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Lautsprechtelephon.
Die Erzielung grosser Schallstärken mittels elektromagnetischer oder elektrostatischer Telephone ist besonders dann schwierig, wenn das Telephon zur Wiedergabe von musikalischen oder Sprechwechselströmen dient. Bekanntlich besitzen hiefür grössere Membranen gegenüber kleineren den Vorzug, dass sie infolge kleinerer Amplituden proportionale Wiedergabe der Ströme leichter ermöglichen. Membranen der bisherigen Verwendungsart und Grösse, deren Elastizität auf ihrer Dicke beruht, bedingen jedoch bei grösseren Durchmessern grössere Masse, wodurch stärker ausgeprägte und schwieriger abzudämpfende Eigenschwingungen auftreten.
Wenn man derartige Membranen durch parallele Platten dämpft, so genügt bei den üblichen Membranabmessungen der geringste mögliche Abstand zwischen Membran und Dämpfungsplatte nicht, um die Membran so stark zu dämpfen, d ? ss ihre Eigenschwingung nicht wesentlich mehr in Erscheinung tritt. Dieser Nachteil ist bedingt durch die verhältnismässig grosse Dicke der Membran gegenüber ihrem kleinen Durchmesser, so dass die Dämpfung einer grösseren Masse durch eine kleine Fläche erfolgen muss.
Erfindungsgemäss wird ein Membrantelephon für Lautspiechzwecke dadurch geschaffen, dass eine Telephonmembran Anwendung findet, die gegenüber normalen Ohrtelephonmembranen grösseren Durchmesser hat und radial gespannt ist. Man kann dann dünne Membranen bis zu 0 01 mm verwenden, die genügend Elastizität besitzen und besonders gedämpft sein können durch eine oder mehrere parallele Flächen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektromagnetisches Lautsprechtelephon. me ist eine Membran aus dünnem. Eisenbleeh, beispielsweise 0-05 mm oder weniger stark. Mittels des Klemmringes kr und der Schrauben ks wird sie am Rande auf der Grundplatte g festgeklemmt. In letztere ist eine Nute n
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wird. Die Membran steht dadurch unter radial wirkenden, innerhalb ihrer Festigkeitsgrenzen beliebig herstellbaren Zugkräften, die ihren elastischen Widerstand gegen die Richtung der magnetischen Zugkräfte von ma wesentlich erhöhen.
Zur Dämpfung kann an der Vorderseite der Membran eine besondere Platte angebracht werden.
Es kann dazu aber auch, wie Fig. 1 zeigt, die Grundplatte g benutzt werden, indem der Abstand zwischen dieser und der Membran genügend eng gewählt wird. Da bei der ungleichförmigen Schwingungsform der Membran, indem diese am Rande gar keine, in der Mitte die grössten Amplituden macht, bei ganz ab- geschlossenem Dämpfungsraum radiale Luftverschiebungen auftreten, die die Schwingungsfähigkeit der Membran stark beeinträchtigen, ist es zweckmässig, den Dämpfungsraum mit dem Aussenraum zu verbinden, indem z. B. in der Dämpfungsplatte entsprechende Zirkulationslöeher angebracht werden.
Derartige Membranen geben infolge ihrer grösseren Fläche die Möglichkeit, Magnetsysteme mit verbreitertem magnetischen Querschnitt. anzuwenden. Hiedurch wird einerseits das magnetische Moment erhöht, anderseits wird ein grösserer Teil der Membran in annähernd parallele Schwingungen versetzt, wodurch neben der Lautstärke auch die Dämpfungsmöglichkeit-und damit die Qualität der Wiedergabe-erheblich gefördert wird. Fig. 1 zeigt bereits ein derartiges Magnetsystem. Andere Ausführungsformen sind in den Fig. 2-5b dargestellt.
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Nach Fig. 2 sind drei voneinander unabhängige Magnete ma1, ma2 und ma3 mit den Polen N-S nebeneinander angeordnet. Die Pfeile p-p deuten den Kraftlinienfluss in der Membran an. Der magnetisch wirksame Membranquerschnitt ist also dreimal so gross, wie bei Anwendung nur eines Magneten derselben Grösse.
Gemäss Fig. 3 sind die Einzelmagnete durch die Magnetbrücke ma zu einem Magneten mit drei Nord-und drei Südpolen verbunden, die abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Infolgedessen ist der wirksame Membranquerschnitt, wie die Pfeile p-p zeigen, fünfmal so gross wie bei nur einem Magneten.
Fig. 4 zeigt die Ausführung nach Fig. 3 mit konzentrisch radialer Anordnung der Magnete. Mittels der dargestellten zwölf Polpaare ist der wirksame Membranquerschnitt auf das vierundzwanzigfache erhöht.
Fig. 5a zeigt eine andere Ausführungsform durch Anwendung eines Topfmagneten ma. Der Magnet kann durch radiale Unterteilung, wie Fig. 5b zeigt, aus einer Anzahl von Einzelmagneten bestehen, die alle durch dieselbe Spule sp mit den Wicklungen M'erregt werden können. Der Topfmagnet gestattet ferner auch die Vereinigung aller Einzelmagnete zu einem mit nur zwei Polen (Fig. 5a). Sorgfältige Unterteilung des Eisens ist in diesem Falle wesentlich, da sonst elektrische Kurzschlussringe mit grossen Wirbelstromverlusten vorhanden sind.
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Anordnungen wie die dargestellten sind anwendbar.
Die Wicklungen der einzelnen Magnete können in Reihe oder parallel oder gemischt geschaltet werden. Naturgemäss richtet sich die Wahl der Schaltung nach den elektrischen Verhältnissen der Wechselstromquelle, welche das Telephon speist. Die Vormagnetisierung kann, wie allgemein üblich, durch permanente Magnete geschehen. Beispielsweise können die einzelnen Pole aus permanenten Magneten bestehen. Die Vormagnetisierung kann aber auch durch einen konstanten Strom erfolgen, dem der Wechselstrom überlagert wird. In diesem Falle besteht die Möglichkeit, für die Magnete unterteiltes Eisen mit guten magnetischen Eigenschaften zu verwenden. Bei Speisung des Telephons durch eine Stromquelle mit pulsierendem Gleichstrom, z. B. durch ein Mikrophon oder eine Kathodenröhre kann der Mittelwert dieses Stromes zur Vormagnetisierung benutzt werden.
Das neue Membrantelephon ermöglicht die Erzielung grosser Schallstärke, wie. sie beispielsweise für den sprechenden Film oder den elektrischen Phonographen vorteilhaft ist, auch mittels elektrostatischer Telephone, Bekanntlich kann die Vergrösserung der Schallstärke bei diesen Telephonen nicht in dem Masse durch Steigerung der örtlichen Kräftewirkung erzielt werden, wie beispielsweise bei elektromagnetischen Telephonen. Denn die die statischen Kräfte bestimmenden Faktoren-Kapazität und Spannungsänderung an den Belegen-lassen sich nur bis zu einem, verhältnismässig geringe Lautstärke erzeugenden Optimum steigern.
Die weitere Steigerung dieses Optimums kann jedoch durch Vergrösserung der wirksamen Flächen erzielt werden, wozu eine analog der Fig. 1 gespannte Membran die Möglichkeit gibt. Da es sich jedoch aus Gründen der Membraneigenschwingung empfiehlt, über gewisse Membrangrössen nicht hinauszugehen, ist die Parallelschaltung solcher Telephone vorteilhaft.
Es kann dabei den Membranen der einzelnen Telephone verschiedene Eigenschwingung gegeben werden, so dass bei der Gesamtschallstärke der Telephone einzelne Eigenschwingungen sich möglichst wenig bemerkbar machen.
Die parallelgeschalteten Telephone werden vorteilhaft zu einem Apparat zusammengebaut, wie
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angeordnet, beispielsweise die Telephone 1 bis 6 um ein Telephon 7 gruppiert. Die Telephone bestehen aus den Kapazitätsplatten p1-p2 und den Membranen ! r-m7. Letztere werden durch Ringe 1'1-1'7 auf der Grundplatte g, die ganz oder teilweise aus Isolationsmaterial besteht, im richtigen Abstande von pi bis p, befestigt, Die Membranen können auch aus einem Stück bestehen und durch die Ringe in die Membranen mi-m, unterteilt werden. Um die Membranen zu spannen, ist jeder der Ringe ru mit einer Spannvorrichtung versehen, wie sie Fig. 6c zeigt. Die einzelne Membran wird mittels des Ringes r und der Klemmschrauben sk an ihrem Umfang festgeklemmt.
Der Spannring s) setzt dann durch Anziehen der Spannschrauben sp die Membranen unter radiale Zugkräfte, so dass sie genügend elastisch
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ring übertragen, wodurch ein elastischer, gleichbleibender Zug auf die Membran ausgeübt wird.
Die Spannringe für die einzelnen Membranen erübrigen sich, wenn sämtliche Membranen aus einem Stück bestehen, durch eine entsprechend grössere Spannvorrichtung gespannt und in diesem Zustand durch die Ringe r1-r1 abgeklemmt werden.
Die Fig. 7a und 7b zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welchem kreisringförmige Membranen benutzt werden, die konzentrisch ineinander angeordnet sind. Hiefür ist eine einzige, durch die Ringe r1 bis r4 ringförmig unterteilte Membran besonders zweckmässig. Die Kreisringe 1-3, sowie der mittlere
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Telephon. Fig. 7 e zeigt, wie die Ringe fi- wieder mit Membranspannvorrichtungen versehen werden können, sofern die Membran nicht im ganzen gespannt wird.
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Naturgemäss können wieder mehrere zu einem Apparat zusammengebaute Telephone parallel geschaltet werden, wobei entsprechend der vermehrten Anzahl von Einzeltelephonen eine bessere Überlappung der verschiedenen Eigenschwingungen möglich ist.
Die Ausführung nach Fig. 7 gibt besondere Möglichkeit zur Beseitigung der Schwierigkeiten, die durch die Membraneigenschwingungen entstehen, indem den Ringen unregelmässige Breite gegeben wird.
Die Fig. 8 und 9 geben Ausführungsbeispiele.
Nach Fig. 8 ist die Membran me in der Mitte beispielsweise exzentrisch gelagert, . indem die Mittel- punkte der Radien ? i und , die die festliegenden Ränder der Membran bestimmen, um den Abstand a gegeneinander verschoben sind. Die Membran erhält dadurch die Form eines Kreisringes. dl und entsprechen der kleinsten und der grössten Ringbreite. Den verschiedenen Ringbreiten entsprechend besitzt die Membran örtlich verschiedene Eigenschwingungen, die zwischen dl und i4 sich ändern. Die Membran eignet sich infolgedessen vorzugsweise zur Wiedergabe von elektrischen Wellenströmen verschiedener Frequenz, beispielsweise von sprachlichen oder musikalischen Wellenströmen.
Die Bewegung der Membran kann, wie dargestellt, elektromagnetisch durch eine Anzahl zweckmässig konzentrisch angeordneter Magnete ma erfolgen. Es kommen dabei die Ausführungen nach den Fig. 4-5b in Frage. Bei elektrostatischer Beeinflussung tritt. an die Stelle der Magnete die Kapazitätsfläche.
Zur Vergrösserung des Eigenschwingungsbereiches kann es zweckmässig sein, Telephone mit verschiedenen Eigenschwingungsbereichen parallel zu schalten. Fig. 9 zeigt, wie derartige Telephone sich zu einem vereinigen lassen, indem diese Ringmembranen erfindungsgemäss ineinander angeordnet werden.
In Fig. 9 sind beispielsweise zwei Ringmembranen met und me2 dargestellt, die durch Unterteilung der Membran mittels der Unterteilungsringe)'i, ?'s und f3 hergestellt werden. Die exzentrische Verschiebung dieser Ringe ergibt sich aus den Mittelpunkten der eingezeichneten Radien. Die Ringbreiten ändern sich
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tiefste Eigenfrequenz von mel sich an die höchste von me2 anschliesst.
Die Membranringe werden beispielsweise elektrostatisch in Schwingungen versetzt durch die KapazitätsJ1ächen Cl und C2, die mit ihren Ringbreiten zweckmässig den Membranringbreiten angepasst werden.
Die Membranringe können, wie in den Fig. 6c und 7c durch Gegendruckringe auf den Unterteilungsringen festgeklemmt werden. Bei dünnen Membranen, wie sie beispielsweise für elektrostatische Telephone erforderlich sind, empfiehlt es sich, die Gegendruekringe nicht mittels durchgehender Schrauben festzuklemmen, sondern von aussen anzudrücken.
Bei. der Anordnung nach Fig. 9 können so viele exzentrische Ringe ineinander angeordnet werden, dass der Membraneigenschwingungsbereieh von der tiefsten bis zur höchsten akustischen Frequenz sich erstreckt. Für alle Frequenzen ist dann eine Resonanzlage der Membran vorhanden, die bekanntlich die grösste Lautstärke gibt, ohne dass diese störend wirkt.
Die dargestellte Unterteilung der Membran durch exzentrische Ringe ergibt noch keine gleichförmige Änderung der Membraneigensehwingung. Die Änderung ist beispielsweise bei d ! > d2,. d3 und d4 kleiner, wie um 90 dazu versetzt. Gleichförmige Änderung ist möglich, wenn die Membranbreiten sich in peripherischer Richtung um 900 überlappen. Wenn ein Telephon zu gross wird, können beispielsweise zwei oder mehr Telephone hergestellt werden, die in ihren Membranbreiten oder Schwingungszschlen zueinander verschoben sind.
Die Ringe lassen sich hiedurch oder durch genaue Berechnung der Flächen so herstellen, dass bei allen Frequenzen annähernd gleich grosse Flächen wirksam sind, so dass Proportionalität in der Wiedergabe aller Frequenzen in einem bisher nicht möglichen Masse gewährleistet ist. Zweckmässig werden dabei die Ringe um so weiter nach aussen gelegt, je höhere Eigenfrequenz sie besitzen, da dann die Ausdehnung der Membranringe in peripherischer Richtung um so grösser wird, je geringer die Membranbreite ist.
Wird einem oder mehreren vorstehend beschriebenen elektrostatischen Telephonen die wiederzugebende elektrisch-akustische Energie über Transformatoren zugeführt, so ergibt die Selbstinduktion des Transformators in Verbindung mit der Telephonkapazität eine elektrische Eigenschwingung. Bei dieser sind Strom und Spannung des sekundären Transformator-Telephonstromes in Phase und ergeben infolgedessen den grössten Effekt im Telephon. Bei allen übrigen Frequenzen ist der Effekt geringer, u. zw. um so mehr, je weiter Eigenschwingung und zu übertragende Frequenz auseinanderliegen. Infolgedessen ergibt der akustische Frequenzbereich, ein bei Annäherung an die Transformator-Telephoneigenschwingung zunehmendes und bei Entfernung davon wieder abnehmendes Optimum der Schallstärke.
Bei Verwendung nur eines Transformators für ein oder mehrere Telephone gibt man diesem zweckmässig solche Dimensionierung, dass seine Sekundärselbstinduktion mit der angeschlossenen Kapazität eine Resonanzlage an der oberen Grenze oder oberhalb des akustischen Bereiches ergibt.
Für mehrere oder eine Anzahl parallel geschalteter Telephone lassen sich durch Anwendung mehrerer Transformatoren verschiedene Transformator-Telephoneigensehwingungen herstellen, die dann zweckmässig mit der richtigen Überlappung gegeneinander auf das akustische Frequenzgebiet verteilt
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Die Transformatoren b1, 81 bis b3,. 83 übertragen getrennt für jedes Telephon den Wechselstrom 111, wobei die Spannungsquellen e1 bis e3 die Vorspannung für Telephone herstellen. Letztere dient zur Vergrösserung der Lautstärke und zur Vermeidung von Frequenzverdopplung.
Fig. 11 zeigt eine Ausführung, wobei für. alle Telephone eine gemeinsame Vorspannung e benutzt wird.
In Fig. 12 sin d weiter sämtliche Sekundärspulen s1 bis samit nur einer Primärspule p gekoppelt. Fig.. 13 zeigt eine Ausführung mit einer Sekundärwicklung, wobei die einzelnen Sekundärspulen durch Unterteilung hergestellt werden.
Alle. Telephone können zu einem Apparat zusammengebaut sein, beispielsweise nach den Fig. 6, 7 und 9. Sofern dabei eine gemeinsame Membran verwendet wird, müssen entweder die leitenden Belegungen der Einzeltelephone oder deren Gegenplatten untereinander isoliert sein.
Die elektrischen Transformator-Tekphoneigensehwingungen können mit den mechanischen Eigenschwingungen der Membran, die mit passender Überlappung auf den akustischen Bereich verteilt sind, in Übereinstimmung gebracht werden. Infolge der doppelten Resonanz lässt sich so eine grosse Lautstärke im Telephon erzielen. Ist jedoch bei der verwendeten Anzahl von Telephonen keine genügende Überlappung der Resonanzlagen zu erreichen, so werden mechanische und elektrische Eigenschwingungen eines jeden der einzelnen Telephone zweckmässig gegeneinander verschoben, so dass beispielsweise zwischen zwei'elektrischen je eine mechanische liegt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Lautsprechtelephon, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen der parallel wirkenden Telephone aus einem, durch Ringe oder andere zweckmässige Vorrichtungen in die Einzelmembranen unterteilten Stück bestehen.