.
  • a controlled by a pulse generator switch determines an exciting current flowing through the horn with respect to its pulse rate and / or its pulse duty cycle. In some applications, however, the elaborate construction of the horn is in unfavorable relation to the actual requirements of the horn.
  • An object of the present invention is to provide an improved sound generator for generating sound with a predetermined spectrum, which avoids the disadvantages of the Wagnerian hammer with simple means.
  • An embodiment of the present invention is based on the idea of providing a capacitor in a sound generator for generating sound having a predetermined spectrum with a diaphragm and a magnet coil for deflecting the diaphragm, and to form a resonant circuit comprising the capacitor and the magnet coil.
  • An advantage of such a sound generator is that the resonant circuit can be used in a particularly simple manner for generating an electrical alternating signal. By using the solenoid for deflecting the membrane and at the same time as an inductance of the resonant circuit, a component is saved. Furthermore, the electrical alternating signal is used in the resonant circuit directly and with minimal circuit complexity to excite the membrane.
  • a particularly high amplitude of the deflection of the membrane and correspondingly a particularly high sound pressure is achieved when the resonant frequency of the electrical resonant circuit of the magnetic coil and the capacitor on the one hand and a resonant frequency of the mechanical vibration of the membrane on the other hand are the same.
  • the resonant frequencies are the same if they are identical or substantially the same.
  • the resonant frequencies are substantially the same if their difference is less than or significantly less than the half width of the wider of the two resonant curves of the diaphragm and resonant circuit.
  • the described sound generator may include a switch for controllably connecting a node of the resonant circuit to an electrical power source.
  • This node is, for example, an intermediate tap of the magnetic coil or a node between the magnetic coil and a further inductive component, the resonant circuit in this case comprising the capacitor, the magnetic coil and the further inductive component.
  • a first electrical resistance may be connected between the electrical power source and a control input of the switch. Between the capacitor and the control input of the switch, a second electrical resistance and / or another capacitor may be connected.
  • the switch is, for example, a semiconductor switch, in particular a MOSFET or another field-effect or bipolar transistor
  • a further embodiment of the present invention is based on the idea, in a sound generator for generating sound with a predetermined spectrum with a diaphragm and a magnet coil for deflecting the diaphragm, to provide a switch for controllably connecting the magnet coil to an electrical power source.
  • a control input of the switch is provided with a controller for periodically controlling the switch with a single predetermined one Frequency coupled.
  • This predetermined frequency is predetermined in one embodiment by characteristics of one or more resistors, capacitors or other electrical components. These electrical components are, for example, electrical components with which the connections of an integrated circuit NE555 or another oscillator are connected. This structure is particularly inexpensive, since only a few inexpensive components are required.
  • a particularly large amplitude and correspondingly a particularly high sound pressure can be achieved if the predetermined frequency of the control and the resonance frequency of the diaphragm are the same.
  • the predetermined frequency and resonant frequency of the diaphragm are considered equal if they are identical or substantially the same, i. if a deviation between the predetermined frequency and the resonant frequency of the membrane is less than or significantly less than the half-width of the resonance curve of the membrane.
  • the sound generators described are in particular horns, fanfares, horns or other devices for generating a warning signal with a predetermined spectrum., Especially for passenger cars and other land and water vehicles.
  • Figure 1 is a schematic representation of a sound generator
  • Figure 2 is a schematic circuit diagram of a sound generator
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a sound generator. Description of the embodiments
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a sound generator with a membrane 10, a magnetic coil 20 and a circuit 30.
  • the membrane 10 has a material of suitable mechanical properties, such as steel or another metal.
  • the membrane 10 is suspended elastically at its edge 11 and / or has its own elasticity. Due to the elastic suspension and / or the inherent elasticity of the membrane 10, this has a predetermined rest position and is deflected by an external force from this rest position. When the diaphragm 10 is deflected out of its rest position, it is moved essentially in the direction of its surface normal. Notwithstanding the illustration in Figure 1, the membrane 10 may have a curved shape.
  • the magnetic coil 20 is arranged so that its axis is substantially parallel to the surface normal of the membrane 10.
  • the membrane 10 comprises a paramagnetic or ferromagnetic material.
  • the circuit 30 is coupled to the solenoid 20 and configured to generate an alternating current at a predetermined frequency in the solenoid 20. This results in an oscillating force on the membrane 10, an oscillating deflection of the membrane 10 and a radiation of sound.
  • Figure 2 shows a schematic circuit diagram of a sound generator, such as a sound generator, as has been shown above with reference to FIG 1.
  • a first partial coil 21 and a second partial coil 22 are connected in series.
  • the node between the first sub-coil 21 and the second sub-coil 22 is in Hereinafter referred to as intermediate tap 29.
  • a capacitor 40 is connected in parallel with the series circuit of the first sub-coil 21 and the second sub-coil 22.
  • the first part coil 21, the second part coil 22 and the capacitor 40 thus form a resonant circuit.
  • the resonant frequency f R of the resonant circuit is neglecting attenuation
  • L 1 is the inductance of the first partial coil
  • L 2 is the inductance of the second partial coil 22
  • C is the capacitance of the capacitor 40.
  • the source of a MOSFET 50 is connected to the intermediate tap 29.
  • the gate electrode of the MOSFET 50 is connected to a first resistor 51, a second resistor 52 and another capacitor 53.
  • An electrical power source 61 for example a vehicle battery, is connected via a pushbutton 62 to the first resistor 51 and the drain electrode of the MOSFET 50.
  • the button 62 is arranged for example on the steering wheel of a motor vehicle. When the button 62 is closed, there is a circuit from the power source 61 via the button 62, the first resistor 51, a parallel circuit of the second resistor 52 and the other capacitor 53 and via the parallel connection of the capacitor 40 and the series connection of the first partial coil 21 and the second sub-coil 22 back to the power source 61 is closed.
  • the capacitor 40 has a capacitance of 100 ⁇ F.
  • This corresponds to a resonance frequency of f R 425 Hz.
  • Properties of the MOSFET 50, the first resistor 51, the second resistor 52 and the further capacitor 53 are advantageously selected so that upon closing the button 62, an alternating current in the resonant circuit of the sub-coils 21, 22 and the capacitor 40 is generated.
  • the first partial coil 21 and the second partial coil 22 together form the magnetic coil 20 shown above with reference to FIG. 1.
  • the capacitor 40, the MOSFET 50, the first resistor 51, the second resistor 52 and the further capacitor 53 together form the above
  • the power source 61 and the button 62 form an external wiring of the circuit 30, not shown in Figure 1 Alternatively, the power source 61 and the button 62 are also components of the circuit 30th
  • a particularly large amplitude of the membrane 10 and a particularly large sound pressure can be achieved if the resonance frequency f R of the resonant circuit of the partial coils 21, 22 and the capacitor 40 on the one hand and the resonance frequency f M of the membrane 10 are the same.
  • the resonance frequencies f R , f M are the same if they are identical or substantially equal or their deviation is less or significantly less than the half-width of the wider of the two resonance curves of the resonant circuit and membrane 10.
  • the resonance frequencies is significantly lower than the half width, for example, if it is only 50%, only 20% or only 10% of the half width.
  • the frequency and the time profile of the alternating current in the partial coils 21, 22 and the spectrum of the sound emitted by the membrane 10 are essentially due to the inductances of the partial coils 21, 22, the capacitance of the capacitor 40, the properties of the MOSFET 50, the first resistor 51, the second resistor 52 and the further capacitor 53 and by the magnetic and mechanical properties of the membrane 10 and one with This coupled core determines.
  • the spectrum of the sound emitted by the membrane 10 is thus predetermined and, apart from transient or decay processes when the button 62 is closed or opened, it is time-independent or substantially time-independent.
  • the illustrated circuit may be varied in some aspects.
  • another field effect transistor, another transistor, or another type of switch may be used instead of the MOSFET 50.
  • another field effect transistor, another transistor, or another type of switch may be used instead of the MOSFET 50.
  • only one of the two partial coils 21, 22 can be used to excite the diaphragm 10 instead of both partial coils 21, 22.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a sound generator with a magnetic coil 20 which is connected to a first subcircuit 31.
  • the first subcircuit 31 is connected to a second subcircuit 32 comprising a MOSFET 50.
  • Source electrode S 1 Drain electrode D and gate electrode G of the MOSFET 50 are connected to circuit elements of the first subcircuit 31.
  • the first subcircuit 31 comprises a first terminal 71 and a second terminal 72 for connecting the first subcircuit 31 to a power source (not shown in FIG. 3).
  • the connection with the power source takes place, for example, similar to the above with reference to Figure 2, via a button.
  • the first subcircuit 31 comprises an integrated circuit 75.
  • the integrated circuit 75 is an astable oscillator or other oscillator, for example the known device NE555 with eight terminals 1 to 8.
  • the first terminal 1 of the integrated circuit 75 is connected to the first terminal 71 of FIG first subcircuit 31, connected to the source S of the MOSFET 50 and to the anode of a first diode 81.
  • the cathode of the first diode 81 is connected to the drain electrode D of the MOSFET 50 and to the solenoid coil 20.
  • the second terminal 2 of the integrated circuit 75 is connected to the sixth terminal 6 of the integrated circuit 75, via a first resistor 82 with the seventh terminal 7 of the integrated circuit 75, via the first resistor 82 and a second resistor 83 to the eighth terminal 8 of the integrated circuit 75 and to a first electrode of a first capacitor 84.
  • the third terminal 3 of the integrated circuit 75 is connected to an anode of a second diode 85.
  • the cathode of the second diode 85 is connected via a second capacitor 86 to the second electrode of the first capacitor 84, via a third resistor 87 to the gate electrode G of the MOSFET 50 and via the second capacitor 86 and a third capacitor 88 to the fifth terminal 5 of the integrated circuit 75 connected.
  • the fourth terminal 4 of the integrated circuit 75 is connected to the second terminal 72 of the first subcircuit 31 and to the magnet coil 20.
  • the magnetic coil 20 is thus connected between the second terminal 72 of the first subcircuit 31 and the fourth terminal 4 and the eighth terminal 8 of the integrated circuit 75 on the one hand and the drain electrode D of the MOSFET 50 and the cathode of the first diode 81 on the other.
  • the integrated circuit generates an oscillating signal with a frequency
  • Ri is the resistance of the first resistor 82
  • R 2 is the resistance of the second resistor 83
  • Ci is the capacitance of the first capacitor 84.
  • the integrated circuit 75 controls via the second diode 85, the third resistor 87 and the gate electrode G of the MOSFET 50, the MOSFET 50 so that the solenoid coil 20 periodically with the frequency fs via the terminals 71, 72 of the first subcircuit 31 with connects the power source, not shown in Figure 3.
  • the circuit shown in Figure 3 generated in a simple manner, a periodic oscillating signal for driving the magnetic coil 20 and corresponding excitation of a membrane.
  • the first subcircuit 31 and the second subcircuit 32 from FIG. 3 together correspond to the circuit 30 from FIG. 1.
  • a particularly large amplitude of the deflection of the diaphragm 10 can be achieved if the frequency fs at which the MOSFET 50 is driven and Natural frequency f M of the membrane are the same.
  • the two frequencies fs and f M are considered equal if they are identical or substantially equal.
  • the two frequencies fs and f M are substantially equal if their difference is less or significantly less than the half-width of the resonance curve of the membrane.

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Abstract

Ein Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum umfasst eine Membran (10), eine Magnetspule (21, 22) zum Auslenken der Membran (10), einen Kondensator (40) und einen Schwingkreis, der den Kondensator (40) und die Magnetspule (21, 22) umfasst.

Description

Schallerzeuqer
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum, insbesondere ein Hörn, eine Fanfare oder eine Hupe für ein Fahrzeug zur Erzeugung eines Warnsignals.
In Personenkraftwagen und anderen Kraftfahrzeugen werden vorwiegend elektro- mechanische Fanfaren, Hörner oder Hupen nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers eingesetzt. Eine Fanfare oder ein Hörn nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers umfasst einen Elektromagneten, der im bestromten Zustand eine Membran aus einer Ruhelage auslenkt, und einen Taster, der mit dem Elektromagneten in Serie geschaltet ist. Der Taster ist mit der Membran so gekoppelt, dass er in der Ruhelage der Membran geschlossen und in einem ausgelenkten Zustand der Membran geöffnet ist. Wird die Fanfare oder das Hörn mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden, fließt zunächst Strom durch den Elektromagneten. Die Membran wird ausgelenkt und der öffnende Taster unterbricht den Stromfluss durch die Magnetspule des Elektromagneten. Das Magnetfeld bricht zusammen, die Membran kehrt in ihre Ruhelage zurück, der Taster wird geschlos- sen und die Magnetspule erneut bestromt.
Bei Fanfaren und Hörnern nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers ist der Unterbrecherkontakt des Tasters das wichtigste Verschleißteil. Obwohl der Unterbrecherkontakt in der Regel aus Wolfram gefertigt ist, begrenzt er die Lebens- dauer der Fanfare. Die Lebensdauer einer herkömmlichen elektromechanischen Fanfare nach dem Prinzip des Wagnerschen Hammers beträgt typisch 50 000 Zyklen aus jeweils einer Sekunde Betrieb und 4 Sekunden Ruhe. Dies entspricht bei einer Frequenz von ca. 400 Hz ca. 20 Mio. Öffnungen des Tasters. Je nach Intensität der Verwendung der Fanfare oder des Horns sind damit bei einer Laufleistung eines Fahrzeugs von mehreren Hunderttausend Kilometern Ausfälle der Fanfare oder des Horns durchaus möglich. Gehäuft treten Ausfälle beispielsweise bei Autokorsi anlässlich wichtiger Fußballspiele auf.
Ein herkömmliches Hörn ist in der WO 96/04645 A1 beschrieben. In der DE 101 36 182 C1 ist ein Signalhorn mit einem Regelkreis zum Abstimmen einer Betriebsgröße des Signalhorns auf einen vorgebbaren Sollwert beschrieben. Ein von einem Pulsgenerator gesteuerter Schalter bestimmt einen durch das Signalhorn fließenden Erregerstrom bezüglich seiner Pulsfrequenz und/oder seines Puls- Tastverhältnisses. Bei machen Anwendungen steht der aufwändige Aufbau des Signalhorns jedoch in einem ungünstigen Verhältnis zu den tatsächlichen Anforderungen an das Signalhorn.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum zu schaffen, der mit einfachen Mitteln die Nachteile des Wagnerschen Hammers vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch Schallerzeuger gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beruht auf der Idee, bei einem Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum mit einer Membran und einer Magnetspule zum Auslenken der Membran einen Kondensator vorzusehen und einen Schwingkreis auszubilden, der den Kondensator und die Magnetspule umfasst. Ein Vorteil eines solchen Schallerzeugers besteht darin, dass der Schwingkreis auf besonders einfache Weise zur Erzeugung eines elektrischen Wechselsignals verwendbar ist. Durch Verwendung der Magnetspule zum Auslenken der Membran und gleichzeitig als Induktivität des Schwingkreises wird ein Bauteil eingespart. Ferner wird das elektrische Wechselsignal in dem Schwingkreis direkt und mit minimalem schaltungstechnischem Aufwand zur Anregung der Membran verwendet.
Eine besonders hohe Amplitude der Auslenkung der Membran und entsprechend ein besonders hoher Schalldruck wird erzielt, wenn die Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises aus der Magnetspule und dem Kondensator einerseits und eine Resonanzfrequenz der mechanischen Schwingung der Membran andererseits gleich sind. Die Resonanzfrequenzen sind gleich, wenn sie identisch oder im Wesentlichen gleich sind. Die Resonanzfrequenzen sind im Wesentlichen gleich, wenn ihre Differenz geringer oder deutlich geringer als die Halbwertsbreite der breiteren der beiden Resonanzkurven von Membran und Schwingkreis ist.
Der beschriebene Schallerzeuger kann einen Schalter zum steuerbaren Verbinden eines Knotens des Schwingkreises mit einer elektrischen Leistungsquelle aufweisen. Dieser Knoten ist beispielsweise ein Zwischenabgriff der Magnetspule oder ein Knoten zwischen der Magnetspule und einem weiteren induktiven Bauelement, wobei der Schwingkreis in diesem Fall den Kondensator, die Magnetspule und das weitere induktive Bauelement umfasst. Zwischen der elektrischen Leistungsquelle und einem Steuereingang des Schalters kann ein erster elektrischer Widerstand geschaltet sein. Zwischen den Kondensator und den Steuereingang des Schalters kann ein zweiter elektrischer Widerstand und/oder ein weiterer Kondensator geschaltet sein. Der Schalter ist beispielsweise ein Halbleiterschalter, insbesondere ein MOSFET oder ein anderer Feldeffekt- oder Bipolartransistor
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beruht auf der Idee, bei einem Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum mit einer Membran und einer Magnetspule zum Auslenken der Membran ei- nen Schalter zum steuerbaren Verbinden der Magnetspule mit einer elektrischen Leistungsquelle vorzusehen. Ein Steuereingang des Schalters ist mit einer Steuerung zum periodischen Steuern des Schalters mit einer einzigen vorbestimmten Frequenz gekoppelt. Diese vorbestimmte Frequenz ist bei einem Ausführungsbeispiel durch Eigenschaften von einem oder mehreren Widerständen, Kondensatoren oder anderen elektrischen Bauteilen vorbestimmt. Diese elektrischen Bauteile sind beispielsweise elektrische Bauteile, mit denen die Anschlüsse eines integrier- ten Schaltkreises NE555 oder eines anderen Oszillators beschaltet sind. Dieser Aufbau ist besonders kostengünstig, da nur wenige preiswerte Bauteile erforderlich sind.
Eine besonders große Amplitude und entsprechend ein besonders hoher Schall- druck ist erzielbar, wenn die vorbestimmte Frequenz der Steuerung und die Resonanzfrequenz der Membran gleich sind. Die vorbestimmte Frequenz und die Resonanzfrequenz der Membran werden als gleich angesehen, wenn sie identisch oder im Wesentlichen gleich sind, d.h. wenn eine Abweichung zwischen der vorbestimmten Frequenz und der Resonanzfrequenz der Membran geringer oder deutlich geringer als die Halbwertsbreite der Resonanzkurve der Membran ist.
Die beschriebenen Schallerzeuger sind insbesondere Hörner, Fanfaren, Hupen oder andere Einrichtungen zum Erzeugen eines Warnsignals mit einem vorbestimmten Spektrum., insbesondere für Personenkraftwagen und andere Land- und Wasserfahrzeuge.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schallerzeugers;
Figur 2 eine schematisches Schaltungsdiagramm eines Schallerzeugers; und
Figur 3 ein schematisches Schaltungsdiagram eines Schallerzeugers. Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schallerzeugers mit einer Membran 10, einer Magnetspule 20 und einer Schaltung 30. Die Membran 10 weist ein Material geeigneter mechanischer Eigenschaften auf, beispielsweise Stahl oder ein anderes Metall. Die Membran 10 ist an ihrem Rand 11 elastisch aufgehängt und/oder weist eine eigene Elastizität auf. Aufgrund der elastischen Aufhängung und/oder der eigenen Elastizität der Membran 10 weist diese eine vorbestimmte Ruhelage auf und ist durch eine äußere Kraft aus dieser Ruhelage auslenkbar. Bei der Auslenkung der Membran 10 aus ihrer Ruhelage wird diese im Wesentlichen in Richtung ihrer Flächennormale bewegt. Abweichend von der Darstellung in Figur 1 kann die Membran 10 eine gekrümmte Form aufweisen.
Die Magnetspule 20 ist so angeordnet, dass ihre Achse im Wesentlichen parallel zur Flächennormale der Membran 10 liegt. Wenn Strom durch die Magnetspule 20 fließt, entsteht ein Magnetfeld. Die Membran 10 weist ein paramagnetisches oder ferromagnetisches Material auf. Alternativ oder zusätzlich ist an der Magnetspule 20 ein Kern aus einem paramagnetischen oder ferromagnetischen Material angeordnet, der mit der Membran 10 mechanisch gekoppelt ist. Dadurch entsteht bei Stromfluss durch die Magnetspule 20 eine auslenkende Kraft auf die Membran 10.
Die Schaltung 30 ist mit der Magnetspule 20 gekoppelt und ausgebildet, um einen Wechselstrom mit einer vorbestimmten Frequenz in der Magnetspule 20 zu erzeugen. Es resultieren eine oszillierende Kraft auf die Membran 10, eine oszillie- rende Auslenkung der Membran 10 und eine Abstrahlung von Schall.
Figur 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Schallerzeugers, beispielsweise eines Schallerzeugers, wie er oben anhand der Figur 1 dargestellt wurde.
Eine erste Teilspule 21 und eine zweite Teilspule 22 sind in Serie geschaltet. Der Knoten zwischen der ersten Teilspule 21 und der zweiten Teilspule 22 wird im Folgenden als Zwischenabgriff 29 bezeichnet. Ein Kondensator 40 ist mit der Serienschaltung aus der ersten Teilspule 21 und der zweiten Teilspule 22 parallel geschaltet. Die erste Teilspule 21 , die zweite Teilspule 22 und der Kondensator 40 bilden somit einen Schwingkreis. Die Resonanzfrequenz fR des Schwingkreises beträgt bei Vernachlässigung von Dämpfung
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wobei L1 die Induktivität der ersten Teilspule 21 , L2 die Induktivität der zweiten Teilspule 22 und C die Kapazität des Kondensators 40 ist.
Die Source-Elektrode eines MOSFET 50 ist mit dem Zwischenabgriff 29 verbunden. Die Gate-Elektrode des MOSFET 50 ist mit einem ersten Widerstand 51 , einem zweiten Widerstand 52 und einem weiteren Kondensator 53 verbunden. Eine elektrische Leistungsquelle 61 , beispielsweise eine Fahrzeugbatterie, ist über einen Taster 62 mit dem ersten Widerstand 51 und der Drain-Elektrode des MOS- FET 50 verbunden. Der Taster 62 ist beispielsweise am Lenkrad eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Wenn der Taster 62 geschlossen ist, ist ein Stromkreis von der Leistungsquelle 61 über den Taster 62, den ersten Widerstand 51 , eine Paral- lelschaltung des zweiten Widerstands 52 und des weiteren Kondensators 53 und über die Parallelschaltung des Kondensators 40 und der Serienschaltung der ersten Teilspule 21 und der zweiten Teilspule 22 zurück zur Leistungsquelle 61 geschlossen. Bei entsprechenden Spannungen am MOSFET 50 ist ferner ein Stromkreis von der Leistungsquelle 61 über den Taster 62, den MOSFET 50 und eine Parallelschaltung der ersten Teilspule 21 einerseits und einer Serienschaltung der zweiten Teilspule 22 und des Kondensators 40 andererseits zurück zur Leistungsquelle 61 geschlossen.
Beispielsweise weisen die erste Teilspule 21 eine Induktivität Li = 1 rriH, die zweite Teilspule 22 eine Induktivität L2 = 0,4 mH und der Kondensator 40 eine Kapazität von 100 μF auf. Dies entspricht einer Resonanzfrequenz von fR = 425 Hz. Die Ei- genschaften des MOSFET 50, des ersten Widerstands 51 , des zweiten Widerstands 52 und des weiteren Kondensators 53 werden vorteilhaft so gewählt, dass bei Schließen des Tasters 62 ein Wechselstrom im Schwingkreis aus den Teilspulen 21 , 22 und dem Kondensator 40 erzeugt wird. Beispielsweise weisen der erste Widerstand 51 einen Widerstand Ri = 10 kΩ, der zweite Widerstand 52 einen Widerstand R2 = 5 kΩ und der weitere Kondensator 53 eine Kapazität C2 = 100 nF auf.
Die erste Teilspule 21 und die zweite Teilspule 22 bilden zusammen die oben an- hand der Figur 1 dargestellte Magnetspule 20. Der Kondensator 40, der MOSFET 50, der erste Widerstand 51 , der zweite Widerstand 52 und der weitere Kondensator 53 bilden zusammen die oben anhand der Figur 1 dargestellte Schaltung 30. Die Leistungsquelle 61 und der Taster 62 bilden eine in Figur 1 nicht dargestellte äußere Beschaltung der Schaltung 30. Alternativ sind die Leistungsquelle 61 und der Taster 62 ebenfalls Bestandteile der Schaltung 30.
Eine besonders große Amplitude der Membran 10 und ein besonders großer Schalldruck sind erzielbar, wenn die Resonanzfrequenz fR des Schwingkreises aus den Teilspulen 21 , 22 und dem Kondensator 40 einerseits und die Resonanz- frequenz fM der Membran 10 gleich sind. Die Resonanzfrequenzen fR, fM sind gleich, wenn sie identisch oder im Wesentlichen gleich sind bzw. ihre Abweichung geringer oder deutlicher geringer als die Halbwertsbreite der breiteren der beiden Resonanzkurven von Schwingkreis und Membran 10 ist. Die Abweichung | fR-fM | der Resonanzfrequenzen ist deutlich geringer als die Halbwertsbreite, wenn sie beispielsweise nur 50 %, nur 20 % oder nur 10 % der Halbwertsbreite beträgt.
Die Frequenz und der zeitliche Verlauf des Wechselstroms in den Teilspulen 21 , 22 und das Spektrum des durch die Membran 10 emittierten Schalls sind im Wesentlichen durch die Induktivitäten der Teilspulen 21 , 22, die Kapazität des Kon- densators 40, die Eigenschaften des MOSFET 50, des ersten Widerstands 51 , des zweiten Widerstands 52 und des weiteren Kondensators 53 sowie durch die magnetischen und mechanischen Eigenschaften der Membran 10 bzw. eines mit dieser gekoppelten Kerns bestimmt. Das Spektrum des von der Membran 10 emittierten Schalls ist damit vorbestimmt und, von Einschwing- oder Ausschwingvorgängen beim Schließen bzw. Öffnen des Tasters 62 abgesehen, zeitunabhängig oder im Wesentlichen zeitunabhängig vorbestimmt.
Die dargestellte Schaltung kann in einigen Aspekten variiert werden. Beispielsweise kann anstelle des MOSFET 50 ein anderer Feldeffekttransistor, ein anderer Transistor oder eine andere Art von Schalter verwendet werden. Ferner kann zur Anregung der Membran 10 anstelle beider Teilspulen 21 , 22 lediglich eine der bei- den Teilspulen 21 , 22 verwendet werden.
Figur 3 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Schallerzeugers mit einer Magnetspule 20, die mit einer ersten Teilschaltung 31 verbunden ist. Die erste Teilschaltung 31 ist mit einer zweiten Teilschaltung 32 verbunden, die einen MOSFET 50 umfasst. Source-Elektrode S1 Drain-Elektrode D und Gate-Elektrode G des MOSFET 50 sind mit Schaltungselementen der ersten Teilsschaltung 31 verbunden. Die erste Teilschaltung 31 umfasst einen ersten Anschluss 71 und einen zweiten Anschluss 72 zum Verbinden der ersten Teilschaltung 31 mit einer in Figur 3 nicht dargestellten Leistungsquelle. Die Verbindung mit der Leistungs- quelle erfolgt beispielsweise, ähnlich wie oben anhand der Figur 2 dargestellt, über einen Taster.
Die erste Teilsschaltung 31 umfasst eine integrierte Schaltung 75. die integrierte Schaltung 75 ist ein astabiler Oszillator oder ein anderer Oszillator, beispielsweise der bekannte Baustein NE555 mit acht Anschlüssen 1 bis 8. Der erste Anschluss 1 der integrierten Schaltung 75 ist mit dem ersten Anschluss 71 der ersten Teilschaltung 31 , mit der Source-Elektrode S des MOSFET 50 und mit der Anode einer ersten Diode 81 verbunden. Die Kathode der ersten Diode 81 ist mit der Drain- Elektrode D des MOSFET 50 und mit der Magnetspule 20 verbunden.
Der zweite Anschluss 2 der integrierten Schaltung 75 ist mit dem sechsten Anschluss 6 der integrierten Schaltung 75, über einen ersten Widerstand 82 mit dem siebten Anschluss 7 der integrierten Schaltung 75, über den ersten Widerstand 82 und einen zweiten Widerstand 83 mit dem achten Anschluss 8 der integrierten Schaltung 75 und mit einer ersten Elektrode eines ersten Kondensators 84 verbunden.
Der dritte Anschluss 3 der integrierten Schaltung 75 ist mit einer Anode einer zweiten Diode 85 verbunden. Die Kathode der zweiten Diode 85 ist über einen zweiten Kondensator 86 mit der zweiten Elektrode des ersten Kondensators 84, über einen dritten Widerstand 87 mit der Gate-Elektrode G des MOSFET 50 und über den zweiten Kondensator 86 und einen dritten Kondensator 88 mit dem fünften Anschluss 5 der integrierten Schaltung 75 verbunden.
Der vierte Anschluss 4 der integrierten Schaltung 75 ist mit dem zweiten Anschluss 72 der ersten Teilschaltung 31 und mit der Magnetspule 20 verbunden. Die Magnetspule 20 ist somit zwischen den zweiten Anschluss 72 der ersten Teilschaltung 31 und den vierten Anschluss 4 und den achten Anschluss 8 der integrierten Schaltung 75 einerseits und die Drain-Elektrode D des MOSFET 50 und die Kathode der ersten Diode 81 andererseits geschaltet.
Die integrierte Schaltung erzeugt ein oszillierendes Signal mit einer Frequenz
Figure imgf000011_0001
wobei Ri der Widerstandswert des ersten Widerstands 82, R2 der Widerstands- wert des zweiten Widerstands 83 und Ci die Kapazität des ersten Kondensators 84 sind. Die integrierte Schaltung 75 steuert über die zweite Diode 85, den dritten Widerstand 87 und die Gate-Elektrode G des MOSFET 50 den MOSFET 50 so, dass dieser die Magnetspule 20 periodisch mit der Frequenz fs über die Anschlüsse 71 , 72 der ersten Teilschaltung 31 mit der in Figur 3 nicht dargestellten Leis- tungsquelle verbindet. Die in Figur 3 dargestellte Schaltung erzeugt auf einfache Weise ein periodisch oszillierendes Signal zur Ansteuerung der Magnetspule 20 und entsprechenden Anregung einer Membran. Die erste Teilschaltung 31 und die zweite Teilschaltung 32 aus Figur 3 entsprechen zusammen der Schaltung 30 aus Figur 1. Eine beson- ders große Amplitude der Auslenkung der Membran 10 ist erzielbar, wenn die Frequenz fs, mit der der MOSFET 50 angesteuert wird, und die Eigenfrequenz fM der Membran gleich sind. Die beiden Frequenzen fs und fM werden als gleich angesehen, wenn sie identisch oder im Wesentlichen gleich sind. Die beiden Frequenzen fs und fM sind im Wesentlichen gleich, wenn ihre Differenz geringer oder deutlich geringer als die Halbwertsbreite der Resonanzkurve der Membran ist.

Claims

Ansprüche:
1. Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum, mit
einer Membran (10);
einer Magnetspule (21 , 22) zum Auslenken der Membran (10);
einem Kondensator (40);
einem Schwingkreis, der den Kondensator (40) und die Magnetspule (21 , 22) um- fasst.
2. Schallerzeuger nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Resonanzfrequenz der Membran (10) und die Resonanzfrequenz des Schwingkreises gleich sind.
3. Schallerzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit ei- nem Schalter (50) zum steuerbaren Verbinden eines Knotens (29) des Schwingkreises mit einer Leistungsquelle (61 ).
4. Schallerzeuger nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem der Knoten (29) ein Zwischenabgriff der Magnetspule (21 , 22) ist.
5. Schallerzeuger nach Anspruch 3, bei dem der Schwingkreis den Kondensator (40), die Magnetspule (21 ) und ein weiteres induktives Bauelement (22) um- fasst, wobei der Knoten (29) zwischen der Magnetspule (21 ) und dem weiteren induktiven Bauelement (22) angeordnet ist.
6. Schallerzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, ferner mit einem ersten Widerstand (51 ), der zwischen die Leistungsquelle (61 ) und einen Steuereingang des Schalters (50) geschaltet ist.
7. Schallerzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ferner mit einem zweiten Widerstand (52), der zwischen den Kondensator (40) und den Steuereingang des Schalters (50) geschaltet ist.
8. Schallerzeuger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, ferner mit einem weite- ren Kondensator (53), der zwischen den Kondensator (40) und den Steuereingang des Schalters (50) geschaltet ist.
9. Schallerzeuger zum Erzeugen von Schall mit einem vorbestimmten Spektrum, mit:
einer Membran (10);
einer Magnetspule (20) zum Auslenken der Membran (10);
einem Schalter (50) mit einem Steuereingang zum steuerbaren Verbinden der Magnetspule (20) mit einer Leistungsquelle;
einer Steuerung (30; 31 , 32), die mit dem Steuereingang gekoppelt ist, zum periodischen Steuern des Schalters (50) mit einer einzigen vorbestimmten Frequenz.
10. Schallerzeuger nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Frequenz durch Eigenschaften von einem oder mehreren Widerständen (82, 83, 87), Kondensatoren (84, 86, 88) oder anderen elektrischen Bauteilen (75) vorbestimmt ist.
11. Schallerzeuger nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die vorbestimmte Frequenz und eine Resonanzfrequenz der Membran (10) gleich sind.
12. Schallerzeuger nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schallerzeuger eine Hupe, ein Hörn oder eine Fanfare für ein Fahrzeug zur Erzeugung eines Warnsignals ist.
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