DE102018006558A1

DE102018006558A1 - Tonsignalanlage uncl Verfahren zur Erzeugung eines niederfrequenten Signaltons

Info

Publication number: DE102018006558A1
Application number: DE102018006558.9A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Speller; Frank Gelze
Original assignee: HAENSCH WARNSYSTEME GmbH; Hansch Warnsysteme GmbH
Current assignee: HAENSCH WARNSYSTEME GmbH; Hansch Warnsysteme GmbH
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Es ist bekannt, dass der Schalldruck, insbesondere für tiefere Töne, mit der Größe der Lautsprecher variiert. Durch Reduzierung der Größe der Lautsprecher für den Einbau in beispielsweise einem Motorraum eines Fahrzeugs, verringert sich auch der Schalldruck für tiefe Töne. Die Erfindung schafft eine Tonsignalanlage und ein Verfahren mit dem es möglich ist auch bei einem reduzierten Einbauraum niederfrequente Töne zu erzeugen, die einen ausreichend hohen Schalldruck aufweisen. Das wird dadurch erreicht, dass die Anlage mindestens zwei getrennte Tonfrequenzgeneratoren aufweist zur Erzeugung jeweils eines Tones, deren Überlagerung zu einem niederfrequenten Ton (19) mit einem hohen Schalldruck führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tonsignalanlage für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines niederfrequenten Signaltons, insbesondere eines Sondersignaltons, mit einer Tonsignalanlage eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Fahrzeuge, insbesondere Sonderfahrzeuge, wie Rettungs- oder Bergungsfahrzeuge, Polizeifahrzeuge sowie sonstige Einsatzfahrzeuge, nutzen Tonsignalanlagen bzw. Sondersignalanlagen, mit denen Tonsignale abgestrahlt werden können, um ein eventuell dringenden Einsatz für Außenstehende kenntlich zu machen. Bekannte Tonsignalanlagen weisen dabei üblicherweise einen Tonfrequenzgenerator auf, der zusammen mit einem Verstärker und einem Lautsprecher die hinlänglich bekannten Einsatztöne erzeugt. Die durch den Tonfrequenzgenerator erzeugten elektronischen Signale werden durch mindestens einen Verstärker verstärkt und anschließend in verstärkter Form an einen Lautsprecher weitergeleitet, durch den das akustische Signal abgestrahlt wird.
Derartige Tonsignalanlagen werden oftmals auf dem Dach der angesprochenen Fahrzeuge befestigt. Neben der Installation der Tonsignalanlagen auf dem Dach wird jedoch auch die Installation beispielsweise im Motorraum des Fahrzeuges angestrebt. Da, anders als auf dem Dach des Fahrzeuges, im Motorraum oder in sonstigen zumindest weitestgehend geschlossenen Räumen des Fahrzeugs der Platz begrenzt ist, müssen die Tonsignalanlagen und insbesondere die Lautsprecher entsprechend dimensioniert werden.
Es ist bekannt, dass der Schalldruck, insbesondere für tiefere Töne, mit der Größe der Lautsprecher variiert. Durch Reduzierung der Größe der Lautsprecher, für den Einbau in beispielsweise einem Motorraum eines Fahrzeugs, verringert sich auch der Schalldruck für insbesondere tiefe Töne. Diese Reduzierung des Schalldrucks führt dazu, dass die Reichweite bzw. die „Hörweite“ der Signale abnimmt. Eine Tonsignalanlage bzw. ein Lautsprecher zum Einbau in einem stark eingeschränkten Raum bzw. im Motorraum eines Fahrzeuges kann somit eine kritische Größe nicht unterschreiten, damit der Schalldruck für tiefe bzw. niederfrequente Töne nicht die Normwerte für eine Zulassung unterschreiten.
Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Tonsignalanlage sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines niederfrequenten Signaltons anzugeben, das es ermöglicht auch bei einem reduzierten Raum zum Einbau der Tonsignalanlage niederfrequente Töne zu erzeugen, die einen ausreichend hohen Schalldruck aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Tonsignalanlage gemäß Anspruch 1. Demnach ist es vorgesehen, dass die Anlage mindestens zwei getrennte Tonfrequenzgeneratoren aufweist mit jeweils einem Verstärker und einem Lautsprecher zur Erzeugung jeweils eines Tones. Jeder Ton wird dabei durch einen eigenen unabhängigen Kanal erzeugt. Die beiden gleichzeitig durch die beiden Tonfrequenzgeneratoren erzeugten Töne unterscheiden sich in ihren Frequenzen, insbesondere Grundfrequenzen, nur geringfügig. Durch die aus dem geringen Unterschied der beiden Frequenzen resultierende akustische Schwebung wird ein niederfrequenter Ton erzeugt, dessen Frequenz geringer ist als die beiden Frequenzen. Durch die Verwendung von mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren mit mindestens einem Verstärker und jeweils einem Lautsprecher wird somit trotz reduziertem Einbauraum ein niederfrequenter Signalton mit einem hohen Schalldruck erzeugt.
Vorzugsweise kann es sich bei den mindestens zwei Lautsprechern um Hörner oder um Druckkammerlautsprecher handeln. Durch diese Art von Lautsprecher wird ein besonders hoher Schalldruck erzeugt, und zwar, wenigstens über einen gewissen Frequenzbereich, auch für niederfrequente Töne. Sowohl die Hörner als auch die Druckkammerlautsprecher sind derart zu dimensionieren, dass sie die zur Verfügung stehenden Räume wenigstens nahezu vollständig ausfüllen.
Die Tonsignalanlage bzw. die mindestens zwei Lautsprecher können an nahezu beliebigen Positionen in dem Fahrzeug verbaut werden. Somit lassen sie sich genau in die Räume, beispielsweise eines Motors, setzen, die ausreichend groß sind. Es ist nicht notwendig, dass die Lautsprecher direkt nebeneinander positioniert in dem Motorraum angeordnet sind. Dadurch ist eine besonders große Flexibilität bei der Installation der Tonsignalanlage in verschiedenen Motorräumen gegeben.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass die Tonfrequenzgeneratoren mehrere Endstufen aufweisen. Durch die mehreren Endstufen und ggf. mehreren Lautsprecher, können verschiedene Töne verstärkt in unterschiedlichen Amplituden bzw. Lautstärken oder Schalldrücken erzeugt werden.
Ein Verfahren zur eingangs genannten Aufgabe weist die Maßnahmen des Anspruchs 3 auf. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht es vor, dass durch mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren mit jeweils mindestens einem Verstärker und jeweils mindestens einem Lautsprecher ein niederfrequenter Signalton erzeugt wird, der sich aus der Überlagerung der beiden Töne einer ersten und einer zweiten Frequenz, insbesondere Grundfrequenz, als Schwebung ergibt. Durch die gezielte Erzeugung einer Schwebung bzw. einer Überlagerung der beiden Töne kann genau der Ton erzeugt werden, der für den entsprechenden gewünschten Signalton erforderlich ist. Durch die Überlagerung der beiden höherfrequenten Signaltöne kann ein ausreichender Schalldruck erzeugt werden. Durch diese Überlagerung ist es somit möglich, die Dimension der Tonsignalanlage und insbesondere der Lautsprecher zu reduzieren und gleichzeitig in einer entsprechenden Entfernung von der Anlage noch einen ausreichend hohen Schalldruck für das niederfrequente Tonsignal zu erzeugen. Der Signalton wird dabei durch eine Schwebung erzeugt, die aus einer Phasendifferenz und/oder einer Differenz der beiden Frequenzen der mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren resultiert.
Durch Variation der beiden durch die Tonfrequenzgeneratoren erzeugten Frequenzen, insbesondere Grundfrequenzen, lässt sich eine Schwebung bzw. ein niederfrequenter Signalton mit einer bestimmten Frequenz erzeugen. Je nach Anforderungen bzw. Art des gewünschten niederfrequenten Signaltons kann sowohl die erste Frequenz als auch die zweite Frequenz zu höheren oder niedrigeren Frequenzen verschoben werden. Durch eine Verstärkung der Amplitude bzw. des Schalldrucks eines Tons wird entsprechend auch die Amplitude bzw. der Schalldruck der erzeugten Schwebung erhöht. Mit dem beschriebenen Verfahren können somit nicht nur höherfrequente Signale mit einem ausreichenden Schalldruck erzeugt werden, sondern auch niederfrequente Frequenzen, die auch aus größeren Entfernungen hörbar sind. Die Schwebung bzw. die Schwebungsfrequenzen reduzieren die statischen Interferenzen, die durch Reflexionen und/oder durch die Verwendung mehrerer Lautsprecher hervorgerufen werden könnten, und können durch deren niederfrequenten Schwingungen die Erhöhung der Warnwirkung bezogen auf die Entfernung deutlich vergrößern. Durch eine dynamische Veränderung der Schwebungsfrequenzen kann die Warnwirkung des Signals noch weiter erhöht werden.
Außerdem kann es vorgesehen sein, dass für die Erzeugung des niederfrequenten Sondersignaltons Residualtöne verwendet werden, vorzugsweise dass durch die mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren nur Residualtöne erzeugt werden. Durch die aus der Superposition resultierende Schwebung könnten die eigentlichen Grundtöne des Sondersignaltons erzeugt werden. Durch eine dynamische Veränderung der Residualtöne kann eine Modulation der Schwebung erzeugt bzw. genutzt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel kann es außerdem vorsehen, dass die Frequenzen und/oder die Phasendifferenz der mindestens zwei Frequenzen periodisch und unabhängig voneinander verändert werden, sodass sich die Differenzen der Frequenzen und somit die Frequenz der resultierenden Schwebung entsprechend periodisch verändert, wobei die Variation der Frequenzen und/oder der Phasendifferenz insbesondere mitläufig, gegenläufig, synchron oder asynchron verändert werden. Die Frequenzen der beiden Töne können entweder direkt von einer Bedienperson über eine Steuereinheit eingestellt werden oder in der Steuereinrichtung sind die entsprechenden Frequenzen und Amplituden der beiden Töne vorgegeben und abgespeichert zum Erzeugen eines anzuwählenden niederfrequenten Tons. Auf Knopfdruck können somit durch eine Bedienperson Töne mit verschiedenen Frequenzen und Schalldrücken erzeugt werden. Gleichermaßen können über die Steuereinrichtung verschiedene Signalabläufe bzw. Fanfaren abgespielt werden. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass die akustischen Signaltöne direkt mit Lichtsignalen gekoppelt sind, die sich auf eine den Tönen entsprechenden Art und Weise in ihrer Helligkeit und/oder Farbe verändern.
Außerdem ist es denkbar, dass Töne bzw. Frequenzen mit einer Integrationszeit von 5 ms bis 50 ms, vorzugsweise 7 ms bis 20 ms, insbesondere 10 ms erzeugt werden, um eine Änderung der Frequenzgruppen hervorzurufen. Dies lässt sich insbesondere durch das Unterspielen von Tönen mit der genannten Integrationszeit realisieren. Die Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass Töne bzw. Frequenzen mit einer Integrationszeit von 20 ms bis 150 ms, vorzugsweise 30 ms bis 120 ms, insbesondere 50 ms bis 100 ms, erzeugt werden, um eine Erhöhung des Schalldrucks zu erzielen. Es können auch Töne bzw. Frequenzen mit einer Integrationszeit von 20 ms bis 150 ms, vorzugsweise 30 ms bis 120 ms, insbesondere 50 ms bis 100 ms, erzeugt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tonsignalanlage wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs,
2 eine Darstellung eines Tons mit einer ersten Frequenz,
3 eine Darstellung eines weiteren Tons mit einer zweiten Frequenz, und
4 eine Darstellung einer aus der ersten und der zweiten Frequenz resultierenden Schwebung.

In 1 ist beispielhaft für Sonderfahrzeuge jeglicher Art eine Frontansicht eines Fahrzeugs 10 dargestellt. Die hier beschriebene Tonsignalanlage ist in engen Räumen mit einem beschränkten Raumvolumen anzubringen. So wird diese Tonsignalanlage bevorzugt im Motorraum des Fahrzeugs 10 angebracht. In der 1 sind für eine bessere Veranschaulichung zwei Lautsprecher 11, 12 im Bereich des Kühlers 13 angeordnet. Erfindungsgemäß sind jedoch auch Lautsprecher bzw. Tonfrequenzgeneratoren für die Erzeugung Sondersignals einsetzbar. Allerdings sind diese Lautsprecher 11, 12 der Tonsignalanlage erfindungsgemäß nicht außen sondern im Motorraum, d. h. hinter dem Kühler 13 angeordnet. Nur der Darstellung halber sind die Lautsprecher 11, 12 in der 1 sichtbar. Für gewöhnlich sind die Lautsprecher 11, 12 nicht sichtbar. Es ist aber auch möglich, dass die Lautsprecher 11, 12 bzw. die Tonsignalanlagen nicht im Motorraum angeordnet sind sondern an einer anderen geeigneten Stelle des Fahrzeuges 10.
Jedem Lautsprecher 11, 12 der Tonsignalanlagen ist ein nicht dargestellter Tonfrequenzgenerator zugeordnet. Die Tonfrequenzgeneratoren erzeugen Töne einer bestimmten Frequenz. Dafür können die Tonfrequenzgeneratoren mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit derart eingestellt werden, dass sie entweder einen bestimmten Ton, eine Tonabfolge oder eine Fanfare oder dergleichen erzeugen. Die durch die Tonfrequenzgeneratoren erzeugten elektrischen, insbesondere digitalen, Signale werden durch mindestens einen Verstärker bzw. durch mindestens eine Endstufe verstärkt und in getrennten Kanälen den Lautsprechern 11, 12 zur Erzeugung des akustischen Tonsignals zugeführt. Dabei können die Lautsprecher 11, 12 und die entsprechenden Tonfrequenzgeneratoren an verschiedenen Positionen des Fahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise könnten die Tonfrequenzgeneratoren der Tonsignalanlagen sich im Fahrerraum befinden, während die Lautsprecher 11, 12 im Motorraum positioniert sind. Gleichermaßen ist es denkbar, dass die Lautsprecher 11, 12 beispielsweise in den Außenspiegeln 14, 15 integriert sind.
Zur Erzeugung eines niederfrequenten Tons mit einem ausreichend großen Schalldruck wird durch die Tonsignalanlage bzw. durch die beiden Tonfrequenzgeneratoren zunächst, wie in den 2 und 3 dargestellt, ein Ton einer ersten Frequenz 16 bzw. Grundfrequenz (2) und ein Ton einer zweiten Frequenz 17 bzw. Grundfrequenz (3) erzeugt. In den 2 und 3 sind über die Zeit die variierenden Amplituden A der elektrischen Signale dargestellt, die durch die Verstärker und die Lautsprecher direkt in akustische Signale bzw. Wellen umgewandelt werden mit der gleichen Frequenz. Die Einheiten der Achsen sind willkürlich festgelegt. Die Frequenz bzw. die Wellenlänge des Tons bzw. des akustischen Signals mit der ersten Frequenz 16 unterscheidet sich geringfügig von der Frequenz bzw. von der Wellenlänge des Tons bzw. des akustischen Signals mit der zweiten Frequenz 17. Die in der 2 dargestellte erste Frequenz 16 ist geringfügig geringer als die in der 3 dargestellte zweite Frequenz 17. Durch die Überlagerung dieser beiden durch die Tonsignalanlage erzeugten Töne der ersten Frequenz 16 und der zweiten Frequenz 17 wird eine Schwebung 18 erzeugt (4). Diese Schwebung 18 ist die Einhüllende des durch Interferenz aus den beiden Frequenzen 16 und 17 erzeugten Tons 19. Die Frequenz der Schwebung 18 entspricht gerade der Hälfte der Differenz der zweiten Frequenz 17 und der ersten Frequenz 16. Dadurch wird durch die Überlagerung zweier Frequenzen 16, 17 ein niederfrequenter Ton erzeugt mit einem Schalldruck, der den normierten Anforderungen an Sondersignalen entspricht.
Durch Variation der Frequenzen der Töne sowie der Amplituden A können verschiedene Frequenzen bzw. Tonmuster für die Schwebung erzeugt werden, sodass nicht nur ein niederfrequenter Ton einer konstanten Frequenz erzeugt werden kann, sondern vielmehr auch verschiedene Töne bzw. ein variierendes Signal wie eine Fanfare.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
11: Lautsprecher
12: Lautsprecher
13: Kühler
14: Außenspiegel
15: Außenspiegel
16: erste Frequenz
17: zweite Frequenz
18: Schwebung
19: Ton

Claims

Tonsignalanlage für Fahrzeuge (10), insbesondere Sonderfahrzeuge wie Rettungs- oder Bergungsfahrzeuge, Polizeifahrzeuge oder sonstige Einsatzfahrzeuge, zur Erzeugung eines niederfrequenten Sondersignaltons mit einem Tonfrequenzgenerator, mit einem Verstärker und einem Lautsprechern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei getrennte Lautsprecher (11, 12) jeweils mit mindestens einem Verstärker und jeweils einem Tonfrequenzgenerator verbunden sind, wobei die mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren gleichzeitig jeweils einen Ton erzeugen, nämlich einen Ton mit einer ersten Frequenz (16) und einen Ton mit einer zweiten Frequenz (17) und eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Frequenz (16, 17) und/oder ein Phasenunterschied zwischen den Frequenzen (16, 17) klein ist, so dass eine Frequenz einer resultierenden Schwebung (18) geringer ist als die erste und zweite Frequenz (16, 17), aber wenigstens einen ähnlichen Schalldruck aufweist, wie die Töne mit der ersten und zweiten Frequenz (16, 17).
Tonsignalanlage für Fahrzeuge (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Lautsprecher (11, 12) als Hörner oder als Druckkammerlautsprecher ausgebildet sind, die an verschiedenen Positionen in einem Motorraum des Fahrzeugs (10) anbaubar sind
Verfahren zur Erzeugung eines niederfrequenten Sondersignaltons mit einer Tonsignalanlage eines Fahrzeugs (10), insbesondere eines Sonderfahrzeugs wie ein Rettungs- oder Bergungsfahrzeug, ein Polizeifahrzeug oder ein sonstiges Einsatzfahrzeug, wobei der Signalton durch einen Tonfrequenzgenerator, einen Verstärker und einen Lautsprecher erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der niederfrequente Sondersignalton durch eine Schwebung (18) aus mindestens zwei Tönen mit einer Phasendifferenz und/oder sich geringfügig unterscheidenden Frequenzen, nämlich einer ersten Frequenz (16) und einer zweiten Frequenz (17), erzeugt wird und wobei diese Töne durch jeweils einen Tonfrequenzgeneratoren, der mit mindestens einem Verstärker und mit jeweils einem Lautsprechern (11, 12) verbunden ist, erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Überlagerung der mindestens zwei Frequenzen (16, 17) der Sondersignalton mit einer niedrigeren Frequenz und mit einem Schalldruck erzeugt wird, der sich aus dem Schalldruck der mindestens zwei Frequenzen (16, 17) zusammensetzt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung des niederfrequenten Sondersignaltons Residualtöne verwendet werden, vorzugsweise dass durch die mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren nur Residualtöne erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die mindestens zwei Tonfrequenzgeneratoren erzeugten Töne bzw. Frequenzen (16, 17) variiert werden, um einen Signalton mit einer bestimmten Frequenz zu erzeugen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Töne bzw. der Frequenzen (16, 17) soweit erhöht wird, dass eine Frequenzgruppenbreite entsteht, die von dem menschlichen Gehör nicht mehr als einzige Frequenz, sondern als zwei wahrgenommen wird, wodurch sich die Lautstärke des resultierenden Sondersignaltons erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Frequenzen (16, 17) und/oder die Phasendifferenzen der Töne zeitlich, vorzugsweise periodisch, und insbesondere unabhängig voneinander variiert werden, so dass sich die Differenzen der Frequenzen (16, 17) und somit die Frequenz der resultierenden Schwebung (18) entsprechend verändert, wobei die Variation der Frequenzen und/oder der Phasendifferenz insbesondere mitläufig, gegenläufig, synchron oder asynchron verändert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Töne bzw. Frequenzen mit einer Integrationszeit von 5 ms bis 50 ms, vorzugsweise 7 ms bis 20 ms, insbesondere 10 ms erzeugt werden, um eine Änderung der Frequenzgruppen hervorzurufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Töne bzw. Frequenzen mit einer Integrationszeit von 20 ms bis 150 ms, vorzugsweise 30 ms bis 120 ms, insbesondere 50 ms bis 100 ms, erzeugt werden, um eine Erhöhung des Schalldrucks zu erzielen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Töne bzw. Frequenzen mit einer Integrationszeit von 20 ms bis 150 ms, vorzugsweise 30 ms bis 120 ms, insbesondere 50 ms bis 100 ms, erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine dynamische Veränderung der Residualtöne eine Modulation der Schwebung erzeugt bzw. genutzt wird.