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Elektromagnetischer Lautwiedergabeapparat.
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Lautwiedergabeapparate, deren Membran unter dem Einfluss eines Magneten steht und bezweckt, die Empfindlichkeit solcher Wiedergabeapparate zu erhöhen, indem die Charakteristik der Magnetkraft und die Elastizität der Rückstellkräfte der Membran so einander angepasst werden, dass sich die Membran in einem Grenzzustand (pseudoastatischen) kurz vor dem Übergang zu statischen Verhältnissen befindet, wo ihre Lage im Magnetfeld in der Ruhe (statisch) zwar noch gerade stabil, aber bereits so empfindlich ist, dass sich die Grundschwingung der Membran verstärkt und damit in der Resonanzkurve ein tiefer liegendes Maximum so breit und kräftig ausbildet, dass die gesamte Resonanzkurve bis in die Nähe des Hauptmaximums gehoben wird.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 und 2 sind die den Haupterfindungsgedanken veranschaulichenden Diagramme.
Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele für die Anpassung der magnetischen Charakteristik eines Telephonempfängers an die Rückstellcharakteristik der Membran.
Fig. 5 und 6 stellen schematisch zwei voneinander verschiedene Schwingungsarten einer ebenen Membran dar.
Fig. 7 zeigt schematisch ein mechanisches Schwingungsmodell, welches die Membranschwingungen veranschaulichen soll.
Fig. 8 und 9 zeigen eine Prüfmethode für das Verhältnis von Membran und Magnet zueinander.
Fig. 10 zeigt schematisch die zweckmässige Ausbildung der Membran.
Fig. 11 zeigt eine Vorrichtung zur Anpassung der elastischen Eigenschaften einer Membran an die Kraftverhältnisse eines Magneten nach dem Zusammenbau.
Fig. 12 ist ein teilweiser Schnitt durch eine Telephonkapsel und zeigt eine Randbefestigung der Membran, die eine nachträgliche Regulierung der Eigenschaften der Membran und des Luftspaltes gestattet.
Die Membran des üblichen Telephonempfängers besitzt eine ausgesprochen Resonanzlage, welche im folgenden als die Hauptfrequenz bezeichnet wird und welche ungefähr zwischen 900 und 1300 Perioden liegt. Diese Hauptfrequenz ist bei J in der Kurve B der Fig. 1, in der die Lautstärke N als Funktion der Frequenz aufgetragen ist. Diese Hauptresonanz entspricht etwa der Schwingungsweise Fig. 6, während man sich das Auftreten einer tieferen Resonanz Q durch Membranschwingungen nach dem Schema Fig. 5 erklären kann. In diesen beiden Figuren ist die Membran mit M bezeichnet und der Magnet mit P.
Die äussersten Lagen, welche die Membran gegenüber dem Magneten während der Schwingungen einnimmt, sind durch ausgezogene und gestrichelte Linien dargestellt. Die Grundeigensellwingung Q"in Fig. 1 in eine ausgeprägte, aber flach verlaufende zu verwandeln (Q 1 in Kurve R der Fig. 1), also die Schwingungsweise nach Fig. 5 zu fördern, ist der Zweck dieser Erfindung.
Eine Membran ist wesentlich verschieden von einem Anker, der aus einer praktisch masselosen Feder und einer Masse an ihrem Ende besteht, weil bei Membranen Masse und Elastizität über die ganze Fläche verteilt sind. Das Verhalten einer solchen Membran kann an dem mechanischen Schwingungssystem Fig. 7 studiert werden. Dieses System besitzt Federn Z, W und Massen Y, X. Dabei entspricht X, W dem inneren Teil der Membran und Y, Z der
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Randzone. Eine solche Vorrichtung besitzt bekanntlich eine doppelte Resonanz, und ihre Schwingungsweise hängt ab von den Massen und der Elastizität der Federn Z, W. Wenn Z steif und W elastisch ist, so schwingt X im wesentlichen allein. Dieses entspricht dem Schwingungsvorgang, welcher in Fig. 6 dargestellt ist, d. h. einer Schwingung durch Gestalts- änderung.
Wenn jedoch X elastisch ist und W starr, so verhalten X und Y sich wie ein einziger Körper (Kolbenbewegung). Dies entspricht der Schwingung Fig. 5.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, durch Anpassung von Magnet-und Membrancharakteristik aneinander die Schwingung der Membran bei tiefen Frequenzen (Fig. 5) so zu beeinflussen, dass die Grundresonanz erheblich verflacht wird und die Sattelvertiefung zwischen Grund-und Hauptresonanz erheblich verringert wird, etwa entsprechend einer Schwingungkurve, wie sie in Fig. 1 mit R bezeichnet ist.
Was unter Anpassung der Charakteristiken aneinander zu verstehen ist, ergibt sich aus der Fig. 2, in welcher die Kraft als Ordinate und die Länge des Luftspaltes zwischen Membran und Magnet als Abszisse aufgetragen ist, wobei die Oberfläche des Magnetpoles als in der Linie OD liegend gedacht wird. In dieser Figur bedeutet die Kurve C die elastische Charakteristik der Membran, und es erhellt, dass die der Linie OD entsprechende Kraft das Bestreben hat, die Membran in der Berührungslage mit dem Magneten von diesem abzuziehen. Die magnetische Anziehungskraft an der Stelle der Berührung der Membran mit dem Magneten OT muss geringer sein als OD, damit die Membran nicht am Magneten klebt.
Die resultierende Steifheit der Membran bei Ruhelage derselben im magnetischen Feld ist bestimmt durch den Neigungsunterschied zwischen der elastischen und der magnetischen Charakteristik an ihrem Schnittpunkt. Wenn die beiden Kurven sich in einem verhältnismässig grossen Winkel schneiden, wie dies bei den üblichen Ausführungen der Fall ist, ist die resultierende Steifheit gross. Dies wird durch eine mit E bezeichnete Magnetcharakteristik erreicht.
Wenn die beiden Kurven. sich aneinander genau anschmiegen, verhält sich die Membran vollständig indifferent in bezug auf ihre Lage (statischer Zustand). Es wird ein zwischen diesen beiden liegender Zustand angestrebt, welcher im folgenden als pseudoastatischer Zustand bezeichnet wird und den Hauptgegenstand vorliegender Erfindung darstellt. Innerhalb eines bestimmten Gebietes, welches genügt, um den Arbeitsbereich der Membran zu umfassen, sind die beiden Charakteristiken so eng aneinandergeschmiegt, dass die Bedingungen im wesentlichen astatische werden. Aber der Krümmungsverlauf der beiden Charakteristiken über ein grösseres Gebiet ist derartig, dass im wesentlichen die Arbeitsbedingungen vollständig stabil sind und keine Gefahr besteht, dass die Membran an dem Magneten klebt oder sich zu weit von ihm entfernt.
Es ist leicht und erfordert keine besonderen Massnahmen, durch einfaches Betasten den semilabiälen Zustand einer pseudoastatischen Membran zu erkennen, wenn man ihn vergleicht mit dem Gefühl bei Berührung der Membran eines Hörers gewöhnlicher Bauart.
Die Kurve G der magnetischen Charakteristik'kann als brauchbar angesehen werden, da sie sich an die elastische Kurve C genügend annähert, um in dem mit A bezeichneten Gebiet einen pseudoastatischen Zustand zu schaffen. Die magnetische Charakteristik J ? ist vollständig unbrauchbar, weil kein passender Schnittpunkt zwischen ihr und der Kurve C vorhanden ist, jedenfalls nicht innerhalb der gebräuchlichen Luftspaltlängen. Es ist vorteilhaft, wenn das linke Ende der Kurve G einen flach ausgebildeten Wendepunkt besitzt.
Die Lautstärke bei der Grundresonanz i und die Form des Sattels wird bestimmt durch die Veränderung des Neigungsunterschiedes der Kurven an der Stelle A in Fig. 2.
Dieser Neigungsunterschied hat jedoch nur geringen Einfluss auf die Hauptfrequenz Jl, die durch den pseudoastatischen Zustand leicht, im allgemeinen nicht mehr als 10 o/o heruntergedrückt wird.
Um Charakteristiken zu erhalten, welche sich wie G und C in Fig. 2 eng aneinanderschmiegen, ist es zweckmässig, zunächst der magnetischen Charakteristik eine möglichst ideale Form zu geben, um hieran dann die elastische Charakteristik anzupassen.
Zwei Wege, durch welche der magnetischen Charakteristik die gewünschte Form erteilt werden kann, sind in Fig. 3 und 4 gezeigt.
In Fig. 3 sind die Stirnflächen der Magnetpole P, welche der Membran zugekehrt sind, abgestuft, so dass die Teile J näher an der Membran liegen als die Teile L. Befindet sich die Membran in weitem Abstand von dem Magneten, so ist der Unterschied zwischen den Luftspaltlängen zwischen der Membran und den Teilen J bzw. L von geringer Bedeutung.
Wenn die Membran dem Magneten nahe ist, überwiegt der Einfluss der Polflächen K und mehr, während die Wirksamkeit von L zurücktritt. Um die günstige Wirkung der Stufe zu erzielen, darf diese nicht zu gross gemacht werden, jedenfalls das. Vierfache des Luftspaltes nicht übersteigen. Durch diese Methode wird der Abfall der magnetischen Kraft durch Vergrösserung des Luftspaltes langsamer, was gewöhnlich ausschlaggebend für die Einstellung des Instrumentes in den pseudoastatischen Zustand ist.
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In Fig. 4 wird eine Anordnung gezeigt, bei welcher die Angleichung der Magnetcharakteristik an die der Membran durch Änderung des Abstandes der beiden Magnetpole P erfolgt.
Wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, kann die Einwirkung des Magneten auf die Schwingungen der Hauptresonanzfrequenz, wenn die Pole des Magneten nahe an der Knotenlinie U (Fig. 6) angebracht sind, verhältnismässig klein gehalten werden, während die Wirkung des Magneten auf die Schwingungen der Grundfrequenz gross gemacht werden kann. Auf diese Weise lässt sich durch Justierung des Abstandes zwischen den Polen P die entsprechende Charakteristik in beträchtlicher Weise verändern.
Um die Freiheit, mit welcher die Membran in ihrer Grundschwingung schwingt, zu vergrössern, wird die Membran inneren Kompressions-und Biegungspsannungen unterworfen. Wenn z. B. eine Membran an ihrem Rande so festgeklemmt ist, dass der Durchmesser der Einspannung kleiner ist als der ungezwungene Durchmesser der Membran, so wird die Membran in sich komprimiert, unter Umständen in solchem Grade, dass sie sich gar nicht in der Mittellage hält und sprunghaft wird. Der gewünschte Zustand liegt gerade unmittelbar vor Erreichung der Sprunghaftigkeit.
Diese Methode zur Beeinflussung der Membrancharakteristik wird so durchgeführt, dass man der Membran einen leicht gewölbten Mittelteil und eine konusähnliche äussere Zone ergibt, wie sie genauer in Fig. 11 dargestellt ist. Die Membran wird zunächst in die Form V (Fig. 10) gepresst. Dann wird sie in Richtung des Pfeiles nach oben gebogen, so dass sie die Form W, X oder selbst-Y annimmt.
Eine Prüfmethode für den Grad der Anpassung der Magnet-und Membrancharakteristiken ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Die Biegsamkeit der Membran allein wird zuerst durch eine zentrale Belastung geprüft (Fig. 8). Dieselben Messungen werden dann wiederholt mit dem Magneten, nachdem das Telephon zusammengebaut ist, u. zw. so, dass die Last über einen
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scheinlich, dass mit zwei Belastungspunkten, wie in Fig. 9, die Membran an sich steifer erscheint als mit einer zentralen Belastung. Die gewünschte Annäherung der elastischen und magnetischen
Charakteristiken ist gegeben, wenn die Steifheit mit Magnet, wie sie in Fig. 9 gemessen wird, ungefähr so gross ist wie bei der Messung nach Fig. 8 ohne Magnet.
Die Adjustierung der Membrancharakteristik nach Zusammenbau des Telephons ist in Fig. 11 gezeigt.
In dieser Figur ist P der Magnet mit Polen ! und P2, die etwas ungleich ausgefallen sein mögen. Die Membran Jtf ist an ihrem äusseren Rande a festgeklemmt. Das Telephon wird in einen Rahmen b eingeschoben mit einem über den oberen Rand des Telephons herüberragenden Arm d. Die Druckschraube d ist mittels eines Kugellagers f mit einer Scheibe g ver- bunden, welche an den oberen Kanten h der konusartigen Zone i der Membran Jtf aufliegt.
Die Adjustierung der Membran mit diesem Apparat erfolgt dadurch, dass die Membran mittels der Druckschraube e und der Platte g abwärts gedrückt wird.
Dieses Verfahren wird mehrere Male wiederholt, wobei die Strecke, um welche die Scheibe herabgedrückt wird, entweder konstant bleibt (indem man aus der Materialermüdung Vorteile zieht) oder langsam zunimmt (etwa jeweils Vioo'"'). Bei Ausführung dieser Massnahme wird der Zustand des Telephons optisch oder akustisch kontrolliert ; z. B. wie in Fig. 11 gezeigt ist, wird ein Wechselstrom von entsprechender Frequenz durch die Spulen l des Telephons von einer Quelle m ausgeschickt. Der dadurch erzeugte Ton kann mit dem eines fertigen Instrumentes verglichen werden, oder der Druckvorgang wird so lange fortgesetzt, bis die Membran beim Vibrieren an die Pole anschlägt. Die unterbrechungsweise vor sich gehende Druckeinwirkung auf die Membran wird vorzugsweise automatisch, z. B. durch einen Motor oder durch Druckluft hervorgerufen.
Ein weiteres Verfahren, durch welches die Eigenschaften einer Membran nach ihrem Zusammenbau verändert werden können, ist in der Fig. 12 gezeigt. Diese Figur ist ein teilweiser Schnitt durch einen Telephonhörer. Die obere Kante des Gehäuses 2 ist mit einer ringförmigen Aussparung 3 versehen, wobei der Rand der Membran auf den Schultern dieser Aussparung ruht. Die Schraubenkappe 1 des Telephons besitzt einen kreisförmigen Ansatz 4, welcher den Rand der Membran in dem gewünschten Ausmass in die Aussparung 3 einpresst.
Die Spannung in der Membran kann auf diese Weise nach ihrem Zusammenbau justiert werden, indem man die Kappe 1 dreht, die, sobald der gewünschte Zustand erreicht ist, durch eine Stellschraube 5 in ihrer Lage festgelegt wird.
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