[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] Weitere Merkmale der Erfindung und die Verwendung eines solchen Dreitongebers sind
aus den Unteransprüchen zu entnehmen.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
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.