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Akustische Vorrichtung.
Die Erfindung bezieht sich auf akustische Einrichtungen und insbesondere auf einen Schallaussender, der wenigstens für einen grossen Teil des Frequenzbereiches von Sprache und Musik einen
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Gemäss der Erfindung ist eine dünne, flache Metallmembran unter ständiger Spannung gehalten und ihr Ausmass so gross gewählt, dass sie als direkter Schallaussender wirken kann, und an der Membran für ihren Antrieb zwischen ihren Trägern eine elektrodynamische Einrichtung befestigt, welche auf Wellen eines weiten Bereiches von für Sprache und Musik in Betracht kommenden Frequenzen reagiert.
Die Membran ist aus einem leichten Material hergestellt, beispielsweise aus einer Legierung, die im wesentlichen Aluminium enthält. Bei einer der in vorliegender Anmeldung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung besteht die Membran aus einer kreisförmigen'Blechplatte aus einer Aluminium-Manganlegierung von 0-05 mm Stärke und 74 em Durchmesser. Der Rand der Platte ist mit einem Metallring verbunden, dr die Platte unter einer starken Spannung hält. Die Membran wird von einer elektrodynamischen Einheit betätigt, deren Spule sehr leicht ist und vorzugsweise mit der Membran an einer Stelle in Verbindung steht, die etwas exzentrisch zur Membranmitte liegt. Hiedurch wird die Verzerrung verringert, die entsteht, wenn reflektierte Wellen die Antriebseinheit erreichen.
Es wurde gefunden, dass ein Schallausstrahler dieser Art wenigstens für einen grossen Teil des
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Wirkungsgrad besitzt. Dies ist, zum mindesten teilweise, auf die Wirkung der grossen Luftmenge zurück- zuführen, die bei niedrigen Frequenzen mit der Membran gekuppelt wird, im Vergleich mit der Wirkung der Luft bei hohen Frequenzen. Die Membran kann derart in einen Schrank eingesetzt werden, dass diese Wirkung erhöht wird. Es wurde auch gefunden, dass der Wirkungsgrad der Einrichtungen gemäss der Erfindung sehr hoch ist.
Ein zweites Merkmal der Erfindung, welches sowohl bei grossen wie bei kleinen, bei gespannten wie bei nicht gespannten Membranen vorhanden sein kann, ist, dass die Membran derart geformt wird und an einer solchen Stelle betätigt wird, dass die Schwingungswellen, die von dem festgehaltenen Rand oder von andern Teilen reflektiert werden, sich innerhalb einer oder mehrerer kleiner Flächenteile der Membran schneiden, die von dem angetriebenen Teil der Membran entfernt liegen. In diesen Flächenteilen können Mittel zur Zerstreuung der reflektierten Wellenenergie angeordnet sein. Die Membran ist zweckmässig eine kreisförmige gespannte Membran, die am Rand festgehalten und in einem Punkt ihrer Oberfläche angetrieben wird, der zwischen dem Rand und der Mitte liegt.
Eine Dämpfungseinrichtung ist vorgesehen, die symmetrisch zur Antriebseinheit und auf der andern Seite der Membranmitte liegt.
Weitere Kennzeichen der Erfindung gehen aus der Beschreibung hervor.
Die Zeichnungen zeigen einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1 zeigt perspektivisch einen Schallaussender gemäss der Erfindung. Fig. 2 ist eine Rückansieht eines Schallausstrahlers, der aus dem in der Fig. 1 dargestellten Schrank entfernt ist. Fig. 3 ist ein Schnitt nach l der Linie 33 der Fig. 2. Fig. 4 zeigt perspektivisch und in grösserem Massstabe die
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in Fig. 2 dar. Fig. 6 ist eine Rückansicht einer abgeänderten Ausführung des Schallausstrahlers. Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6. Die Fig. 8,9 und 10 zeigen teilweise im Schnitt verschiedene Ausführungsformen der Dämpfungseinrichtung, die in Verbindung mit dem'Sehallaussender nach Fig. 6 und 7 verwendet wird. Fig. 11 zeigt schematisch eine geänderte Ausführungsform der Membran gemäss der Erfindung.
In den Fig. 1-5 ist 10 eine Membran, die nach allen Richtungen unter gleichmässiger Spannung gehalten wird. Als Spannmittel für die Membran dienen der Tragrahmen 11 und der Klemmring 12, der mittels Schrauben 27 mit dem Rahmen verbunden ist. Rahmen und Ring sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches denselben Ausdehnungskoeffizienten wie das Membranmaterial hat, so dass die Spannung der Membran bei Temperaturveränderungen sich nicht ändert. Ein zweckmässiges Membranmaterial ist eine Legierung aus etwa 98'5% Aluminium und 1-5% Mangan, die auf eine Stärke von etwa 0'0025-0'05 mm ausgewalzt ist. Die obigen Zahlen sind nicht allein massgebend, Hauptsache ist, dass die Stärke weniger als 0#127 mm ist.
Eine solche Membran hat sich sehr zweckmässig gezeigt, doch können auch befriedigend wirkende Membranen aus andern Materialien hergestellt werden, die ähnliche Eigenschaften wie die obige Legierung haben. Es ist bei einem Membranmaterial von Wichtigkeit, dass die Masse desselben klein und die Zugfestigkeit gross ist, so dass die Membran, ohne dass ihre Elastizitätsgrenze überschritten wird, bis zu einer solchen Steifheit gestreckt werden kann, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Querschwingungen darin wenigstens ein Viertel der Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit der Querschwingungen gleich der Geschwindigkeit des Schalles in Luft gemacht.
Das erwähnte Material besitzt je Flächeneinheit eine geringe Masse, die bei Material von etwa 0'127mm Stärke etwa 0'35xl0-4 /cm2 und bei Material von 0-05 min Stärke etwa 0-14 x 10-4 kglee beträgt. Die dem Material innewohnende Steifheit ist sehr gering, d. h. das Material ist sehr biegsam, bevor es gestreckt wird. Die dem Material innewohnende Steifheit wurde ermittelt, indem ein Streifen des 0'127 mm dicken Materials mit einer Breite von 25#4 mm derart festgeklemmt wurde, dass ein 25'4 mm langes Stück freilag. Darauf wurde eine gleichmässig verteilte Kraft auf den Rand des Streifens gegen- über dem festgehaltenen Rand wirken gelassen und die Biegung beobachtet.
Für Kräfte innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials betrug die Steifheit etwa 0'0537 kf/cm Abbiegung. Auf Grund des geringen inneren Widerstandes dieses Materials wird praktisch keine Energie in der Membran selbst vernichtet. Der geringe innere Widerstand ist auch bei andren Metallen vorhanden, die nicht über ihre Elastizitätsgrenze gestreckt werden.
Die geringe Masse und die hohe Spannung der. Membran ermöglichen es, dass der Schallaussender wirksam auf den Frequenzen des höheren Sprech-und Musikbereiches anspricht. Es ist schon früher versucht worden, Schallaussender mit stark gespannten Membranen zu verwenden. Die bis jetzt bekannten Einrichtungen dieser Art haben sich jedoch in der Praxis wenig brauchbar gezeigt, da in denselben die Frequenzansprechcharakteristik im unteren Teile des Frequenzbereiches im Vergleich mit dem höheren Teil desselben nicht gleichmässig war.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Entdeckung basiert, dass, wenn die Grösse der stark gespannten Membran in ausreichendem Grade erhöht wird, so sind die Vorteile, die mit der hohen Spannung oder Streckung verbunden sind, noch vorhanden, und gleichzeitig spricht die Membran gleichmässig an über einen sehr grossen Teil des Bereiches der erwünschten Frequenzen, weil der Bereich der unteren Frequenzen sich nach unten zu bedeutend erweitert. Dies scheint darauf zu beruhen, dass die grosse Membran mit einer Luftmenge gekuppelt ist, die imstande ist, diese Erweiterung des Bandes der ausgestrahlten Frequenzen herbeizuführen, ohne dass die Kennzeichen für den oberen Teil des Frequenzbereiches in ungünstiger Weise beeinflusst werden.
Die Erweiterung des Bandes an der Niederfrequenzseite ist vielleicht auch zu einem grossen Teil darauf zurückzuführen, dass die nattier- liche Grundfrequenz der Membran in der Luft auf Grund der Belastung, die die Luft in der Nähe der Membran darstellt, herabgesetzt wird.
Befriedigende Ergebnisse wurden mit einer Membran von etwa 74cm Durchmesser und einer Fläche von etwa 4250 t ; m2 erreicllt.
Die Fähigkeit der Luft in der Nähe der Membran, den unteren Grenzpunkt der Frequenzanspreeheharakteristik einer stark gespannten Membran der beschriebenen Art herabzusetzen, kann erhöht werden, dadurch, dass die Luft in der Nähe der Membran teilweise eingeschlossenwird. Man kann z. B. die Membran in einen Behälter einsetzen, dessen Wände von der Ebene der Membran nach vorn und rückwärts ragen.
Gemäss Fig. 1 ist die im Schrank 13 angeordnete Membran 10 in eine Holzwand 29 eingesetzt, die mit der senkrechten Ebene einen Winkelbildet. Schutzschirme 28, beispielsweise aus Seide, die von einem zweckmässigen Rahmen getragen wird, sind in den Öffnungen an der Vorder-bzw. an der Rückseite des Schrankes 13 angeordnet. Diese Schirme üben eine äusserst geringe, möglicherweise auch keine Wirkung auf die Frequenzansprecheharakteristik des kompletten Apparates. Dadurch, dass die Luft vor oder hinter oder sowohl vor wie hinter der Membran teilweise eingeschlossen ist, scheint die Anordnung teilweise als ein Trichter und teilweise als. ein Leitkörper in der Ebene der Membran zu wirken.
Wenn erwünscht, kann im Schrank Raum für eine Sprechmaschine oder für einen Radioapparat geschaffen werden, der in Verbindung mit dem Schallaussender benutzt werden kann.
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Die untere Grenzfrequenz eines Schallaussenders mit einer stark gespannten Membran von 74 cm
Durchmesser beträgt etwa 100 Perioden je Sekunde, wenn kein Leitkörper oder Schallkammer irgend- welcher Art verwendet wird. Diese Grenzfrequenz kann um weitere 10% herabgesetzt werden, wenn ein Leitkörper in der Ebene der Membran verwendet wird oder wenn die Membran in einen Schrank von geringer Tiefe eingesetzt wird. Ein Schallaussender mit einer Membran der beschriebenen Art, der in einen tieferen Schrank eingesetzt wird, beispielsweise in den in Fig. 1 gezeigten, dessen offene Seiten
55 cm voneinander entfernt liegen, hat eine untere Grenzfrequenz bei etwa 75 Perioden je Sekunde.
Einen Sehallaussender mit einer unteren Grenzfrequenz von etwa 250 Perioden je Sekunde erhält man, wenn man in freier Luft eine Membran benutzt, die eine Fläche von etwa 290 cm hat und so stark gespannt ist, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit etwa ein Viertel der Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt.
Die Membran 10 wird mittels einer elektrodynamischen Einheit 16 angetrieben, die von den Quer- teilen des Rahmens 11 getragen wird, welche vorzugsweise mit dem Rahmen aus einem Stück gegossen sind. Die Spule 19 der elektrodynamischen Einheit 16 ist derart mit der Membran verbunden, dass diese nach einer kreisförmigen Linie betätigt wird. Die Spule ist zwischen den ringförmigen Polflächen 20 und 21 angeordnet. Die polarisierende Wicklung 22 ist innerhalb des hohlen magnetischen Gebildes angeordnet und füllt den grössten Teil desselben aus. Befriedigende Ergebnisse. wurden auch erreicht durch Verwendung eines permanenten Kobaltstahlmagneten von ähnlicher Form wie der gezeigte Elektro- magnet. Der permanente Magnet wird zweckmässig aus Lamellen zusammengesetzt.
Die magnetische
Einrichtung hat eine solche Form, dass sich der Raum zwischen ihr und dem angrenzenden Teil der Membran von der Spule nach aussen zu erweitert. Die mittlere Öffnung in der magnetischen Einrichtung hat eben- falls eine konische Form. Durch diese Anordnung sollen die Wirkungen eines eingeschlossenen oder
Resonanz hervorrufenden Luftkörpers vermieden werden.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Spule 19 aus einem dünnen Bandleiter hergestellt. Das Band ist vorzugsweise aus Kupfer, hat eine Stärke von etwa 0-05 mm und eine Breite von 0'35 mm und wird derart gewickelt, dass die Ebene des Bandes senkrecht zur Spulenaehse steht. Die benachbarten Windungen des Bandleiters können vor oder nach der Aufwicklung der Spule dadurch voneinander isoliert werden, dass man das Band mit einer dünnen Schicht einer Lösung von Bakelit in Azeton oder mit einem andern zweckmässigen Isolationsmaterial versieht. Diese Schicht dient jedoch nicht nur als Isolation, sondern gibt der Spule nach der Trocknung eine gewisse Festigkeit.
Ein derartiges Isolationsmaterial nimmt . so wenig Platz auf, dass der Luftzwischenraum zwischen den Polflächen im wesentlichen von dem leitenden Material der Spule ausgefüllt ist, wenn diese zwischen die Polflächen 20 und 21 der magnetischen Einrichtung der elektromagnetischen Einheit 16 eingeschoben wird. Ein Streifen 30 aus geölter Seide oder aus einem andern dünnen und leichten Stoff wird mit dem einen Rand an die Innenfläche der Spule geklebt. Der entgegengesetzte Rand des Streifens wird, wie aus Fig. 5 ersichtlich, mit der Membran verbunden und der Streifen wird mit einer Schicht der Bakelitlösung versehen, um seine Festigkeit zu erhöhen.
Für eine Membran, die bis zu einem gewissen Grade gespannt ist, sind die Masse und die Grösse der antrei- benden Spule wichtige Faktoren für die Bestimmung der oberen Grenzfrequenz des Schallaussenders. Unter "obere Grenzfrequenz" wird hier diejenige Frequenz verstanden, bei welcher der Ausstrahiungs- wirkungsgrad plötzlich von einem hohen auf einen verhältnismässig geringen Wert herabsinkt. Zwischen dieser oberen Grenzfrequenz und der unteren Grenzfrequenz des Schallaussenders ist der Ausstrahlungs- wirkungsgrad hoch und im wesentlichen gleichmässig. Befriedigende Ergebnisse wurden erzielt mit einer
Spule, deren Durchmesser 50'S mm war.
Die Gesamtmasse muss geringer als 0'005 kg, vorzugsweise etwa 0'00136 kg sein. Dif Masse je Längeneinheit des Spulenumfanges muss somit geringer als 0'000357 leg/em, vorzugsweise etwa 0'000089 kg/em sein. Es wurde gefunden, dass die Masse der Spule, die für den Antrieb einer unter einer gewissen Spannung stehenden Membran dient, bis zu einem gewissen
Grade erhöht werden kann, ohne dass die obere Grenzfrequenz des Schallaussenders sinkt. Dabei muss selbstverständlich die Grösse der Spule entsprechend gesteigert werden.
Die Enden 25 und 26 der Spulenwicklung werden in zweckmässiger Weise mit dem Klemmenblock 24 verbunden. Die Spule 19 wird zweckmässig an einer Stelle mit der Membran verbunden, die in einem gewissen Abstand von dem Membranzentrum liegt. so dass die von dem Rand der Membran reflektierten Schwingungswellen die Antriebseinheit nicht erreichen. Wenn der Abstand zwischen der Membranmitte und der Spulenmitte etwa ein Zehntel oder zwei Zehntel des Membrandurchmessers gemacht wird, so werden gute Ergebnisse erzielt. Bei einer solchen Anordnung ist die Anzahl der Spitzen und Tiefen in der Frcquenzanspreehkurve gering.
Mit zunehmendem Abstand zwischen den Mittelpunkten der Membran und der Spule nimmt die Anzahl der Spitzen und Tiefen in der Ansprechkurve zu, aber die Amplitude sinkt bis zu einem gewissen Grade.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um die Membran am Rahmen J7 zu befestigen.
Ein Verfahren, das sieh als zweckmässig erwiesen hat, ist das folgende :
Eine Platte aus einer Aluminiumlegierung wird zwischen Klemmringen eingesetzt, deren Innendurchmesser etwas grösser als der Aussendurchmesser des Rahmens 11 und des Ringes 12 ist. Die Klemmringe sind aus Eisen. Invarstahl oder einem andern Material hergestellt, dessen Ausdehnungskoeffizient im Vergleich mit dem Ausdehnungskoeffizienten desMenibranmaterials niedrig ist. Die Ringe aus Invar-
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stahl oder Eisen samt der Membran werden jetzt in einen Ofen eingesetzt und auf eine hohe Temperatur gebracht, auf welcher sie gehalten werden, während Schrauben durch die Klemmringe und die Membran gesteckt werden. Darauf wird die Temperatur herabgesetzt und die Membran unter Spannung gebracht.
Die Spannung entsteht dadurch, dass das Membranmaterial sich stärker zusammenzieht als die Klemmringe. Wenn die Membran 10 abgekühlt ist, wird der Rahmen 11 in die Eisen-oder Invarstahlringe ein- gesetzt. Gleichzeitig wird der Klemmring 12 in die zuerst erwähnten Ringe gebracht. Der Rahmen 11 und der Ring 12 haben denselben Ausdehnungskoeffizienten wie das Membranmaterial. Nachdem sowohl der Rahmen 11 wie der Klemmring 12 eingesetzt sind, werden diese Teile miteinander und mit der Membran verbunden, zweckmässig mittels Schrauben 27. Die Ringe aus Eisen oder Invarstahl werden darauf entfernt und die Membran kann in die Trennwand 29 des Schrankes 13 eingesetzt werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen einen Schallaussender, der sich von dem in den Fig. 1-5 gezeigten dadurch unterscheidet, dass Mittel vorgesehen sind, um Schwingungsenergie'zu zerstreuen, die von dem Tragkörper reflektiert wird, der den Rand der Membran trägt. Für den Antrieb und für die Dämpfung der reflektierten Wellen in der Membran 47 werden zwei gleiche elektrodynamische Einheiten 40 und 41 verwendet. Diese Einheiten werden von den Winkelstäben 34 und 35 sowie von den mit ihnen verbundenen Querstäben 36-39-getragen. Die beweglichen Spulen 42 und 43 dieser Einheiten sind derart mit der Membran 47 verbunden, dass die Mittelpunkte der Spulen auf einem Durchmesser der Membran liegen und in gleichen Abständen von der Membranmitte angeordnet sind.
Die Spulen liegen zwischen den ringförmigen Polflächen der Magnetkörper der Einheiten 40 bzw. 41 und die Batterie 44 liefert Strom an die Polarisierungswicklungen 45 und 46 dieser Einheiten. Eine elektrische Energiequelle 55, beispielsweise ein elektromagnetischer Spreehmaschinenwiedergeber oder ein Radioempfangsapparat ist über die Verstärkereinrichtung 56 mit den Leitungen 51 und 52 der Spule 42 verbunden. Die Leitungen 53 und 54 der Spule 43 sind mit dem äusseren Widerstand 57 verbunden, der vorzugsweise einen solchen Wert hat, dass die Impedanz der elektrodynamischen Dämpfungseinheit 41 im wesentlichen ein reiner Widerstand ist. Die Impedanz der Einheit 41 ist ferner gleich der Impedanz der Membran in dem Punkt, in welchem die Spule 43 befestigt ist.
Die Spule 43 in der Dämpfungseinheit 41 kann auch aus einem geschlossenen festen metallischen Ring bestehen. In diesem Falle kann der äussere Widerstand 57 wegfallen. Der Widerstand des Metallringes und die Dichte des Übergangs-Kraftlinienflusses bestimmen die Dämpfung. Anstatt elektrodynamischer Einheiten können auch elektromagnetische oder andre Einheiten für den Antrieb und für die Dämpfung der Membran benutzt werden.
In einigen Fällen ist es vorteilhaft, eine Dämpfungseinheit zu verwenden, die der Antriebseinheit ähnlich ist. In andern Fällen kann es zweckmässig sein, andre Dämpfungsmittel zu verwenden. Solche Dämpfungsmittel werden beispielsweise in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt. Gemäss Fig. 8 sind die entgegengesetzten Flächen eines porösen Materials 59 (beispielsweise Filz) mit einer Membran 60 und mit einem Tragkörper 61 verbunden. Wenn die Membran schwingt, wird Luft abwechselnd in die Poren des Materials hineingezwungen bzw. aus diesem herausgesaugt und hiedurch werden die Schwingungen gedämpft, die diesen Teil der Membran erreichen.
Auch Fig. 9 zeigt eine Bremscinrichtung, welche zur Dämpfung der Schwingungen einer Membran
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eingepasst, der mit einem Tragteil 65 verbunden ist. Wenn die Membran 63 schwingt, wird Luft in die Kammer 80 durch die Aussparung 66 hineingepresst bzw. aus der Kammer gesaugt. Hiedurch werden Schwingungen in dem Teil der Membran 63 gedämpft, der mit der Bremseinrichtung in Verbindung steht. In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, mehrere konzentrische ringförmige Teile und mehrere mit diesen zusammenwirkenden Aussparungen zu verwenden. Eine starke Dämpfung kann mittels einer kleinen Dämpfungseinheit erzielt werden, wenn der ringförmige Teil und der mit diesem zusammenwirkende Schlitz spiralförmig sind.
Gemäss Fig. 10 ist ein zylindrischer Teil 67 mit einem Tragteil 68 derart verbunden, dass eine der ebenen Flächen des Zylinders 67 parallel mit und in dichter Nähe der Oberfläche der Membran 69 liegt.
Mittels dieser Anordnung werden in ähnlicher Weise wie mittels der Anordnung gemäss Fig. 9 die Schwingungeu der Membran dadurch gedämpft, dass Luft durch den Zwischenraum zwischen Membran 6. 9 und Zylinder 67 hineingepresst bzw. eingesaugt wird.
Wenn in dem Schallaussender eine kreisförmige Membran verwendet wird, die in der oben beschriebenen Weise angetrieben und gedämpft wird, so bewegen sich die in der Membran entstehenden Wellen in allen Richtungen gegen den unterstützten Rand der Membran und werden von dort wieder reflektiert.
Diese reflektierten Wellen. gelangen in einen Brennpunkt, der innerhalb einer kleinen Fläche in der Membran liegt. In dieser Fläche sind Dämpfungseinrichtungen angeordnet ; um die reflektierten Wellen zu zerstreuen. Anstatt kreisförmiger Membranen können Membranen andrer Formen benutzt werden, beispielsweise elliptische Membranen, die in einem Brennpunkt angetrieben werden und bei welchen die reflektierten Wellen in die Nähe des andren Brennpunktes zurilckgesandt werden. In diesem Punkt werden darauf die reflektierten Wellen zerstreut.
Die Membran 70, die in der Fig. 11 schematisch gezeigt ist, hat einen Umfang, der aus Teilen von vier Ellipsen gebildet ist, die einen gemeinsamen Brennpunkt 71 besitzen, in welchem die Membran
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angetrieben wird, und ausserdem vier zugehörige Brennpunkte 72,73, 74 und 75 aufweisen, in welchen Dämpfungsmittel für die reflektierten Wellen angebracht sind. Die gestrichelten Linien 76 sollen andeuten, dass die Membran gleichwertig ist mit vier übereinander angebrachten Ellipsen, die einen gemeinsamen Brennpunkt besitzen. Die Linien 77 stellen verschiedene Halbmesser einer kreisförmigen Schwingungs- welle dar, die in dem gemeinsamen Brennpunkt 71 entsteht. Diese Wellen werden von dem festen Rand der Membran reflektiert und gelangen als kreisförmige Wellen an den zugehörigen Brennpunkt.
Dies ergibt sich aus den folgenden Tatsachen : Dass der Abstand zwischen dem gemeinsamen Brennpunkt und irgendeinem der zugehörigen Brennpunkte längs einer Linie senkrecht zur Wellenfront konstant ist ; dass für jede Ellipse Linien, die von einem beliebigen Punkt am Umfang bis zum Brennpunkt gezogen werden, den gleichen Winkel mit der Tangente in diesem Punkt bilden ; dass die Fortpflanzungsgeschwindig- keit quergehender Wellen in jedem Punkt in der Membran dieselbe ist.
Wenn eine kreisförmige Membran, die wie in Fig. 6 in einem Punkt angetrieben wird, der mit dem Zentrum nicht zusammenfällt, so werden die vom Umfang reflektierten Wellen nicht an einen Brennpunkt gelangen, wie bei der elliptischen Membran, sondern an einen Brennpunkt innerhalb einer kleinen Fläche gelangen, in welcher die Dämpfungsmittel zur Wirkung gebracht werden.
Die Masse pro Quadratzentimeter der Membran selbst (das Membranmaterial hat eine Stärke von 0-05 mm) ist gleich der Masse je Flächeneinheit, multipliziert mit der Stärke = 0'002705x0'005 = Q'0000137 jr/cM. Bei niedrigen Schwingungsfrequenzen beträgt also die Masse je Flächeneinheit der Membran etwa 17% der Masse der Luft je Flächeneinheit der mit der Luft gekuppelten Membran.
Die Spule, die vorzugsweise für den Antrieb der Membran benutzt wird, hat einen Durchmesser von etwa 50'8 mm und ein Gewicht von etwa 0-00136 kg. Bei der Errechnung des Ausstrahlungswirkungs-
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höheren Frequenzen ist aber die : mit der Membran gekuppelte Luftmenge verhältnismässig klein, weshalb die Spulenmasse bei der Bestimmung der oberen Grenzfrequenz des Schallaussenders ein wichtiger Faktor ist. Die Grenzfrequenz eines Schwingungssystems ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen der Steifheit und der Masse des Systems und die Steifheit des Schallaussenders ist proportional seiner Spannung.
Die Masse des Sehallaussenders bei hohen Frequenzen ist im wesentlichen gleich der Masse der Spule allein und wenn die Membran derart gespannt ist, dass ihre Fortpflanzunggeschwindigkeit etwa halb so gross wie die Schallgeschwindigkeit in Luft ist und die Spule von 50'8 mm Durchmesser ein Gewicht von etwa 0'00136 leg hat, so ist die obere Grenzfrequenz etwa 5000 Perioden je Sekunde. Da bei niedrigen Frequenzen der Steifheitsfaktor wieder proportional ist der Spannung, unter welcher die Membran steht, und da die Masse bei niedrigen Frequenzen im wesentlichen gleich der Masse der mit der Membran gekuppelten Luft ist, so ist der untere Grenzpunkt von dem Flächeninhalt der Membran abhängig.
Bei einer Membran, die unter einer solchen Spannung steht, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich der Hälfte der Sehallgeschwindigkeit in Luft ist und die einen Durchmesser von etwa 74 cm hat, liegt die Niederfrequenzgrenze etwa bei 1000 Perioden je Sekunde.
Wird die Spannung der Membran verringert, so dass dieselbe eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich etwa ein Viertel der SchaDgeschwindigkeit in Luft ha, t und wird gleichzeitig die Masse der antreibenden Spule auf etwa 0'005 kg erhöht, so erhält man einen Hochfrequenzgrenzpunkt bei etwa 1050 Perioden je Sekunde. Die ausstrahlende Wirkung des Schallaussenders nimmt bei der Grenzfrequenz rasch ab, möglicherweise um etwa zehn Übertragungseinheiten, worauf sie mit steigender Frequenz langsam abnimmt. Wird gleichzeitig die Membranfläche auf etwa 290 cm2 herabgesetzt, so steigt der Frequenzgrenzpunkt bis zu etwa 250 Perioden je Sekunde.
Selbst wenn befriedigende Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Membran in der Mitte
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Abstande von der Mitte angeordnet ist. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass Schwingungwellen, die vom Rand der Membran reflektiert werden, nicht in einem Brennpunkt an der treibenden Einheit zusammentreffen, sondern in einer kleinen Flächeneinheit gesammelt werden, die von der antreibenden Einheit entfernt ist. Weitere Verbesserungen der Frequenzansprechcharakteristik des Schallaussenders wurden durch die Verwendung von Dämpfungseinrichtungen in dieser Flächeneinheit erzielt, indem die hier zusammenströmenden reflektierten Wellen dadurch zerstreut werden.
Wie erwähnt, soll die Impedanz der für die Dämpfung der reflektierten Schwingungen benutzten Mittel ein im wesentlichen reiner Widerstand sein. Ferner soll die Grösse dieser Impedanz gleich der Grösse der Impedanz des Schallaussenders in dem Punkte sein, in welchem die Dämpfungsmittel auf die Membran einwirken. Wenn dies der Fall ist, so findet eine maximale Dämpfung statt. Ist der Widerstand des Dämpfungselementes zu hoch oder zu niedrig, so gehen von diesem und von dem festgehaltenen Rand der Membran unerwünschte Wellenreflektionen aus. In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, mehrere in Phase miteinander arbeitende Antriebseinheiten zu verwenden. Hiebei dämpft jede der Antriebseinheiten reflektierte Schwingungen, die in den übrigen Einheiten entstehen.
Die Erfindung wurde in der obigen Beschreibung als ein Schallaussender beschrieben, doch kann
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