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Vorrichtung zur Messung von Schallenergie oder diese beeinflussenden Grössen.
Im Stammpatent ist eine Vorrichtung zur Messung von Schallenergie oder diese beeinflussender Grössen vorgeschlagen worden, bei der Düsen benutzt werden, die die Schallschwingung in eine Strömung verwandeln. Als Anzeigevorrichtung werden vorzugsweise mechanische Druckzeiger benutzt. Es hat sich nun ergeben, dass man die Empfindlichkeit derartiger Anzeigevorrichtungen nicht für alle Zwecke genügend steigern kann. Weiter ist z. B. auch eine Fernregistnerung nicht möglich.
Gemäss der Erfindung werden diese Mängel dadurch behoben, dass statt eines mechanischen Durchmessers ein Bolometer als Anzeigevorrichtung benutzt wird. Wird nämlich ein elektrisch geheizter bolometrischer Widerstand in dem Gebiet der Schallströmung vor der Düse angeordnet, so tritt infolge dieser Strömung eine Verminderung der Heiztemperatur des Widerstandes ein, die ein Mass für die Schallenergie oder die diese beeinfmsenden Grossen bildet. Sowohl mit Bezug auf die Form der benutzten Widerstände als auch hinsichtlich ihrer Zahl und ihrer Schaltung ergeben sich manigfaltige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes. Durch Verwendung von Widerständen aus einem Material mit hohem Temperaturkoeffizienten, z. B.
Wolfram in Verbindung mit geringer Wärmekapazität, lässt sich bei Wahl von hohen Heiztemperaturen die Empfindlichkeit einer solchen Anzeigevorrichtung ausserordentlich hoch steigern. Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung gemäss der Erfindung besteht weiter darin, dass sie keine selektive Empfindlichkeit für einzelne Frequenzen aufweist, da sie kein Organ mit ausgesprochener Eigenfrequenz besitzt. Weiter ist noch die ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Vorrichtung praktisch von grosser Bedeutung, im Gegensatz zu bekannten Methoden, z. B. solchen, bei denen Verstärkerröhren verwendet werden. Es genügt z. B. den Heizstrom auf den früheren Wert zu regeln und das Anzelge- gerät auf Null zu stellen, um genau die frühere Empfindlichkeit wieder zu erhalten.
Schliesslich ist noch die Wärmeträgheit der Anzeigevorrichtung z. B. bei Telephonprüfungen von Wichtigkeit.
Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Fig. l zeigt zunächst das Schema einer Anordnung gemäss der Erfindung. Es ist in diesem Beispiel die gewöhnliche Form einer Gleichstrommessbrücke mit den vier Widerständen 1-4, der Batterie 5 und dem Galvanometer 6 im Brückenzweig verwendet, bei der zur Verstärkung der Wirkung zwei nicht benachbarte Widerstände 2 und 3 in gleicher Weise beeinflusst werden. Sie werden gemeinsam der Wirkung der von einem Schallgeber, beispielsweise einem Telephon 7, durch eine Düse 8 erzeugten Strömung ausgesetzt. In dem Schallgeber sind die einzelnen Teile schematisch eingezeichnet, die Membran 9 und der Magnet 10 mit den Polschuhen 11, auf denen die Spulen 12 sitzen.
Eine Vorrichtung dieser Art ist verwendbar zur Reproduktion einer bestimmten Schallstärke, z. B. bei der Prüfung des Gehörs. Wird der Brüekemtrom mit Hilfe eines Regelwiderstandes 13 und eines Stromzeigers 14 für alle zu einer Versuchsreihe gehörige Messungen auf den gleichen Wert gebracht und mittels einer Regelung an einem der Brückenwiderstände, z. B. bei 15, das Galvanometer 6 bei der vom Schall unbeeinflnssten Brücke auf Null eingestellt, so gibt bei Einwirkung der Schallwellen auf die
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Um zwei verschiedene Schallgeber, z. B. Telephone, miteinander zu vergleichen, kann man sie auf nebeneinander liegende Widerstände wirken lassen. Beispielsweise könnte in Fig. 1 ein zweiter
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die Wirkungen bei Gleichheit der Schallenergien auf.
Das Verhältnis der zur Erzielung der Nullstellung den Schallgebern zuzuführenden elektrischen Energie bestimmt dann das Güteverhältnis.
Schliesslich kinn auch der Vergleich zweier. Schallgeber in der Weise ausgeführt werden, dass man die beiden Geber nacheinander auf die Brückenanordnung wirken lässt. Eine Einrichtung zu diesem Zweck ist schematisch in Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt Fig. 3 einen Querschnitt durch das Gerät. In der Mitte einer zylindrischen Hülse 16 befinden sich zwei nicht benachbarte Widerstände 2 und 3 einer Brückenschaltung, die von den Schallgeber beeinflusst werden sollen. Die andern Widerstände der Schaltung 1 und 4 sind ausserhalb der Hülse 16 angeordnet.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der Widerstände in Ansicht von oben, etwa entsprechend einem Schnitt nach der Linie AB in Fig. 2
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zeiger 14. Oberhalb und unterhalb der Widerstandsanordnungen befinden sich in der Hülse 16 zwei auswechselbare Blättchen 17 und 18 mit feinen Öffnungen in der Mitte, die düsenartig wirken. Oberhalb und unterhalb dieser Blättchen ist die Hülse 16 zum Einsetzen von zwei Schallgeber 7 und 7'eingerichtet. Da die Anordnung völlig symmetrisch ist, kann man durch Verschiebung der Einsätze gegen die Widerstände die Temperaturverminderung der Widerstände 2, 3 so regeln, dass bei Einsetzung von zwei Schallgebern jeder von ihnen für sich allein erregt im Galvanometer denselben Ausschlag hervorruft.
Man kann diese Anordnung z. B. zum Vergleichen von Telephonen mit einem Normaltelephon benutzen. Gegebenenfalls kann man auch beide Schallgeber in symmetrischer Anordnung der sehalleitenden Verbindung auf eine gemeinsame Düse arbeiten lassen. Die Düse wird dann zweckmässig unterhalb der zu beeinflussenden Widerstände angeordnet.
Die Prüfung der Telephone in dieser Weise lässt sich aber nicht auf das ganze Gerät anwenden, sondern es können auch beliebige Teile der Telephone, z. B. Membranen oder Magnete, für sich geprüft werden. Man kann beispielsweise denselben Normalmagnet der Reihe nach mit den zu vergleichenden Membranen versehen und bei gleichbleibender Erregung die erhaltenen Schallstärken vergleichen. Ebenso
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Schallgeber auch die den Telephonen zugehörigen Schallerreger zu prüfen, z. B. eine Reihe von Mikrophonen, indem man diese nacheinander mit einem Normaltelephon 7[' zusammenschaltet.
Bei allen diesen Anordnungen muss die Frequenz der Schallenergie oder der diese beeinflussenden Grössen konstant gehalten werden. Die Schallgeber ergeben bei gleich starker Erregung und verschiedener Frequenz im allgemeinen verschieden grosse Schallstärke. Es ist bereits vorgeschlagen worden, diesen Umstand zu benutzen, um aus der Schallstärke Rückschlüsse auf Schwankungen der Frequenz zu machen.
Eine solche Einrichtung, die als Frequenzmesser und -relais benutzt werden kann, lässt sich ebenfalls vorteilhaft mit einer bolometrischen Anzeigevorrichtung verbinden.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung des Schallgebers zum Gebrauch als Frequenzrelais, bei der ein weiterer Vorzug der Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Geltung kommt, nämlich die Trägheit der Einstellung, die nicht nur durch die Trägheit der beweglichen Teile des Anzeige- gerätes, sondern auch durch die Wärmeträgheit der Widerstände bedingt ist. Der Geber enthält als schwingendes Organ eine Blattfeder 24, die an irgendeinem festen Teil der Maschine, z. B. dem Lager 25, angebracht ist. Die Blattfeder ist auf diejenige Frequenz abgestimmt, bei der das Relais ansprechen soll.
Sobald diese eintritt, wächst die Amplitude der Feder bis zum Anschlagen an eine Membrane 9, von der Schallwelle durch die Düse 8, z. B. zu den Widerständen 2, 3 der Brückens. ehaltung nach Fig. 1, geleitet werden. Infolge der Trägheit der Einstellung bekommt man beim Ausschlag des Gerätes im Brückenzweig einen guten Kontakt, gleichviel, wie unregelmässig der Anschlag der Feder an-der Membrane erfolgen mag. Für den Anschluss eines Relais gewährt die Brückenanordnung weiter noch den Vorteil, dass sie verhältnismässig grosse Energien aufzunehmen vermag, so dass auch in dem Kontakt gebenden Gerät eine nennenswerte Energiemenge zur Wirkung gebracht werden kann.
Im Falle der Prüfung von Telephonen, Mikrophonen und sonstigen Apparaten, bei denen eine stärkere Frequenzabhängigkeit der Wirkung vorhanden ist, ist es zweckmässig, den Vergleich nicht bei einer konstanten erregenden Frequenz vorzunehmen, sondern den erregenden Wechselstrom in seiner Frequenz innerhalb eines bestimmten Gebietes periodisch schwanken zu lassen. Infolge der Wärmeträgheit des Bolometers kommt auch bei Anwendung einer schwankenden Frequenz und hiedurch hervor- gerufener schwankender Schallintensität ein konstanter Aussehlag des Galvanometers zustande, da das Bolometer über den ganzen Frequenzbereich hinwegintegriert.
Eine derartig eingerichtete Prüf- einrichtung, z. B. zur Untersuchung von Telephonen, trägt unmittelbar der Güte der Lautwiedergabe
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Resonanzkurve besitzt, eine ausreichende mittlere Energie voraussetzt, während ein Telephon von ausserordentlich hoher selektiver Empfindlichkeit schlecht abschneidet, da die Fläche seiner sehr schmalen Resonanzkurve zu klein ist.
Eine solche Einrichtung ist für die Praxis auch deswegen von Bedeutung,
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da bei technischen Apparaten ein und desselben Modells Unterschiede in der Lage der Eigenschwingungen unvermeidbar sind, so dass ein Gütevergleich solcher Apparate mit einer einzigen erregenden Frequenz unmöglich ist, da diese Frequenz zufällig mit dem Eigenton des einen Apparates zusammenfallen könnte, während der zu vergleichende Apparat in diesem Punkt unter Umständen eine Minimalempfindlichkeit besitzen könnte, so dass die Telephone bei der Messung ganz verschiedene Werte ergeben würde, ohne dass ihre Güte verschieden zu sein brauchte.
Die Anwendung eines schwankenden Wechselstromes setzt natürlich eine Messapparatur voraus, die wie das DÜ3enbolometer keine selektive Frequenzempfindlichkeit besitzt. Zweckmässig wird ein regelmässiges Schwanken der Frequenz innerhalb der gewünschten Grenze,
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sprechenden Grenzwerten stetig und periodisch, z. B. durch Maschinenantrieb, seinen Wert ändert.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel eines solchen Variators. Er besteht aus
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vier Teile 21 der Selbstinduktionsspule befinden. Der Kern 19 ist fest angeordnet, der Kern 20 ist auf einer Achse befestigt, durch deren Drehung seine Lage gegen den festen Kern periodisch derart geändert wird, dass die Selbstinduktion der hintereinander geschalteten Spulen 21 des festen und des beweglichen Kernes in bestimmten Grenzen schwankt. Man kann diese Grenzen variieren, indem man den beweglichen Kern in Richtung der Drehachse verschiebt, d. h. in der Figur seine Höhenlage ändert. Durch die Höhenverstellung des Variators kann man den Frequenzbereich eines den Variator enthaltenden Schwingungkreis verschieden gross machen, wodurch der Frequenzbereich des Schallgebers in bekannter Weise zu regeln ist.
Als Antriebsvorrichtung für den beweglichen Teil wird ein Motor 23 benutzt. Infolge seiner erheblichen Trägheit gibt das Anzeigegerät gemäss der Erfindung, wenn die Frequenz innerhalb fester Grenzen regelmässig schwankt, einen konstanten Ausschlag, der die mittlere Schallstärke in dem Frequenzbereich anzeigt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung von Schallenergie oder diese beeinflussenden Grössen nach Patent Nr. 99856, dadurch gekennzeichnet, dass die unter dem Einfluss der Schallströmung erfolgende Temperatur- änderung eines elektrischen Heizwiderstandes als Mass für die Stärke der Schallenergie benutzt wird.