DE60021011T2

DE60021011T2 - Antriebschaltung,elektromechanischer akustischer Wandler,und tragbares Endgerät

Info

Publication number: DE60021011T2
Application number: DE60021011T
Authority: DE
Inventors: Shuji Saiki; Sawako Usuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: DE60040763D1; EP1542498A3; CN100334920C; CN1270489A; EP1542498A2; KR100396416B1; KR20000071697A; EP1045613B1; EP1542498B1; EP1045613A3; US7006641B1; TW484338B; DE60021011D1; EP1045613A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler zum Erzeugen eines Anruftons oder einer Anrufvibration für ein tragbares Endgerät, wie etwa ein tragbares Telephon, einen Pager oder ein PHS (persönliches Mobiltelephongerät), sowie ein Verfahren für seine Ansteuerung.
2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Ein tragbares Endgerät, wie etwa ein tragbares Telephon, ein Pager oder ein PHS, enthalten herkömmlich mehrere Vibratoren, die mit einem Generator für elektrische Signale verbunden sind, um wahlweise einen Klingelton oder eine Vibration für die Benachrichtigung des Benutzers über einen ankommenden Anruf zu erzeugen.
Es besteht in der Technik eine Forderung, die Größe und das Gewicht von tragbaren Endgeräten zu verringern. Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 8-275293 von Motorola, Inc. offenbart z. B. ein tragbares Telephon, das einen einzelnen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler verwendet, der einen Ton und eine Vibration erzeugen kann.
32 veranschaulicht den Aufbau eines derartigen herkömmlichen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers 3200. In 32 wird eine bewegliche Masse 1 durch ein ebenes, nicht lineares Federelement 2 getragen. Eine elektromagnetische Spule 4 ist in einem Spulenkörper 3 enthalten. Ein Permanentmagnet 5 ist an dem Umfang der beweglichen Masse 1 gegenüberliegend der elektromagnetischen Spule 4 befestigt. Der Umfang des Spulenkörpers 3 ist an einem Resonanzkörper (z. B. ein Gehäuse eines tragbaren Telephons) befestigt, obwohl das in 32 nicht gezeigt ist.
In dem elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler 3200 wird in Reaktion auf ein Ansteuerungssignal, das an die elektromagnetische Spule 4 angelegt wird, ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, um dadurch eine wechselnde Anregungskraft zwischen der elektromagnetischen Spule 4 und dem Permanentmagneten 5 zu erzeugen, wodurch die bewegliche Masse 1 in Schwingungen versetzt wird. Diese Schwingung wird auf den Resonanzkörper übertragen, wodurch ein Vibratoralarmsignal bereitgestellt wird, wenn das tragbare Telephon einen ankommenden Anruf empfängt. Der Wandler 3200 erzeugt außerdem anhand eines ähnlichen Prinzips ein akustisches Signal. Um eine große Vibrationskraft zu erhalten, wird ein ebenes, nicht lineares Federelement als Element 2 zum Tragen der beweglichen Masse 1 verwendet. 33 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verlagerung und der Frequenz eines ebenen, nicht linearen Federelements zeigt. Es ist in der Technik bekannt, dass ein nicht lineares Federelement eine Vibrationskennlinie aufweist, die als ein "Sprungphänomen" ("jumping phenomenon") bezeichnet wird (siehe z. B. YOSHIHISA "Speaker", Rikokenkyusha (März 1973)). Das ist ein Phänomen, bei dem sich die Verlagerung des nicht linearen Federelements in der Weise A → B → C → D ändert, wenn die Frequenz vergrößert wird, und in der Weise D → C → E → F → A ändert, wenn die Frequenz verringert wird.
In dem Frequenzbereich F-B werden die Verlagerungskennlinien durch die Richtung des angelegten Frequenzsignals beeinflusst (d. h. ob es vergrößert oder verringert wird). Deswegen kann keine stabile Vibration erreicht werden. In Anbetracht dessen verwendet der herkömmliche elektrisch-mechanisch-akustische Wandler 3200 ein Ansteuerungssignal, das in dem Frequenzbereich A-F, bei dem die Verlagerungskennlinien nicht durch die Richtung des Frequenzsignals beeinflusst werden, gewobbelt wird. Wenn der Frequenzbereich A-F verwendet wird, ist die Vibrationskraft bei der Frequenz F groß und bei der Frequenz A sehr klein. Deswegen kann der Vibrationsausgang, der erreicht wird, wenn das Frequenzsignal über den Frequenzbereich A-F gewobbelt wird, nicht effizient sein. Insbesondere bei einem mobilen Informationsendgerät, wie etwa ein tragbares Telephon, dessen Antriebsquelle eine Batterie ist, besteht der starke Wunsch, den Wirkungsgrad eines Wandlers maximal zu machen und dadurch seinen Leistungsverbrauch zu verringern, um so zu ermöglichen, dass das Gerät während einer langer Zeitdauer verwendet werden kann.
Das Patent US 5.524.061 offenbart einen Wandler mit zwei Betriebsarten, der in dem nicht hörbaren Frequenzbereich gewobbelt wird, mit einer elektromagnetischen Ansteuervorrichtung, einer Armatur mit oberen und unteren, im Wesentlichen parallelen ebenen Aufhängungselementen, die mit der Ansteuervorrichtung verbunden sind, und einer magnetischen beweglichen Masse, die zwischen den Aufhängungselementen aufgehängt ist, die mehrere unabhängige, ebene, nicht lineare Federelemente enthält, die in einem Umfangsbereich über den mittleren Bereich regelmäßig angeordnet sind. Die Federelemente sind durch Elemente definiert, die maximale gegenüberliegende Breiten aufweisen, die sich auf minimale gegenüberliegende Breiten an ihren Mittelpunkten verjüngen, wobei die maximalen gegenüberliegenden Breiten mit dem mittleren Bereich und mit dem Umfangsbereich verbunden sind. Die bewegliche Masse ist an das elektromagnetische Feld gekoppelt, das die bewegliche Masse wechselseitig bewegt, wobei die Bewegung über die Federelemente und die Ansteuervorrichtung in Bewegungsenergie umgesetzt wird. Ein Resonanzkörper, der mit der Ansteuervorrichtung verbunden ist, koppelt die Bewegungsenergie zu einem Benutzer.
Das Patent EP 0 845 920 A2 offenbart einen elektrisch-mechanischen und akustischen Wandler für eine tragbare Endeinheit, bei der eine Masse eines mechanischen Vibrationssystems des elektrisch-mechanischen und akustischen Wandlers vergrößert wird, indem ein Gewicht an einer Magnetkreiseinheit befestigt wird oder ein Gewicht mit der Magnetkreiseinheit integriert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung, die im Anspruch 1 definiert ist, wird ein elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler geschaffen, der einen Vibrator und eine Ansteuerungsschaltung umfasst, um den Vibrator anzusteuern, der ein mechanisches Vibrationssystem besitzt, das bei einer Resonanzfrequenz in Resonanz tritt. Die Ansteuerungsschaltung gibt an den Vibrator wenigstens zwei Signale mit unterschiedlichen Frequenzen, die in einem Frequenzbereich enthalten sind, der die Resonanzfrequenz enthält, aus. Der Vibrator besitzt eine Funktion zum Umsetzen eines elektrischen Signals in einen Ton und/oder eine Vibration.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung den Vorteil der Bereitstellung eines elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers, der einen stabilen und wirkungsvollen Vibrationsausgang bereitstellen kann.
Dieser sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fach mann beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockschaltplan, der den Hauptteil eines elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 ist eine Explosionsansicht, die einen beispielhaften Vibrator des elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3A ist eine Draufsicht, die den Vibrator gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei eine Resonanzwand entfernt ist;
3B ist eine Schnittansicht, die den Vibrator gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verlagerung und der ausgeübten Kraft einer Aufhängung eines Vibrators gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
5 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verlagerung und der Steifigkeit der Aufhängung erläutert;
6 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz eines Vibrators gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
7 ist eine weitere Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz des Vibrators erläutert;
8 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz eines herkömmlichen Vibrators unter Verwendung einer linearen Aufhängung veranschaulicht;
9 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verlagerung und der Steifigkeit einer zweiten, nicht linearen Aufhängung gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
10 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz des Vibrators gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
11 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz des Vibrators gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert sowie außerdem Eingangsfrequenzpunkte angibt;
12 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz des Vibrators gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert;
die 13A bis 13D veranschaulichen die Eingangs/Ausgangskennlinien, die erhalten werden, wenn eine einzelne Frequenz in den elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingegeben wird;
die 14A und 14B veranschaulichen die Eingangs/Ausgangskennlinien, die erhalten werden, wenn ein synthetisiertes Frequenzsignal in den elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingegeben wird;
15 ist eine Darstellung, die Änderungen der Vibrationskraft als eine Funktion der Frequenzkennlinien des Vibrators gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
16A veranschaulicht eine Signalform eines synthetisierten Signals, das erhalten wird, indem mehrere Frequenzsignale gleichphasig zusammen addiert werden;
16B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft, die durch das synthetisierte Signal erhalten wird;
17A veranschaulicht eine Signalform eines synthetisierten Signals, das erhalten wird, indem mehrere Frequenzsignale zusammen addiert werden, wobei ihre Phase durch den elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung eingestellt wird;
17B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft, die durch das synthetisierte Signal erhalten wird;
18A veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft, die durch den elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten wird, wenn die Vibratorkennlinien der Vibrationskraft als Funktion der Frequenz zur Seite der niedrigen Frequenz verschoben wird;
18B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft, die durch den elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erhalten wird, wenn die Vibratorkennlinien der Vibrationskraft als Funktion der Frequenz zur Seite der höheren Frequenz verschoben wird;
19 ist eine Draufsicht, die eine lineare Aufhängung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
20 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz eines elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers bei Verwendung der linearen Aufhängung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert;
21A veranschaulicht eine Signalform eines Spannungspegels gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
21B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
22A veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
22B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
23 ist ein Blockschaltplan, der einen Generator für elektrische Signale gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert;
24 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz für verschiedene lineare Aufhängungen mit unterschiedlichen Q-Werten gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
25A veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
25B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
25C veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
26A veranschaulicht eine Signalform eines Spannungspegels gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
26B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
27A veranschaulicht eine Signalform eines Spannungspegels gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
27B veranschaulicht eine Signalform einer Vibrationskraft gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
28 ist ein Blockschaltplan, der den Hauptteil eines elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung erläutert;
29 ist eine perspektivische Ansicht, die ein tragbares Telephon gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung erläutert, das den elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler der vorliegenden Erfindung enthält;
30 ist ein Blockschaltplan, der den Hauptteil eines elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung erläutert;
31 ist ein Blockschaltplan, der den Hauptteil eines elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert;
32 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines herkömmlichen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers erläutert; und
33 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verlagerung und der Frequenz des herkömmlichen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers erläutert.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockschaltplan, der einen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden. Erfindung erläutert. In 1 enthält der elektrisch-mechanisch-akustische Wandler 100 einen Vibrator 6, eine Ansteuerungsschaltung 7, die nachfolgend als ein Generator 7 für elektrische Signale bezeichnet wird, und einen Schalter SW1 zum Einschalten/Ausschalten des erzeugten elektrischen Signals.
Die 2, 3A und 3B veranschaulichen einen beispielhaften Aufbau des Vibrators 6, der in dem elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler 100 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 2 ist eine Explosionsansicht, 3A ist eine Draufsicht, wobei die Resonanzwand entfernt ist, und 3B ist eine Schnittansicht.
In den 2, 3A und 3B enthält der Vibrator 6 einen Magnetkreisabschnitt 8 mit einem Joch, einem Magneten und einer Platte, die einteilig gebildet sind, sowie eine obere Aufhängung 9 und eine untere Aufhängung 10, die mit dem Magnetkreisabschnitt 8 verbunden sind. Die obere Aufhängung 9 enthält ein Paar Ausleger 9a und 9b, die sich längs gegenüberliegenden Kanten der oberen Aufhängung 9 erstrecken. Die untere Aufhängung 10 enthält ein Paar Ausleger 10a und 10b, die sich längs gegenüberliegender Kanten der unteren Aufhängung 10 erstrecken. Die Ausleger 9a und 9b erstrecken sich in eine Richtung, die sich von einer Richtung unterscheidet, in der sich die Ausleger 10a und 10b erstrecken. Bei dieser Ausführungsform beträgt das Gewicht des Magnetkreisabschnitts 83 g.
Der Vibrator 6 enthält ferner ein Kunststofftrageelement 11 und eine nicht magnetische Membran 12, die aus einem Titanmaterial oder einem Kunststoff hergestellt ist. Das Kunststofftrageelement 11 enthält eine obere Öffnung 11e, eine untere Öffnung 11f sowie Aufnahmen 11a, 11b, 11c und 11d zum Aufnehmen der Ausleger 9a, 9b, 10a bzw. 10b. Der Umfang der Membran 12 ist von einem unteren Rand aufgenommen, der die untere Öffnung 11f des Trageelements 11 definiert. Eine Schwingspule 13 ist konzentrisch auf die Membran 12 geklebt, wobei ihr oberer Rand in einen Magnetspalt 8a des Magnetkreisabschnitts 8 eingesetzt ist, wie in 3b gezeigt ist, der zwischen den oberen und unteren Aufhängungen 9 und 10 gehalten wird.
Der Vibrator 6 enthält ferner eine Resonanzwand 14, die an einem oberen Rand befestigt ist, der die obere Öffnung 11e des Trageelements 11 definiert. Das Trageelement 11 enthält einen externen Eingangsanschluss 11g, der mit einer Verbindungsleitung der Schwingspule 13 verbunden ist.
Jede der oberen und unteren Aufhängungen 9 und 10 ist eine Feder, die aus einem rostfreien Material oder einem Material aus Berylliumlegierung hergestellt ist. Die Größe und Form der Aufhängungen 9 und 10 sind so entworfen, dass die Aufhängungen 9 und 10 nicht lineare Steifheitskennlinien in Bezug auf den Betrag der Amplitudenverlagerung besitzen. In dem dargestellten Beispiel besitzt jeder der Ausleger 9a, 9b, 10a und 10b eine Länge von 8 mm, eine Breite von 1 mm und eine Dicke von 0,085 mm.
4 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Verlagerung und der ausgeübten Kraft der oberen und unteren Aufhängungen 9 und 10 erläutert. Diese Darstellung zeigt die Kennlinie der Kraft als Funktion der Verlagerungen, die erhalten werden, wenn auf den Magnetkreisabschnitt 8 eine Kraft ausgeübt wird, wobei die Ausleger 9a, 9b, 10a und 10b der oberen und unteren Aufhängungen 9 und 10 aneinander befestigt sind und der Magnetkreisabschnitt 8 zwischen ihnen konzentrisch angeordnet ist. Die horizontale Achse der Darstellung repräsentiert die Verlagerung und die vertikale Achse repräsentiert die ausgeübte Kraft. 5 ist eine Darstellung, die die Steifheitskennlinien der Aufhängungen 9 und 10 veranschaulicht, die aus der in 4 gezeigten Darstellung erhalten werden, wobei die horizontale Achse die Verlagerung repräsentiert und die vertikale Achse die Steifheit repräsentiert. Jede der Aufhängungen 9 und 10 weist nicht lineare Kennlinien auf, bei denen sich der Steifheitswert vergrößert, wenn die Verlagerung größer wird. 6 ist eine Darstellung, die die Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 veranschaulicht, der derartige nicht lineare Aufhängungen 9 und 10 enthält, in Bezug auf ein eingegebenes Frequenzsignal (wobei die Masse des Magnetkreisabschnitts 8 etwa 3 g beträgt). 6 veranschaulicht die Kennlinien der Vibrationskraft als Funktion der Frequenz, die erhalten werden, wenn die Frequenz vergrößert oder verringert wird. Wenn die Frequenz kontinuierlich vergrößert wird, ändert sich die Vibrationskraft in der Weise a → b → c → d. Wenn die Frequenz kontinuierlich verringert wird, ändert sich die Vibrationskraft in der Weise d → c → e → f → a. Das ist im Wesentlichen das gleiche Sprungphänomen einer nicht linearen Aufhängung, das oben im Abschnitt des Standes der Technik unter Bezugnahme auf 33 beschrieben wurde.
Es wird nun die Funktionsweise des elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers 100, der einen derartigen Vibrator 6 enthält, beschrieben.
Frequenzsignale, die durch den Generator 7 für elektrische Signale erzeugt werden, werden in den Vibrator 6 eingegeben, wenn der Schalter SW1 eingeschaltet ist. Wenigstens eines der Eingangsfrequenzsignale enthält eine Frequenz in einem Frequenzbereich Wb, der zwischen einer unteren Grenzfrequenz (fL) und einer oberen Grenzfrequenz (fH) definiert ist. Die untere Grenzfrequenz fL und die obere Grenzfrequenz fH entsprechen jeweils dem Punkt f bzw. dem Punkt b in der Darstellung von 6, die die Vibrationskraftkennlinien der nicht linearen Aufhängungen 9 und 10 veranschaulicht. Der Frequenzbereich Wb ist ein Frequenzbereich, in dem die Aufhängungen 9 und 10 unterschiedliche Vibrationskraftkennlinien aufweisen, wenn die Frequenz erhöht wird und wenn die Frequenz verringert wird. Es scheint, dass die durch den Vibrator 6 erzeugte Vibrationskraft in dem Frequenzbereich Wb einen Maximalwert besitzt. Wenn jedoch ein Signal mit einer Frequenz von 140 Hz, das in dem Frequenzbereich Wb liegt, allein an den Vibrator 6 angelegt wurde, wurde die Vibrationskraft erhalten, die dem Punkt g (der 140 Hz entspricht) auf der unteren Kennlinie für eine Wobbelung mit abnehmender Frequenz entspricht, und die vorgesehene Vibrationskraft, die dem Punkt h (der ebenfalls 140 Hz entspricht) auf der oberen Kennlinie für eine Wobbelung mit steigender Frequenz entspricht, wurde nicht erhalten. Wenn die Frequenz von der oberen Grenzfrequenz fH, die dem Punkt b entspricht, auf die untere Grenzfrequenz fL, die dem Punkt f entspricht, verringert wurde, wird die Vibrationskraftkennlinie zwischen dem Punkt f und dem Punkt b für eine Wobbelung mit steigender Frequenz nicht reproduziert. Um die Kennlinie vom Punkt f zum Punkt b stabil sicherzustellen, längs der eine große Vibrationskraft erhalten wird, sollte wenigstens eine Frequenz, die niedriger ist als die untere Grenzfrequenz fL des Frequenzbereichs Wb in den Eingangssignalen für den Vibrator 6 enthalten sein.
In 7 ist stärker bevorzugt, dass sich die Frequenz des gewobbelten Frequenzsignals vom Punkt i, der niedriger ist als fL, zum Punkt h, der im Frequenzbereich Wb liegt, vergrößert, vom Punkt h zum Punkt j verringert, der ebenfalls im Frequenzbereich Wb liegt, und daraufhin wiederholt zwischen dem Punkt h und dem Punkt j schwankt (d. h. anfangs i → h und später h → j → h → j → h → ...). In einem derartigen Fall wird die Frequenz des Eingangssignals in dem Frequenzbereich Wb, in dem eine große Vibrationskraft erhalten wird, gewobbelt, wodurch eine größere Vibrationskraft sichergestellt wird.
In den oben beschriebenen Beispielen wird die Frequenz des Eingangssignals anfangs vom Punkt i zum Punkt h gewobbelt und anschließend wiederholt verringert und vergrößert. Alternativ kann die Frequenz des Eingangssignals vom Punkt i vergrößert und dann am Punkt h angehalten werden, woraufhin ständig das Eingangssignal angelegt wird, dessen Frequenz am Punkt h festgelegt ist. In einem derartigen Fall springt die Vibrationskraft nicht zum Punkt G auf der unteren Kennlinie für eine Wobbelung mit abnehmender Frequenz wie in dem Fall, wenn lediglich die Frequenz, die dem Punkt h oder g entspricht, eingegeben wird, wodurch eine große Vibrationskraft aufrechterhalten wird. Es ist deswegen möglich, ständig eine große Vibrationskraft zu erhalten, indem der Punkt h in der Umgebung der oberen Grenzfrequenz fH des Frequenzbereichs Wb eingestellt wird.
Die Steifheitskennlinien jeder Aufhängung des Vibrators 6 sind besonders wichtig. 8 veranschaulicht die Vibrationskraftkennlinien eines Vibrators mit einem Magnetkreisabschnitt, der von einer Aufhängung getragen wird, die das Merkmal der Nichtlinearität nicht besitzt. Bei einer linearen Aufhängung unterscheiden sich die Vibrationskraftkennlinien nicht zwischen einer Wobbelung mit steigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz. Die Frequenz, bei der eine große Vibrationskraft erhalten wird, ist jedoch auf die Resonanzfrequenz f₀ des mechanischen Systems beschränkt, die anhand der Steifigkeit der Aufhängung und der Masse des Magnetkreisabschnitts festgelegt ist. Bei Frequenzen, die sich von der Resonanzfrequenz f₀ unterscheiden, verringert sich die Vibrationskraft bedeutend. Es ist somit in einem derartigen Fall erforderlich, Resonanzfrequenz-Erfassungsmittel vorzusehen, um die Frequenz des Ansteuerungssignals mit der Resonanzfrequenz f₀ in Übereinstimmung zu bringen. Andernfalls ist es erforderlich, die Resonanzfrequenz während des Produktionsprozesses genau zu steuern, so dass die Resonanzfrequenz des Vibrators mit einer vorgegebenen Ansteuerungsfrequenz in Übereinstimmung gebracht wird. Bei den Vibrationskraftkennlinien der nicht linearen Aufhängung, die in 6 dargestellt sind, wird eine große Vibrationskraft in einem breiten Frequenzband (f → b) erhalten, jedoch nicht in einem schmalen Frequenzband, wie etwa f₀, wie bei der Verwendung einer linearen Aufhängung. Um in einem derartigen breiten Frequenzband eine große Vibrationskraft zu erhalten, sind die speziellen Kennlinien der nicht linearen Vibrationskraft der Aufhängung (z. B. 9 oder 10) bevorzugt. Die Vibrationskraftkennlinien, die in 6 dargestellt sind, können z. B. in der folgenden Weise erreicht werden. Die Verlagerung (x) als Funktion der Vibrationskraft (F), die in 4 dargestellt sind, werden durch die folgende mehrdimensionale Funktion repräsentiert.
Ausdruck 1 F = S1x + S2x2 + S3x3
Darüber hinaus werden die Kennlinien der Verlagerung (x) als Funktion der Steifigkeit (S), die in 5 erläutert sind, durch den folgenden Ausdruck repräsentiert.
Ausdruck 2 S = S1 + S2x + S3x2
Wenn z. B. S₁, S₂ und S₃ im obigen Ausdruck 2 in der folgenden Weise eingestellt werden
S₁ = 503,6
S₂ = 0
S₃ = 5,5 × 10⁸ und
die Verlagerung x auf 1 mm eingestellt wird, ergeben sich die in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten Werte der entsprechenden Terme des Ausdrucks 2.
Tabelle 1
Es kann somit erkannt werden, dass der nicht lineare Term (S₃x²) der Faktor ist, der die Vibrationskraftkennlinien zwischen einer Wobbelung mit ansteigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz bewirkt und ermöglicht, dass in einem breiten Frequenzband eine große Vibrationskraft erhalten wird.
Deswegen ist wenigstens eine der Aufhängungen 9 oder 10 des Vibrators 6, die bei dem Trageelement 11 verwendet wird, vorzugsweise so konfiguriert, dass der x²-Term einen von 0 verschiedenen Wert besitzt.
Wenn S₁, S₂ und S₃ in der folgenden Weise gesetzt werden
S₁ = 0
S₂ = 0
S₃ = 8,0 · 10⁸,
so dass der S₁-Term und der S₂-Term der Steifheitsfunktion des obigen Ausdrucks 2 kleiner sind als der S₃-Term, wobei im Wesentlichen lediglich der S₃-Term einen Wert besitzt, wobei die erhaltenen Kennlinien der Verlagerung als Funktion der Steifigkeit so verlaufen, wie in 9 dargestellt ist, und die erhaltenen Vibrationskraftkennlinien, die durch den Vibrator 6 bereitgestellt werden, so verlaufen, wie in 10 dargestellt ist. Wie in 10 erkannt werden kann, ist der Frequenzbereich f'-b', in dem sich die Vibrationskraftkennlinien zwischen einer Wobbelung mit ansteigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz unterscheiden, breiter als der in den 6 und 7 dargestellte Frequenzbereich und der Gradient der Vibrationskraftkennlinie für eine Wobbelung mit steigender Frequenz ist kleiner als der in den 6 und 7 dargestellte Gradient. Somit ist der Änderungsbetrag bei der Vibrationskraft in Bezug auf eine Änderung bei der Frequenz des Eingangssignals kleiner, wodurch es möglich ist, eine größere Vibrationskraft stabiler zu erhalten.
Bei den oben beschriebenen beiden Beispielen wird angenommen, dass der S₂-Term 0 ist. Jedoch auch dann, wenn der S₂-Term nicht 0 ist, tritt das Sprungphänomen, bei dem sich die Vibrationskraftkennlinien zwischen einer Wobbelung mit steigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz unterscheiden, im Wesentlichen in der gleichen Weise auf. Das gilt außerdem für Fälle, bei denen der Ausdruck einen Term mit noch größerer Ordnung besitzt.
Eine nicht lineare Aufhängung, bei der der x²-Term einen von 0 verschiedenen Wert besitzt, kann durch Steifigkeitskennlinien realisiert werden, bei denen die Amplitude begrenzt ist, wenn die Verlagerung größer wird. Eine derartige Nichtlinearität kann leicht realisiert werden, indem z. B. die Länge der Aufhängung verringert wird, um so die Amplitude der Aufhängung zu verringern, oder indem ein Material verwendet wird, das eine geringe Biegbarkeit besitzt.
Darüber hinaus ist bei dem elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler 100 der vorliegenden Erfindung das Frequenzsignal, das durch den Generator 7 für elektrische Signale erzeugt und an den Vibrator 6 geliefert wird, nicht auf ein kontinuierlich gewobbeltes Frequenzsignal beschränkt. Das Frequenzsignal kann alternativ eine Reihe von diskreten Punktfrequenzen enthalten. Die Reihe von Punktfrequenzen enthält vorzugsweise eine Frequenz, die niedriger als die untere Grenzfrequenz fL des Frequenzbereichs Wb ist, als die anfängliche Eingangsfrequenz. 11 veranschaulicht ein Beispiel einer derartigen Reihe von Punktfrequenzen. Die Eingangsfrequenz für den Vibrator 6 beginnt bei P1 und ändert sich dann in der folgenden Weise P2 → P2 → P3 → P4 → P5. Die Frequenz des Eingangssignals kann bei der letzten Frequenz P5 angehalten werden und daraufhin kann die feste Frequenz P5 ständig bereitgestellt werden. In einem derartigen Fall kann der Vibrator 6 ständig eine große Vibrationskraft ausgeben. Alternativ kann die Eingangsfrequenz anfangs von P1 → P2 → P3 → P4 → P5 vergrößert werden und dann in dem Frequenzbereich Wb periodisch vergrößert und verringert werden, z. B. P5 → P4 → P3 → P4 → P5. Wenn die Punktfrequenz von einer Anfangsfrequenz zu einer maximalen Frequenz umgeschaltet wird, sind diese Frequenzen stark voneinander beabstandet, z. B. P1 → P5. Somit kann kein stabiler Betrieb realisiert werden. Es ist deswegen vorzuziehen, eine derartige Frequenzlücke zwischen der Anfangsfrequenz und der maximalen Frequenz mit einer oder mehreren Punktfrequenzen, wie etwa P3, in dem Frequenzbereich Wb zu interpolieren. Das kann jedoch nicht notwendig sein, wenn eine Anfangsfrequenz und eine Zielfrequenz (z. B. P2 und P3) in der Nähe der unteren Grenzfrequenz fL liegen, selbst wenn die Anfangsfrequenz (P2) niedriger ist als die untere Grenzfrequenz fL und die Zielfrequenz (P3) in dem Frequenzbereich Wb liegt.
Wie oben beschrieben wurde, kann der elektrisch-mechanisch-akustische Wandler 100 infolge der Verwendung des Vibrators 6, der eine nicht lineare Aufhängung verwendet, effizient eine große Vibrationskraft über ein breites Frequenzband bereitstellen.
Während eine Signalform des Eingangssignals vorzugsweise eine Sinuswelle ist, können Wirkungen, die den oben beschriebenen Wirkungen ähnlich sind, bei einem Rechteckwellen-Eingangssignal erwartet werden, wenn seine Basisfrequenz die oben beschriebenen Frequenzbedingungen erfüllt. Dabei wird jedoch wahrscheinlich eine Komponente einer höheren Harmonischen an die Schwingspule 13 angelegt, wodurch beim Schwingen des Vibrators 6 ein unnötiger Ton erzeugt wird. Deswegen ist es vorzuziehen, ein Hochfrequenz-Sperrfilter 151, das ein höheres Frequenzband sperrt, zwischen den Generator 7 für elektrische Signale und den Vibrator 6 einzusetzen.
Während das Eingangssignal, das durch den Generator 7 für elektrische Signale erzeugt und an den Vibrator 6 geliefert wird, ein Sprach- oder ein Musiksignal ist, das eine Hochfrequenzkomponente enthält, kann die Membran 12 wie ein Lautsprecher schwingen und funktionieren, wodurch eine akustische Wiedergabe möglich ist. Wenn dabei die untere Grenzfrequenz des akustischen Signals so eingestellt ist, dass sie höher als die untere Grenzfrequenz fL des Frequenzbereichs Wb ist, kann ein Klang wiedergegeben werden, indem lediglich die Membran 12 in Schwingungen versetzt wird, ohne dass der Magnetkreisabschnitt 8 wesentlich in Schwingungen versetzt wird. Das ist dann wirkungsvoll, wenn vorzugsweise eine Schwingung und einen Klang separat wiedergegeben werden sollen.
Das Frequenzsignal, das durch den Generator 7 für elektrische Signale erzeugt wird, ist vorzugsweise ein synthetisiertes Signal, das erreicht wird, indem mehrere Signale zusammen addiert werden, die wenigstens eine Frequenz enthalten, die niedriger als der Frequenzbereich Wb ist.
Die Funktionsweise des elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers 100, der den Generator 7 für elektrische Signale zum Erzeugen eines derartigen Frequenzsignals und den Vibrator 6 mit einer nicht linearen Aufhängung enthält, wird nun beschrieben.
Das Frequenzsignal von dem Generator 7 für elektrische Signale wird in den Vibrator 6 eingegeben. Das Frequenzsignal ist ein synthetisiertes Signal, das erhalten wird, indem die Frequenz, die dem Punkt t in dem in 12 dargestellten Frequenzbereich Wb entspricht (bei dem die Vibrationskraftkennlinien der nicht linearen Aufhängungen 9 und 10 sich zwischen einer Wobbelung mit steigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz unterscheiden), und die dem Punkt s entsprechende Frequenz, die niedriger als der Frequenzbereich Wb ist, zusammen addiert werden.
Die 13A bis 13D veranschaulichen die Eingangssignalform und die Ausgangssignalform, die erhalten werden, wenn die Frequenzen f1 und f2 (die den Punkten s bzw. t entsprechen) einzeln in den Vibrator eingegeben werden. Die 13A veranschaulicht die Signalform eines Eingangssignals, das eine Frequenz von f2 besitzt und eine Spitzenspannungsamplitude aufweist, die etwa doppelt so groß ist wie die des anderen Eingangssignals, das eine Frequenz von f1 besitzt und in 13C gezeigt ist. 13B veranschaulicht eine Vibrationskraft-Signalform, die erhalten wird, wenn ein Signal mit der Frequenz f2 eingegeben wird. 13C veranschaulicht das Eingangssignal mit der Frequenz f1. 13D veranschaulicht eine Vibrationskraft-Signalform, die erhalten wird, wenn ein Signal mit der Frequenz f1 eingegeben wird. Das Frequenzsignal f2, das dem Punkt t entspricht, ist ein Signal mit einer Frequenz, die in dem Frequenzbereich Wb liegt. Wie oben unter Bezugnahme auf 12 beschrieben wurde, wird ein großer Vibrationsausgang von dem Vibrator 6 durch eine Wobbelung mit ansteigender Frequenz erhalten. Wenn jedoch nur das Frequenzsignal f2 angelegt wird, ist die Vibrationskraft auf den Wert des Punktes u an der Kennlinie für eine Wobbelung mit abnehmender Frequenz verringert. Die Frequenz f1, die dem Punkt s entspricht, ist eine Frequenz, die niedriger ist als der Frequenzbereich Wb. Bei der Frequenz f1 unterscheiden sich die Vibrationskraftkennlinien zwischen einer Wobbelung mit ansteigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz nicht. Auch wenn das Eingangsfrequenzsignal f1 eine Spitzenspannungsamplitude besitzt, die die Hälfte der Spitzenspannungsamplitude des Ein gangsfrequenzsignals f2 ist, besitzt deshalb die erhaltene Ausgangssignalform (Vibrationskraft-Signalform) eine größere Amplitude als jene, die bei dem Eingangsfrequenzsignal f2 erhalten wird, wie in den 13B und 13D zu sehen ist.
14A veranschaulicht die Signalform eines synthetisierten Eingangssignals, das erhalten wird, indem die oben beschriebenen beiden Frequenzsignale f1 und f2 zusammen addiert werden. 14B veranschaulicht die Vibrationskraftkennlinien, die erhalten werden, wenn das synthetisierte Eingangssignal, das in 14A dargestellt ist, in den Vibrator 6 eingegeben wird. Die Eingangssignalform ist ein amplitudenmoduliertes Signal, dessen Amplitudenspitzenwert sich periodisch vergrößert und verkleinert. Der Amplitudenspitzenwert der Ausgangssignalform der Vibrationskraftkennlinien vergrößert und verkleinert sich ebenfalls als Funktion der Zeit. In 14B kann erkannt werden, dass der Spitzenamplitudenwert der Ausgangssignalform ein größerer Wert ist als dann, wenn nur eine einzelne Frequenz verwendet wird, wie in den 13A bis 13D veranschaulicht ist. Es kann somit erkannt werden, dass die dem Punkt t entsprechende Vibrationskraft, die bei der Frequenz f2 während einer Wobbelung mit ansteigender Frequenz erhalten wird, unter Verwendung eines Signals erhalten wird, das durch das Synthetisieren von zwei Frequenzen erhalten wird.
Wenn der Generator 7 für elektrische Signale ein akustisches Signal erzeugt, wie etwa ein Melodiesignal, ein Musiksignal oder ein Sprachsignal, wird die Membran 12 des Vibrators 6, an die die Schwingspule 13 geklebt ist, in Schwingungen versetzt und gibt dadurch das akustische Signal wieder. Selbst wenn in diesem Fall die niederfrequente Komponente des akustischen Signals in dem Frequenzbereich Wb enthalten ist, ist die erzeugte Vibrationskraft gering. Deswegen sind die Vibrationsalarmfunktion und die Klangalarmfunktion im Wesentlichen voneinander getrennt. Sowohl ein Vibrationssignal als auch ein akustisches Signal können eingegeben werden, um das Vibrationssignal und das Klangsignal gleichzeitig wiederzugeben. Durch Einstellen des Signalfrequenzbandes und Synthetisieren von mehreren Signalen kann somit der Vibrator 6 als ein Mehrfachfunktionswandler funktionieren, der ein Vibrationssignal und ein akustisches Signal wiedergeben kann.
Die Vibrationskraft, die von einem Frequenzsignal erhalten wird, das in dem Frequenzbereich Wb liegt, ist größer als die Vibrationskraft, die von einem Frequenzsignal erhalten wird, das geringer als der Frequenzbereich Wb ist. Um den Energieverbrauch zu verringern, ist es deshalb vorzuziehen, dass der Eingangsspannungspegel des Signals mit niedrigerer Frequenz minimal gemacht wird, während ein stabiler Vibrationskraftausgang von einem Frequenzsignal, das in dem Frequenzbereich Wb liegt, sichergestellt wird. Während in dieser Ausführungsform zwei Sinuswellensignale als Eingangsfrequenzsignale verwendet werden, können alternativ drei oder mehr Sinuswellensignale verwendet werden, um ähnliche Wirkungen zu erzielen. Der Spannungspegel jedes Eingangsfrequenzsignals kann anhand eines Prinzips festgelegt werden, das dem in dieser Ausführungsform verwendeten Prinzip ähnlich ist. Das Eingangssignal kann alternativ ein synthetisiertes Signal sein, das erhalten wird, indem zwei Rechteckwellensignale zusammen addiert werden, wenn deren Basisfrequenz die oben beschriebenen Frequenzbedingungen erfüllt. In diesem Fall führt eine Komponente der höheren Harmonischen, die in dem Signal enthalten ist, wahrscheinlich eine Verzerrung in das Signal ein, das von der Membran 12 wiedergegeben wird. Es ist deswegen vorzuziehen, ein Hochfrequenz-Sperrfilter einzusetzen, das in einer Stufe vor dem Vibrator 6 ein Band mit höheren Frequenzen sperrt.
15 veranschaulicht verschiedene Kennlinien L, M und H der Vibrationskraft als Funktion der Frequenz, die sich aus Schwankungen bei der Massenproduktion des Vibrators 6, der eine nicht lineare Aufhängung besitzt, ergeben. Während 15 lediglich die Kennlinien veranschaulicht, die beobachtet werden, wenn die Frequenz kontinuierlich erhöht wird, wird das Sprungphänomen (ein Phänomen, bei dem sich die Kennlinien zwischen einer Wobbelung mit ansteigender Frequenz und einer Wobbelung mit abnehmender Frequenz unterscheiden) in ähnlicher Weise beobachtet, wenn die Frequenz kontinuierlich verringert wird, wie in den 6 und 12 dargestellt ist.
Das Frequenzsignal, das durch den Generator 7 für elektrische Signale erzeugt wird, ist ein synthetisiertes Signal, das erhalten wird, indem mehrere Frequenzsignale P1-P8 zusammen addiert werden, wobei die Phasen der Signale zueinander verschoben werden. Wenigstens eines der Frequenzsignale P1-P8 besitzt eine Frequenz, die niedriger ist als der Frequenzbereich Wb der Vibrationskraftkennlinie L, die zur Seite mit geringer Frequenz verschoben ist, und wenigstens eines der Frequenzsignale P1-P8 besitzt eine Frequenz, die höher ist als der Frequenzbereich Wb der Vibrationskraftkennlinie H, die zu der Seite mit höherer Frequenz verschoben ist.
Die Funktionsweise des elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers 100, der den oben beschriebenen Generator 7 für elektrische Signale zum Erzeugen eines Frequenzsignals und den Vibrator 6 mit einer nicht linearen Aufhängung enthält, wird nun beschrieben.
Das Frequenzsignal von dem Generator 7 für elektrische Signale wird in den Vibrator 6 eingegeben. Die Frequenzsignale, die in diesem Beispiel verwendet werden, sind eine Reihe von Punktfrequenzen P1-P8. Die niedrigste Frequenz ist P1, die niedriger ist als der Frequenzbereich Wb der Vibrationskraftkennlinie L, die zur Seite der niedrigen Frequenzen verschoben ist, und die höchste Frequenz ist P8, die höher ist als der Frequenzbereich Wb der Vibrationskraftkennlinie H, die zu der Seite mit höherer Frequenz verschoben ist. Die anderen Frequenzen P2-P7 sind zwischen P1 und P8 gleichmäßig voneinander beabstandet.
Die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsformen werden nun beschrieben. 16A veranschaulicht die Signalform eines elektrischen Signals, das erhalten wird, indem 8 Punktfrequenzen phasengleich zusammen addiert werden. Das elektrische Signal wird in den Vibrator 6 eingegeben, der die in 15 gezeigte Kennlinie M der Vibration als Funktion der Frequenz besitzt. 16B veranschaulicht die Signalform der Ausgangsvibrationskennlinien des Vibrators 6. Die Spitzenamplitude des elektrischen Signals erhöht sich periodisch mit einer Periode T16 (16A), die gleich dem Kehrwert des Frequenzintervalls zwischen den entsprechenden Frequenzen ist (d. h. 200 ms für ein 5 Hz-Intervall). Dementsprechend besitzt die Ausgangsvibration-Signalform eine große Spitzenamplitude am Anfang jeder Periode, die Vibrationskraft nimmt jedoch bis zum Beginn der nächsten Periode ab.
Während eine derartige Vibrationssignalform eine sich periodisch vergrößernde Vibrationskraft erzeugt, ist eine stärker bevorzugte Vibrationssignalform derart, dass eine große Vibrationskraft zeitlich aufrechterhalten wird.
17A veranschaulicht die Signalform eines elektrischen Signals, das erhalten wird, indem die 8 Punktfrequenzen P1-P8 zusammen addiert werden, wobei die niedrigste Frequenz P1 und die nächste Frequenz P2 gegenphasig sind, P3 und P4 gleichphasig sind, P5 und P6 gegenphasig sind sowie P7 und P8 gleichphasig sind. 17B veranschaulicht die Signalform der Ausgangsvibrationskennlinien, die für das eingegebene elektrische Signal erhalten werden. In 17A kann erkannt werden, dass die Periode, bei der sich der Spitzenwert des Spannungspegels vergrößert, gegenüber der in 16A gezeigten Periode verringert ist. Dementsprechend verringert sich der Spitzenwert der Ausgangsvibration-Signalform nicht nach dem Beginn jeder Periode wie in 16B, sondern es wird ununterbrochen ein verhältnismäßig großer Vibrationsausgang erhalten.
Die 18A und 18B veranschaulichen die Signalformen der Ausgangsvibrationen, die erhalten werden, wenn das synthetisierte Signal an die in 15 gezeigten Kennlinien L bzw. H angelegt wird. In ähnlicher Weise wie bei der erhaltenen Signalform für die Kennlinie M, die in 17B gezeigt ist, wird ununterbrochen ein großer Vibrationsausgang erzeugt. Das ist ein Anzeichen dafür, dass ein stabiler Vibrationsausgang sichergestellt wird, selbst wenn sich die Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 ändern.
Wenn der Generator 7 für elektrische Signale ein akustisches Signal erzeugt, wie etwa ein Melodiesignal, ein Musiksignal oder ein Sprachsignal, wird die Membran 12 des Vibrators 6, an die die Schwingspule 13 geklebt ist, in Schwingungen versetzt, wodurch das akustische Signal wiedergegeben wird. Selbst wenn dabei die niederfrequente Komponente des akustischen Signals in dem Frequenzbereich Wb enthalten ist, ist die erzeugte Vibrationskraft gering. Deswegen sind die Vibrationsalarmfunktion und die Klangalarmfunktion im Wesentlichen voneinander getrennt. Sowohl ein Vibrationssignal als auch ein akustisches Signal können eingegeben werden, um das Vibrationssignal und das Klangsignal gleichzeitig wiederzugeben. Somit kann durch Einstellen des Signalfrequenzbandes und durch Synthetisieren von mehreren Signalen der Vibrator 6 als ein Mehrfunktionswandler funktionieren, der ein Vibrationssignal und ein Klangsignal wiedergeben kann.
Das Eingangssignal kann alternativ ein synthetisiertes Signal sein, das erhalten wird, indem mehrere Rechteckwellensignale zusammen addiert werden, wenn deren Grundfrequenz die oben beschriebenen Frequenzbedingungen erfüllt. In diesem Fall ist es jedoch wahrscheinlich, dass eine in dem Signal enthaltene Komponente der höheren Harmonischen eine Verzerrung in das Signal einführt, das von der Membran 12 wiedergegeben wird. Es ist deswegen vorzuziehen, ein Hochfrequenz-Sperrfilter 151, das ein Band höherer Frequenzen sperrt, in eine Stufe vor dem Vibrator 6 einzusetzen.
Wie oben beschrieben wurde, kann der elektrisch-mechanisch-akustische Wand ler 100 der vorliegenden Ausführungsform den Vibrator 6 und das oben beschriebene synthetisierte Signal verwenden, das mehrere Gruppen von Frequenzsignalen enthält, wobei jede Gruppe ein erstes Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz und ein zweites Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz enthält. Das erste Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz wird gegenphasig synthetisiert und das zweite Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz wird gleichphasig synthetisiert. Dadurch wird sichergestellt, dass selbst dann, wenn die mehreren Punktfrequenzen ein großes Intervall aufweisen, wenigstens eine der Frequenzen in dem Frequenzbereich Wb liegt, in dem wegen des Sprungphänomens eine große Vibrationskraft erhalten wird. Darüber hinaus ist die Periode, bei der sich der Spitzenwert des Spannungspegels der Signalform des elektrischen Signals vergrößert, verringert, wodurch kontinuierlich eine große Vibrationskraft erhalten wird. Selbst wenn sich die Kennlinien der Vibration als Funktion der Frequenz des Vibrators 6 ändern, kann der Frequenzbereich der Punktfrequenzen darüber hinaus so eingestellt werden, dass er den Frequenzbereich enthält, in dem eine große Vibrationskraft erzeugt wird, wodurch es möglich ist, immer einen stabilen Vibrationsausgang zu erhalten. Ferner können ein Vibrationssignal und ein Klangsignal anhand des Frequenzbereichs des Signals, das angelegt werden soll, wahlweise wiedergegeben werden.
Ausführungsform 2
In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 verwendet der Vibrator 6 eine nicht lineare Aufhängung, bei der ein Sprungphänomen auftritt. Selbst wenn eine lineare Aufhängung verwendet wird, bei der das Sprungphänomen nicht auftritt, kann ein kontinuierlicher Vibrationsausgang erreicht werden, indem ein synthetisiertes Signal eingegeben wird, das wie bei der nicht linearen Aufhängung aus Signalen erhalten wird, die in einem Frequenzband liegen, das zwei Frequenzen enthält, die oberhalb und unterhalb der Resonanzfrequenz liegen. Die Resonanzfrequenzkennlinien unterscheiden sich ebenfalls bei einer linearen Aufhängung. Es ist jedoch möglich, wie bei einer nicht linearen Aufhängung einen stabilen Vibrationsausgang zu erhalten, indem mehrere Frequenzsignale verwendet werden, um alle Frequenzen abzudecken, die sich aus derartigen Veränderungen ergeben.
19 ist eine Draufsicht, die eine lineare Aufhängung 130 veranschaulicht. Der Magnetkreisabschnitt 8 ist an einem mittleren Abschnitt 132 befestigt und Ausle ger 133a und 133b sind an dem Trageelement 11 befestigt. Die lineare Aufhängung 130 besitzt eine lineare Kennlinie der Kraft als Funktion der Auslenkung, wenn die Länge L eines Arms 131 ausreichend groß ist.
20 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Vibrationskraft und der Frequenz des Vibrators 6, der die lineare Aufhängung 130 verwendet, veranschaulicht. 20 veranschaulicht drei Kennlinien I, II und III, die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen f01, f02 bzw. f03 entsprechen. Da die Aufhängung 130 eine lineare Aufhängung ist, tritt das Sprungphänomen nicht auf.
Die Änderungen bei der Resonanzfrequenz, die in 20 gezeigt sind, geben die Veränderungen in den Kennlinien des Vibrators 6 an. Die Pfeile P1-P8 sind Punktfrequenzsignale, die anzulegen sind. Die Punktfrequenzen werden in der Weise ausgewählt, dass sie einen Frequenzbereich definieren, der alle Resonanzfrequenzen f01, f02 und f03 enthält, die den Kennlinien I, II bzw. III entsprechen.
21A veranschaulicht die Signalform eines Eingangssignals, das erhalten wird, indem acht Punktfrequenzen synthetisiert werden, wobei deren Phase gesteuert wird. Die 21A, 22A und 22B veranschaulichen die Signalform der Vibrationskraftkennlinien, die erzeugt werden, wenn ein derartiges Eingangssignal in die lineare Aufhängung 130 eingegeben wird. Bei diesem Beispiel beträgt das Gewicht des Magnetkreisabschnitts 1,4 g und das mechanische Resonanzsystem, das die lineare Aufhängung und den Magnetkreisabschnitt enthält, besitzt die Resonanzfrequenzen f01 = 125 Hz, f02 = 135 Hz und f03 = 145 Hz. Die Punktfrequenzen P1-P8 liegen im Bereich von 120 Hz bis 155 Hz bei 5 Hz-Intervallen. P2 und P6 sind gegenphasig in Bezug auf die anderen Punktfrequenzen.
23 veranschaulicht ein Beispiel des Generators 7 für elektrische Signale. In 23 enthält der Generator 7 für elektrische Signale die Generatoren 101 bis 108 für Frequenzsignale, die Phasensteuereinheiten 110 bis 117 und einen Signaladdierer 120.
Das synthetisierte Signal, das an den Vibrator 6 angelegt werden soll, wird aus den Frequenzen P1 bis P8 in der folgenden Weise erhalten. Zunächst erzeugen die Generatoren 101 bis 108 für Frequenzsignale die folgenden Frequenzen: f1 = 120 Hz, f2 = 125 Hz, f3 = 130 Hz, f4 = 135 Hz, f5 = 140 Hz, f6 = 145 Hz, f7 = 150 Hz bzw. f8 = 155 Hz. Diese Frequenzsignale werden jeweils in die Phasensteuereinheiten 110 bis 117 eingegeben. Die Phase der Frequenzsignale f2 und f6 wird um 180° verzögert, damit sie in Bezug auf die anderen Frequenzsignale gegenphasig sind, wobei die anderen Frequenzsignale alle gleichphasig sind. Die Frequenzsignale werden durch den Signaladdierer 120 zusammen synthetisiert und der Ausgang vom Signaladdierer 120 wird an den Vibrator 6 geliefert.
21A veranschaulicht die Signalform des Eingangssignals, das erhalten wird, indem die Punktfrequenzen P1-P8 zusammen addiert werden. 21B veranschaulicht die Signalform der Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 (die Resonanzfrequenz f01 = 135 Hz), wenn das oben beschriebene synthetisierte Signal an den Vibrator 6 angelegt wird. Die 22A und 22B veranschaulichen die Signalform der Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 für andere Resonanzfrequenzen, d. h. f2 = 125 Hz bzw. 145 Hz. Es kann erkannt werden, dass selbst dann, wenn sich die Resonanzfrequenz des Vibrators 6 infolge von Schwankungen in dem Produktionsprozess verändert, die Befestigung an der Vorrichtung, die in Schwingungen versetzt werden soll, ändert oder die Bedingungen, bei denen sie verwendet wird, verändert werden, eine stabile Vibrationskraft erhalten werden kann, da der Vibrator 6 durch die Punktfrequenzen angesteuert wird, die ein breites Frequenzband abdecken.
Die Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 ändern sich in Abhängigkeit von dem Q-Wert des mechanischen Resonanzsystems, das die Aufhängung und den Magnetkreisabschnitt enthält. 24 veranschaulicht entsprechende Kennlinien IV, V und VI der Vibrationskraft als Funktion der Frequenz von unterschiedlichen linearen Aufhängungen, die verschiedene Q-Werte besitzen, d. h. Q = 5, Q = 10 bzw. Q = 20. Die in 20 gezeigten Kennlinien gelten für Q = 20. Die 25A bis 25C veranschaulichen jeweils die Signalform der Vibrationskraft, die erhalten wird, wenn ein Acht-Punkt-Signal an den Vibrator 6 bei unterschiedlichen Q-Werten, d. h. Q = 5, Q = 10 bzw. Q = 20 angelegt wird. Wenn der Q-Wert klein ist, ist die Kennlinie der Vibrationskraft als Funktion der Frequenz flach verlaufend. Deswegen kann es vorzuziehen sein, die Anzahl der Punktfrequenzen zu verringern (z. B. vier Punkte oder zwei Punkte für einen Q-Wert, der kleiner oder gleich 5 ist), wodurch die Schwankungen in dem Spannungspegel des synthetisierten Signals verringert werden können, wodurch eine große Vibrationskraft erreicht wird. Wenn der Q-Wert gleich oder größer als 10 ist, ist der Vibrationskraftpegel hoch und die Vibrationskraftkurve ist in der Nähe der Resonanzfrequenz steil.
Zwischen der Kurve von Q = 20 und der Kurve von Q = 30 gibt es z. B. einen wesentlichen Unterschied bei dem Vibrationskraftpegel für eine Frequenz in einem sehr schmalen Band nahe der Resonanzfrequenz. Der Vibrationskraftpegel ist jedoch für Frequenzen in einem Abstand von wenigstens einigen Hertz von der Resonanzfrequenz im Wesentlichen gleich. Deswegen tritt kein wesentlicher Unterschied in dem Vibrationskraftpegel auf, wenn ein Signal verwendet wird, das aus acht oder mehr Punktfrequenzen synthetisiert wird, die über ein breites Frequenzband verteilt sind (z. B. in einer Breite von wenigstens einigen Hertz in den entsprechenden Richtungen von der Resonanzfrequenz). Deswegen ist es bei einer linearen Aufhängung vorzuziehen, die Anzahl der Punktfrequenzen, aus denen das Eingangssignal synthetisiert wird, anhand des Q-Wertes optimal auszuwählen. Da der Q-Wert von der Konstruktion des Vibrators abhängt, besteht eine wirkungsvolle Möglichkeit zum Reduzieren des Q-Wertes darin, in dem Magnetkreis einen starken Magneten zu verwenden, um den elektromagnetischen Dämpfungswiderstand der Schwingspule zu vergrößern. Eine weitere wirkungsvolle Möglichkeit zum Reduzieren des Q-Wertes besteht darin, für das Material der Aufhängung ein Material zur Unterdrückung von Schwingungen zu verwenden, das einen starken internen Energieverlust besitzt, um den mechanischen Widerstand zu vergrößern. Wenn jedoch der elektromagnetische Dämpfungswiderstand vergrößert wird, wird außerdem die Größe des Magnetkreises vergrößert, wodurch es schwierig ist, einen kleinen Vibrator herzustellen. Wenn darüber hinaus der mechanische Widerstand vergrößert wird, wird der Resonanzpegel unterdrückt, wodurch ein großer elektrischer Eingang erforderlich ist, um eine große Vibrationskraft zu erreichen, wodurch sich der Wirkungsgrad des Vibrators verringert. Wie oben beschrieben wurde, wird bei einer nicht linearen Aufhängung der Frequenzbereich Wb, in dem eine große Vibrationskraft erreicht werden kann, durch das Sprungphänomen der Aufhängung erweitert, selbst wenn der elektromagnetische Dämpfungswiderstand nicht groß ist. Deswegen ist es bei einer nicht linearen Aufhängung im Vergleich zu einer linearen Aufhängung möglich, einen Vibrator zu realisieren, der klein ist und trotzdem eine große Vibrationskraft bereitstellen kann. Das oben beschriebene Signal der vorliegenden Erfindung ist jedoch unabhängig von der Linearität der Aufhängung wirkungsvoll.
Die Vibrationskennlinien können leicht geändert werden, indem die Signalform des Eingangssignals geändert wird. Es ist somit möglich, den Benutzer über einen ankommenden Anruf mit verschiedenen Vibrationen zu benachrichtigen, wohingegen verschiedene Melodien gleichzeitig als Klingeltöne verwendet werden. Es ist z. B. möglich, unterschiedliche Vibrationsarten für verschiedene Anrufer zu verwenden.
26A veranschaulicht die Signalform eines Spannungssignals, das acht mit 5 Hz-Intervallen angeordnete Punktsignale enthält und in den Vibrator 6, der eine nicht lineare Aufhängung verwendet, einzugeben ist. 26B veranschaulicht die Signalform der Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 in Reaktion auf das in 26A gezeigte Eingangssignal. 27A veranschaulicht die Signalform eines Spannungssignals, das in den Vibrator 6 einzugeben ist und acht Punktsignale enthält, die mit 4 Hz-Intervallen angeordnet sind. 27B veranschaulicht die Signalform der Vibrationskraftkennlinien des Vibrators 6 in Reaktion auf das in 27A gezeigte Eingangssignal. Wie in den Figuren dargestellt ist, können die Vibrationskraftkennlinien geändert werden, indem das Intervall zwischen den Punktfrequenzen geändert wird. Somit kann zwischen verschiedenen Vibrationsarten leicht umgeschaltet werden. Die Vibrationsart kann alternativ anhand der Anzahl von Punktfrequenzen, der Phase jedes Punktfrequenzsignals und dergleichen geändert werden.
Das Eingangssignal ist als kontinuierliches Signal dargestellt. Alternativ kann das Eingangssignal ein unterbrochenes Signal sein. In diesem Fall vibriert das Vibrationsalarmsignal wiederholt und hört auf zu vibrieren, was von einer Benutzerperson deutlicher empfunden werden kann.
Ausführungsform 3
Ein elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler 200 gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 28 beschrieben. Elemente des elektrisch-mechanisch-akustischen Wandlers 200, die bereits in der Ausführungsform 1 beschrieben wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht weiter beschrieben. Im Vergleich zur Ausführungsform 1 enthält der elektrisch-mechanisch-akustische Wandler 200 zusätzlich zu dem Generator 7 für elektrische Signale einen Generator 12 für akustische Signale, so dass ein elektrisches Signal entweder von dem Generator 7 für elektrische Signale oder von dem Generator 12 für akustische Signale wahlweise über einen Schalter SW2 an den Vibrator 6 geliefert wird.
Der Generator 7 für elektrische Signale erzeugt ein gewobbeltes Frequenzsignal oder ein synthetisiertes Signal, das aus mehreren Punktfrequenzen erhalten wird, um stabile Vibrationen zu erzeugen. Der Generator 7 für elektrische Signale kann zusätzlich in der Lage sein, ein Sprachsignal oder ein Musiksignal zu erzeugen. In diesem Fall kann jedoch die Schaltungskonfiguration kompliziert sein. Die Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung widmet sich diesem Problem, indem der elektrisch-mechanisch-akustische Wandler 200 in der folgenden Weise entworfen wird. Wenn ein Vibrationsalarmsignal wiedergegeben wird, wird der Schalter SW2 so gesteuert, dass er ein Signal von dem Generator für elektrische Signale überträgt. Wenn ein akustisches Signal, wie etwa das Musiksignal oder das Sprachsignal, wiedergegeben wird, wird der Schalter SW2 so gesteuert, dass er ein Signal von dem Generator 12 für akustische Signale überträgt. Somit sind die Vibrationsalarmfunktion und die Klangalarmfunktion voneinander getrennt, wobei die Schaltungskonfiguration vereinfacht ist.
Der Generator 7 für elektrische Signale kann ein Aufzeichnungsmedium sein, wie etwa ein Halbleiterspeicher, der eine vorgesehene Signalform aufzeichnen/wiedergeben kann, und kann alternativ ein DSP (digitaler Signalprozessor) sein.
Ausführungsform 4
Ein tragbares Endgerät gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 29 und 30 beschrieben. Elemente des tragbaren Endgerätes, die bereits in der Ausführungsform 1 beschrieben wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht weiter beschrieben. 29 ist eine perspektivische Ansicht, die ein tragbares Telephon 300 veranschaulicht, das ein beispielhaftes tragbares Endgerät der vorliegenden Erfindung ist, das den oben in der Ausführungsform 1 beschriebenen Vibrator 6 enthält. 30 ist ein Blockschaltplan, der den Hauptteil des tragbaren Telephons 300, das den Vibrator 6 der Ausführungsform 1 verwendet, veranschaulicht.
In 29 ist der Vibrator 6 an einem äußeren Gehäuse 13 des tragbaren Telephons 300 befestigt. In 30 enthält das tragbare Telephon 300 eine Antenne 14, einen Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15, einen Generator 16 für elektrische Signale und einen Schalter SW3, der wahlweise eines der elektrischen Signale von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 und dem Generator 16 für elektrische Signale an den Vibrator 6 überträgt.
Anschließend wird die Funktionsweise des tragbaren Telephons 300 beschrieben. Die Antenne 14 empfängt ein ankommendes Anrufsignal von einem Sender eines anderen tragbaren Telephons (das nicht gezeigt ist). Das ankommende Anrufsignal enthält ein Empfangssignal, um den Benutzer über den ankommenden Anruf zu benachrichtigen, und ein Sprachsignal vom Anrufer. Der Anrufsignal-Verarbeitungsabschnitt 15 verarbeitet das ankommende Anrufsignal und erzeugt ein Signal K in Reaktion auf das Empfangssignal, um den Benutzer über den ankommenden Anruf zu benachrichtigen. Wenn das Signal K erzeugt wurde, wird der Schalter SW3, der normalerweise ausgeschaltet ist (d. h. weder mit dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 noch mit dem Generator 16 für elektrische Signale verbunden ist), entweder mit dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 oder mit dem Generator 16 für elektrische Signale verbunden. Wenn der Schalter SW3 mit dem Generator 16 für elektrische Signale verbunden ist, wird ein Frequenzsignal, das in der Ausführungsform 1 beschrieben wurde, erzeugt. Dieses Frequenzsignal bewirkt, dass der Magnetkreisabschnitt des Vibrators 6, der durch die nicht lineare Aufhängung getragen wird, vibriert, wodurch das tragbare Telephon 300 vibriert. Somit funktioniert der Vibrator 6 als ein Vibrator zum Erzeugen eines Vibratoralarmsignals. Wenn der Generator 16 für elektrische Signale einen Klingelton erzeugt, funktioniert der Vibrator 6 als ein Lautsprecher zum Wiedergeben eines akustischen Signals. Wenn der Empfänger (Benutzer), der durch das Vibratoralarmsignal oder den Klingelton über den ankommenden Anruf informiert wurde, das tragbare Telephon 300 einschaltet, ist das tragbare Telephon 300 bereit, den Anruf zu empfangen, wobei das Signal K von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 bewirkt, dass der Schalter SW3 mit dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 verbunden wird. Das Signal von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 ist das Sprachsignal des Anrufers. Dann funktioniert der Vibrator 6 als ein Empfänger. Alternativ kann der Vibrator 6 ein Lautsprecher zum Wiedergeben der Sprache des Anrufers sein, der von dem tragbaren Endgerät getrennt sein kann.
Wie oben beschrieben wurde, kann bei dem tragbaren Telephon 300 gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ein gewobbeltes Frequenzsignal oder ein synthetisiertes Signal, das aus mehreren Punktfrequenzen erhalten wird, von dem Generator 16 für elektrische Signale erzeugt werden und an den Vibrator 6 geliefert werden, so dass es möglich ist, die große Anzahl von Vibrationen von dem Vibrator 6 effektiv zu nutzen. Es ist deswegen möglich, den Verbrauch von Batterieleistung zu verringern, was ein wichtiges Problem bei tragbaren Telepho nen darstellt.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird ein Klingelton durch den Generator 16 für elektrische Signale erzeugt. Alternativ kann ein Klingelton anhand eines Signals von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 erzeugt werden. In diesem Fall erzeugt der Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 15 einen Klingelton, ein Sprachsignal des Anrufers und ein Lautsprecher-Klangsignal.
Ausführungsform 5
Ein tragbares Endgerät gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 31 beschrieben.
31 ist ein Blockschaltplan, der den Hauptteil eines tragbaren Telephons 400, das den oben in der Ausführungsform 1 beschriebenen Vibrator 6 verwendet, veranschaulicht. Der Vibrator 6 ist wie in der Ausführungsform 4 an dem Körper des tragbaren Telephons 400 befestigt, obwohl das in 31 nicht gezeigt ist. In 31 enthält das tragbare Telephon eine Antenne 14, den Generator 16 für elektrische Signale, einen Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 und einen Signalsyntheseabschnitt 18. Das tragbare Telephon 400 enthält ferner einen Schalter SW4, der zwischen dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 und dem Signalsyntheseabschnitt 18 vorgesehen ist, einen Schalter SW5, der zwischen dem Generator 16 für elektrische Signale und dem Signalsyntheseabschnitt 18 vorgesehen ist, und einen Schalter SW6, der zwischen dem Signalsyntheseabschnitt 18 und dem Vibrator 6 vorgesehen ist.
Anschließend wird die Funktionsweise des tragbaren Telephons 400 beschrieben. Die Antenne 14 empfängt ein ankommendes Anrufsignal von einem Sender eines anderen tragbaren Telephons (das nicht gezeigt ist). Das ankommende Anrufsignal enthält ein Empfangssignal, um den Benutzer über den ankommenden Anruf zu benachrichtigen, und ein Sprachsignal von dem Anrufer. Der Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 verarbeitet das ankommende Anrufsignal und erzeugt Signale K1, K2 und K3 in Reaktion auf das Empfangssignal, um den Benutzer über den ankommenden Anruf zu benachrichtigen. Wenn die Signale K1, K2 und K3 erzeugt wurden, werden die Schalter SW4, SW5 und SW6 in Reaktion auf die Signale K1, K2 bzw. K3 eingeschaltet/ausgeschaltet.
Wenn die Signale K1, K2 und K3 ein Aus-Signal, ein Ein-Signal bzw. ein Ein-Signal sind, werden die Schalter SW4, SW5 und SW6 dementsprechend ausgeschaltet, eingeschaltet bzw. eingeschaltet, wodurch ein Vibrationssignal von dem Generator 16 für elektrische Signale in den Signalsyntheseabschnitt 18 eingegeben wird, wohingegen das Signal von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 durch den Schalter SW4 angehalten wird. Dadurch legt der Signalsyntheseabschnitt 18 das Vibrationssignal von dem Generator 16 für elektrische Signale an den Vibrator 6 an.
Das Vibrationssignal bewirkt, dass der Magnetkreisabschnitt des Vibrators 6, der durch die nicht lineare Aufhängung getragen wird, vibriert, wodurch das tragbare Telephon 400 vibriert. Somit funktioniert der Vibrator 6 als ein Vibrator zum Erzeugen eines Vibrationsalarmsignals.
Wenn die Signale K1, K2 und K3 ein Ein-Signal, ein Aus-Signal bzw. ein Ein-Signal sind, werden die Schalter SW4, SW5 und SW6 dementsprechend eingeschaltet, ausgeschaltet bzw. eingeschaltet, wodurch ein akustisches Signal von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 in den Signalsyntheseabschnitt 18 eingegeben wird, wohingegen das Signal von dem Generator 16 für elektrische Signale durch den Schalter SW5 angehalten wird. Somit legt der Signalsyntheseabschnitt 18 das akustische Signal von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 an den Vibrator 6 an. Dabei funktioniert der Vibrator 6 als ein Lautsprecher zum Wiedergeben eines akustischen Signals. Der Vibrator 6 funktioniert im Einzelnen als Klingeltongenerator, Empfänger oder Lautsprecher.
Wenn alle Signale K1, K2 und K3 Ein-Signale sind, werden die Schalter SW4, SW5 und SW5 alle eingeschaltet, wodurch ein akustisches Signal von dem Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt 17 und ein Vibrationssignal von dem Generator 16 für elektrische Signale gleichzeitig in den Signalsyntheseabschnitt 18 eingegeben werden, der dann das akustische Signal und das Vibrationssignal synthetisiert, um ein synthetisiertes Signal zu erzeugen, das an den Vibrator 6 angelegt wird. Somit kann der Vibrator sowohl eine Vibration als auch einen Klang erzeugen, um den Benutzer über einen ankommenden Anruf zu benachrichtigen. Wenn der Benutzer einen Anruf von einem zweiten Anrufer empfängt, während er mit einem ersten Anrufer spricht, kann der Vibrator 6 alternativ den Benutzer mit einer Vibration über den ankommenden Anruf von dem zweiten Anrufer benachrichtigen. Eine derartige Vibration stellt keine Störung mit der Sprache von dem ersten Anrufer dar. Es ist somit möglich, ein tragbares Endgerät zu realisieren, das einen zweiten Anruf empfangen kann, während der Benutzer bereits einen Anruf tätigt, ohne die Klangqualität während des Anrufs zu verschlechtern.
In den obigen Ausführungsformen 1–5 ist der Vibrator 6 ein elektrokinetischer Wandler, der eine magnetische Kraft verwendet, die in einer Schwingspule erzeugt wird, die in ein Magnetfeld eingesetzt ist. Der Vibrator 6 kann alternativ ein piezoelektrischer Wandler, ein elektromagnetischer Wandler oder dergleichen sein, solange der Wandler nicht lineare Vibrationskraftkennlinien wie die oben Beschriebenen bereitstellen kann.
Wie oben beschrieben wurde, enthält der elektrisch-mechanisch-akustische Wandler der vorliegenden Erfindung einen Vibrator, der eine nicht lineare Aufhängung enthält, um eine große Vibrationskraft in einem breiten Frequenzband zu erhalten. Auch wenn eine lineare Aufhängung verwendet wird, kann ein synthetisiertes Signal, das erhalten wird, indem mehrere Punktfrequenzen zusammen addiert werden, eingegeben werden, so dass es möglich ist, wesentliche Änderungen der Vibrationskraft infolge von Änderungen der Vibrationskennlinien des Vibrators zu eliminieren und dadurch seine Ansteuerungsschaltung zu vereinfachen, wodurch immer eine stabile Vibrationskraft erhalten werden kann. Deswegen kann der elektrisch-mechanisch-akustische Wandler der vorliegenden Erfindung in einem tragbaren Telephon verwendet werden, um den Leistungsverbrauch zu verringern, während die Schaltungskonfiguration vereinfacht wird, um dadurch die Größe und das Gewicht des tragbaren Telephons zu verringern.
Verschiedene weitere Modifikationen werden einem Fachmann erscheinen und können durch diesen, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen, leicht realisiert werden.

Claims

Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler, der umfasst: einen Vibrator (16), der ein mechanisches Vibrationssystem besitzt, das bei einer Resonanzfrequenz in Resonanz tritt; und eine Ansteuerungsschaltung (7; 16), um den Vibrator (6) anzusteuern, wobei: die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie wenigstens zwei Signale mit unterschiedlichen Frequenzen, die in einem Frequenzbereich enthalten sind, der die Resonanzfrequenz enthält, zusammen addiert, um so ein synthetisiertes Signal zu erhalten und um das synthetisierte Signal an den Vibrator (6) auszugeben; und der Vibrator (6) so beschaffen ist, dass er ein elektrisches Signal in einen Ton und/oder eine Vibration umsetzt.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie die wenigstens zwei Signale, die ein erstes Signal mit einer Frequenz, die niedriger als die Resonanzfrequenz ist, und ein zweites Signal, mit einer Frequenz, die höher als die Resonanzfrequenz ist, umfassen, erzeugt.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie die wenigstens zwei Signale, die ein erstes Signal und ein zweites Signal umfassen, erzeugt; und die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie das erste Signal und das zweite Signal zusammen addiert, um so ein synthetisiertes Signal zu erhalten und um das synthetisierte Signal an den Vibrator (6) auszugeben.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie die wenigstens zwei Signale, die ein erstes Signal und ein zweites Signal umfassen, erzeugt; und das erste Signal und/oder das zweite Signal ein Sinuswellensignal enthält.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie die wenigstens zwei Signale, die ein erstes Signal und ein zweites Signal umfassen, erzeugt; und das erste Signal und/oder das zweite Signal ein Rechteckwellensignal enthält.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, der ferner einen Begrenzer umfasst, um eine Spitzenausgangsspannung des synthetisierten Signals zu begrenzen.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie mehrere Gruppen von Frequenzsignalen synthetisiert, um so das synthetisierte Signal zu erhalten, das ein Sinuswellensignal ist, wobei jede Gruppe ein erstes Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz und ein zweites Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz enthält, wobei das erste Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz gegenphasig synthetisiert wird und das zweite Paar von Signalen mit benachbarter Frequenz gleichphasig synthetisiert wird.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem der Vibrator (6) einen Magnetkreisabschnitt und wenigstens eine Aufhängung enthält.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 8, bei dem die Aufhängung eine lineare Aufhängung umfasst.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem die Ansteuerungsschaltung ein Generator (7–16) für elektrische Signale ist, der so beschalten ist, dass er ein Frequenzsignal für eine Vibration oder ein elektrisch-akustisches Signal für einen Ton erzeugt.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie das erste Signal und das zweite Signal zusammen addiert, während sie eine Phase des ersten Signals und eine Phase des zweiten Signals relativ zueinander verschiebt, um so ein synthetisiertes Signal zu erhalten und um das synthetisierte Signal an den Vibrator (6) auszugeben.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (6; 17) so beschaffen ist, dass sie das erste Signal und/oder das zweite Signal, die ein Sinuswellensignal enthalten, erzeugt.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (7; 17) so beschaffen ist, dass sie das erste Signal und/oder das zweite Signal, die ein Rechteckwellensignal enthalten, erzeugt.
Elektrisch-mechanisch-akustischer Wandler nach Anspruch 2, bei dem: die Ansteuerungsschaltung (7; 16) so beschaffen ist, dass sie das synthetisierte Signal wahlweise ändert, indem sie die Frequenz des ersten Signals und/oder die Frequenz des zweiten Signals und/oder ein Frequenzintervall zwischen der Frequenz des ersten Signals und der Frequenz des zweiten Signals und/oder die Phase des ersten Signals und/oder die Phase des zweiten Signals und/oder den Spannungspegel des ersten Signals und/oder den Spannungspegel des zweiten Signals ändert.
Tragbares Endgerät, das umfasst: einen elektrisch-mechanisch-akustischen Wandler nach Anspruch 1; eine Antenne, um ein ankommendes Anrufsignal zu empfangen; und einen Empfangssignal-Verarbeitungsabschnitt, um das ankommende Anrufsignal zu verarbeiten, um an den Vibrator ein elektrisches Signal auszugeben.