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Kapazitives Telephon.
Bekanntlich ist eine Membran nur schwingungsfähig unter der Einwirkung wenigstens zweier entgegengesetzt wirkender Kräfte. Bei Telephonmembranen mit einseitiger Beanspruchung (Fig. 1) wirkt der Wechselstrom in der einen Richtung (a), während infolge der Durchbiegung der Membran eine ent-
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selbstverständlich auch kapazitiv erzeugt werden. Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit entlasteter Membran.
Die Entlastung kann bekanntlich elektrostatisch oder elektromagnetisch erfolgen. Da hier die Wirkung der Kräfte abhängig ist vom Abstand zwischen Membran und Magnetpolen, so ist die Membran, wenn sie als frei beweglich aufgehängt und unelastisch angenommen wird, nicht stabil. Sie muss daher selbst Elastizität besitzen, derart, dass sich ihre elastischen Kräfte, welche sie in die Ruhelagen zurückführen, beim Ausschwingen schneller ändern als die magnetischen bzw. elektrostatischen.
Die Erfindung hat ein kapazitives Telephon zum Gegenstand, dessen Membran ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 2 entlastet ist, wobei die Entlastung durch ein Differentialsystem erfolgt, in welchem an Stelle der Zugkräfte gemäss Fig. 2 abstossende Kräfte auftreten, die durch gleichnamige Ladungen auf allen Kondensatorplatten erzeugt werden. Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, die erkennen lässt, dass die resultierende, die Membran bewegende Kraft mit Vergrösserung der Ausschläge abnimmt.
Ist beispielsweise die Kraft a infolge der grösseren Kraftwirkung zwischen m und pa grösser als b. so bewegt sie die Membran auf pb zu. Dabei wird s ständig kleiner, b ebenso grösser. so dass durch die Bewegung der Membran die elektrischen Kräfte selbst wieder in einen Gleichgewichtszustand gebracht werden, während gemäss Fig. 2 das Kräftegleichgewicht nur durch die zusätzlichen elastischen Kräfte der Membran erreicht wird. Nennenswerte Elastizität der Membran ist also nicht mehr erforderlich. Erfindungsgemäss können deshalb ausserordentlich leichte Membranen verwendet werden, z. B. dünnste Folien aus Aluminium oder anderen Metallen, leitend gemachte dünnste Glimmerseheiben, Papiere, Häufe u. a. m.
E, genügen Membranstärken von 1/loo mm und weniger, wenn die Membran durch leichte Spannung genügend eben gemacht wird. so dass ihr paralleler Abstand zu den ihr gegenüberstehenden Kondensatorplatten gewählt bleibt. Die Aufladung der Kondensatorplatten und der Membran auf gleichnamiges Potential erfolgt wegen der erforderlichen hohen Spannungen zweckmässig durch eine Wechsel- stromquelle über Ventilröhren (Glühkathodenröhren od. dgl. ) und entsprechend hohe Widerstände. Die Frequenz dieses Stromes kann zur Vermeidung von akustischen Störungen ausserhalb der hörbaren Frequenzen gewählt werden.
Fig. 4 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung. m, pa und pb sind drei auf gleichnamiges, u. zw. in diesem Falle negatives Potential aufzuladende Kondensatorbelege. Die Aufladung erfolgt durch die Wechselstromquelle us über den Gleichrichter gw1, der nach'111, pa und pb nur negative Stromimpulse durchlässt und die Wechselstromwiderstände ca da cm dm eb db. Diese Widerstände müssen so klein sein, dass die Ladungsverminderungen auf pa, m und pb infolge der Isolationsverluste genügend schnell ausgeglichen werden, dürfen aber, wie später dargelegt wird, eine gewisse Grösse nicht unterschreiten.
Der andere Pol der Wechselstromquelle kann entweder geerdet oder über einen zweiten Gleichrichter gut2 und geeignete Widerstände, z. B. Kondensatoren ce und cd, an zwei weitere Kondensatorplatten pe und pd gelegt werden. Letztere sind dabei zweckmässig so angeordnet, dass sie die zwischen m und pa sowie m und pb wirksamen negativen Ladungen der WechselstromqueHe 11'rrhöhen.
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Durch Hf. erhalten pa und pb dann Ladungen verschiedenen Vorzeichens, durch die die resultierenden Ladungen dieser Platten entsprechend geändert werden.
Bei dem in der Fig. 4 beispielsweise angegebenen Vorzeichen der sekundären Spannung des Transfonuators nt erhält pa positive, pb negative Ladung, so dass die vorhandene negative Ladung auf pa vermindert, auf pb erhöht wird. Infolgedessen werden die
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wirkung dieser Resultierenden bewegt sich m auf pa. zu, wobei die Stosskräfte zwischen ? und pa'zu- und zwischen 111 und pb abnehmen.
Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades des Telephons und kon- stanter mittlerer Ladungen der Belege dürfen die Vorschaltwiderstände da, ca usw. eine gewisse Grösse nicht unterschreiten, damit einerseits der Nebenschluss für den Sprachwechselstrom nicht zu gross wird. andererseits während der Ladungsänderungen durch diesen Strom pa und pb keinen erheblichen Nach- schub negativer Ladungen durch erhalten.
An Stelle niederfrequenter Sprachwechselströme können auch Hochfrequenzströme, denen akustische Frequenzen überlagert sind, zur Betätigung des Telephons benutzt werden. In Fig. 6a ist die Charakteristik-eines solchen Hochfrequenzstromes dargestellt. Für die Wiedergabe solcher Ströme ist ein Gleichrichter erforderlich, der die Ströme im Telephon nur unipolar zur Wirkung kommen lässt. Zur besseren Ausnutzung der Hochfrequenzenergie ist eine Schaltungsweise vorteilhaft, deren Prinzip in Fig. 5 dargestellt ist. Durch Verwendung eines doppelseitigen Gleichrichters gh und zweier Transformatoren
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niederfrequenter Ströme durch Niederfrequenztransformatoren nt1 und nt2, bei Verwendung von Hochfrequenz durch entsprechende Hochfiequenztransformatoren und Gleichrichter.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kapazitives Telephon, bei dem die Membran zwischen zwei Kapazität flächen angeordnet ist, an welche die Spannung der Sprechströme angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Membran als auch die beiden Kapazitätsflächen mit demselben Pol einer sie aufladellden Spannungsquelle ver- bunden sind.
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Capacitive telephone.
As is known, a membrane is only capable of vibrating under the action of at least two opposing forces. In the case of telephone diaphragms with one-sided loading (Fig. 1), the alternating current acts in one direction (a), while the deflection of the diaphragm causes a
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can of course also be generated capacitively. Fig. 2 shows an arrangement with a relieved membrane.
As is known, the discharge can take place electrostatically or electromagnetically. Since the effect of the forces depends on the distance between the membrane and the magnetic poles, the membrane is not stable if it is suspended as freely movable and assumed to be inelastic. It must therefore have elasticity itself, in such a way that its elastic forces, which bring it back to the rest positions, change more rapidly when swinging out than the magnetic or electrostatic forces.
The subject of the invention is a capacitive telephone, the membrane of which is relieved in a manner similar to that of the arrangement according to FIG. 2, the relief being effected by a differential system in which, instead of the tensile forces according to FIG all capacitor plates. An embodiment of the invention is shown in FIG. 3, which shows that the resulting force moving the membrane decreases as the deflections increase.
For example, if the force a is greater than b as a result of the greater force between m and pa. in this way it moves the membrane towards pb. In the process, s becomes smaller and smaller, and b also larger. so that the electrical forces themselves are brought back into a state of equilibrium through the movement of the membrane, while according to FIG. 2 the equilibrium of forces is only achieved by the additional elastic forces of the membrane. There is therefore no longer any need for the membrane to be elastic. According to the invention, therefore, extremely light membranes can be used, e.g. B. thinnest foils made of aluminum or other metals, made conductive thinnest mica discs, papers, heaps and. a. m.
E, membrane thicknesses of 1/100 mm and less are sufficient if the membrane is made sufficiently flat by light tension. so that its parallel distance to the capacitor plates opposite it remains selected. The charging of the capacitor plates and the membrane to the potential of the same name is expediently carried out by an alternating current source via valve tubes (hot cathode tubes or the like) and correspondingly high resistances because of the high voltages required. The frequency of this current can be selected outside the audible frequencies to avoid acoustic interference.
For example, Fig. 4 shows an embodiment of the invention. m, pa and pb are three of the same name, u. between, in this case negative potential, capacitor covers to be charged. The charging is carried out by the alternating current source us via the rectifier gw1, which according to'111, pa and pb only allows negative current pulses to pass and the alternating current resistances ca da cm dm eb db. These resistances must be so small that the charge reductions to pa, m and pb as a result of the insulation losses are compensated for sufficiently quickly, but, as will be explained later, must not fall below a certain level.
The other pole of the alternating current source can either be earthed or well2 and suitable resistors, e.g. B. capacitors ce and cd, are placed on two other capacitor plates pe and pd. The latter are expediently arranged in such a way that they increase the negative charges of the alternating current source that are effective between m and pa and m and pb.
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By Hf. Pa and pb then obtain charges of different signs, by means of which the resulting charges of these plates are changed accordingly.
With the sign of the secondary voltage of the transformer nt given in FIG. 4, for example, pa receives a positive charge, pb a negative charge, so that the negative charge present is reduced to pa and increased to pb. As a result, the
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effect of this resultant moves m towards pa, whereby the impact forces between? and pa'zu- and decrease between 111 and pb.
In order to achieve a good efficiency of the telephone and a constant average charge of the documents, the series resistances da, ca etc. must not fall below a certain size, so that on the one hand the shunt for the alternating voice current does not become too large. on the other hand, no significant replenishment of negative charges is received during the charge changes due to this current pa and pb.
Instead of low-frequency alternating speech currents, high-frequency currents on which acoustic frequencies are superimposed can also be used to operate the telephone. In Fig. 6a the characteristics of such a high-frequency current is shown. To reproduce such currents, a rectifier is required, which only allows the currents in the telephone to have a unipolar effect. For better utilization of the high-frequency energy, a switching method is advantageous, the principle of which is shown in FIG. By using a double-sided rectifier gh and two transformers
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low-frequency currents through low-frequency transformers nt1 and nt2, when using high-frequency through corresponding high-frequency transformers and rectifiers.
PATENT CLAIMS:
1. Capacitive telephone, in which the membrane is arranged between two capacitance surfaces to which the voltage of the speech currents is applied, characterized in that both the membrane and the two capacitance surfaces are connected to the same pole of a voltage source that charges them.