DE1134527B - Electromechanical converter with negative feedback for recording and reproducing sound vibrations in single-component writing - Google Patents
Electromechanical converter with negative feedback for recording and reproducing sound vibrations in single-component writingInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
N17818 IXa/42gN17818 IXa / 42g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 9. AUGUST 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EDITORIAL: AUGUST 9, 1962
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen, nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitenden Wandler mit Gegenkopplung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Schallschwingungen in Einkomponentenschrift, beispielsweise zum Schneiden von Schallplatten, bei denen die Schallaufzeichnung mechanisch in Rillen erfolgt.The present invention relates to an electromechanical, after the electrodynamic Principle working transducer with negative feedback for recording and reproducing sound vibrations in one-component script, for example for cutting records where the sound recording mechanically in grooves.
Es sind elektrodynamische Einkomponentenschreiber bekanntgeworden, bei denen der Schreibstift an einem beweglichen Körper befestigt ist, der mit einer Antriebsspule und einer Gegenkopplungsspule versehen ist. Dabei liegt die Steuerspule in dem senkrechten Luftspalt eines magnetischen Kreises, während die Gegenkopplungsspule in einem waagerechten Luftspalt eines sekundären magnetischen Kreises angeordnet ist, wobei die beiden Spulen die gleiche Achse haben. Der bewegliche Körper ist mittels einer Blattfeder um eine zwischen der Antriebsspule und der Gegenkopplungsspule liegende waagerechte Achse drehbar aufgehängt. Bei der bekannten Anordnung liegt der Schwerpunkt des beweglichen Körpers in der Schwingachse der vorgenannten Blattfeder. Mit Hilfe der Gegenkopplungsspule werden Gegenspannungen erzeugt, die proportional zu den mechanischen Schwingungen des beweglichen Körpers sind. Diese Gegenkopplungsspannungen werden der Antriebsspule zugeführt, linearisieren damit den Frequenzgang des Systems und kompensieren etwa auftretende Verzerrungen.Electrodynamic single-component pens have become known in which the pen is on a movable body is attached, which is provided with a drive coil and a negative feedback coil is. The control coil lies in the vertical air gap of a magnetic circuit while the negative feedback coil in a horizontal air gap of a secondary magnetic circuit is arranged with the two coils having the same axis. The moving body is by means of a Leaf spring around a horizontal axis between the drive coil and the counter-coupling coil rotatably suspended. In the known arrangement, the center of gravity of the movable body is in the swing axis of the aforementioned leaf spring. Counter voltages are created with the help of the negative feedback coil generated that are proportional to the mechanical vibrations of the moving body. These negative feedback voltages are fed to the drive coil, thus linearizing the frequency response of the system and compensate for any distortions that may occur.
Bei der bekannten Anordnung stellen sich ungewollte Resonanzen des schwingenden Systems bereits an der oberen Grenze des Übertragungsbereiches ein. Der Abstand dieser Resonanzen vom Übertragungsbereich muß aber verhältnismäßig groß sein, da schon vor Erreichen einer ungewollten Resonanz Phasendrehungen zwischen Antriebsspannung und Gegenkopplungsspannung auftreten. Dadurch geht die Gegenkopplung in diesen Bereichen in Rückkopplung über und führt somit leicht zur Selbsterregung des Systems. Damit bleibt der wirksame Bereich der Gegenkopplung klein. An der oberen und unteren Grenze des Übertragungsbereiches besteht keine Gegenkopplung mehr, so daß die Verzerrungen hier nicht mehr ausgeglichen werden.In the known arrangement, unwanted resonances of the oscillating system already arise at the upper limit of the transmission range. The distance between these resonances and the transmission range must, however, be relatively large, because it is before an unwanted resonance is reached, phase rotations between drive voltage and negative feedback voltage appear. As a result, the negative feedback changes into feedback in these areas and thus easily leads to self-excitation of the Systems. The effective area of the negative feedback thus remains small. At the top and bottom At the limit of the transmission range there is no longer any negative feedback, so that the distortions here can no longer be balanced.
Die bei der bekannten Anordnung zur Aufhängung des Schwingsystems verwendete Blattfeder hat den Nachteil, daß unerwünschte Schwingungen parallel zur Achse des Schwingkörpers auftreten, dieser soll aber nur Drehschwingungen ausführen.The leaf spring used in the known arrangement for suspending the oscillating system has the disadvantage that undesired vibrations occur parallel to the axis of the vibrating body, this one but should only perform torsional vibrations.
Es ist auch ein Zweikomponentenschreiber mit Gegenkopplung bekanntgeworden, bei dem der Schwingkörper die Gestalt eines rotationssymmetrischen Hohl-Elektromechanischer WandlerA two-component recorder with negative feedback has also become known in which the oscillating body the shape of a rotationally symmetrical hollow electromechanical converter
mit Gegenkopplung zur Aufzeichnungwith negative feedback for recording
und Wiedergabe von Schallschwingungenand reproduction of sound vibrations
in Einkomponentenschriftin one-component script
Anmelder:Applicant:
Georg Neumann, Berlin-Grunewald, Winklerstr. 8 aGeorg Neumann, Berlin-Grunewald, Winklerstr. 8 a
Georg Neumann, Berlin-Grunewald, ist als Erfinder genannt wordenGeorg Neumann, Berlin-Grunewald, has been named as the inventor
körpers hat, der sich nach unten verjüngt und an dessen Spitze sich der Schneidstichel befindet. Die Antriebsspulen für die beiden Komponenten sind am Rand, zwei Gegenkopplungsspulen in der Nähe des Hohlkörpers angeordnet.body that tapers downwards and at the tip of which is the cutting stylus. the Drive coils for the two components are on the edge, two negative feedback coils near the Hollow body arranged.
Bei diesem Zweikomponentenschreiber hat besonders die Aufhängung des Schwingkörpers mit Hilfe einer Achse erhebliche Nachteile, da diese Aufhängung Resonanzen zuläßt, die noch im Übertragungsbereich liegen. Außerdem liegen Antriebsspulen und Gegenkopplungsspulen auf einer Achse, d. h. in zwei einander parallelen Ebenen. Daher müssen Antriebs- und Gegenkopplungsspulen so weit voneinander entfernt sein, daß sich eine genügend große elektrische Entkopplung ergibt. Die Bauhöhe des Schwingkörpers kann also nicht beliebig klein gewählt werden, sondern es muß dabei auf die notwendige Entkopplung zwischen Antriebs- und Gegenkopplungsspulen Rücksicht genommen werden.With this two-component recorder, the suspension of the oscillating body has a particular advantage one axle has considerable disadvantages, since this suspension allows resonances that are still in the transmission range. There are also drive coils and Negative feedback coils on one axis, d. H. in two parallel planes. Therefore drive and negative feedback coils so far apart that a sufficiently large electrical decoupling results. The overall height of the vibrating body can therefore not be chosen to be arbitrarily small but it must be on the necessary decoupling between drive and counter-coupling coils To be taken into account.
Die Erfindung soll diese Nachteile vermeiden. Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler mit Gegenkopplung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Schallschwingungen in Einkomponentenschrift mit einem Schwingkörper in Gestalt eines rotationssymmetrischen Hohlkörpers, der sich nach unten kegelförmig verjüngt und an dessen Spitze sich der Schreib-bzw. Abtaststift und an dessen Rand sich die Antriebsspule befindet, während eine bzw. zwei Gegenkopplungsspulen in der Nähe der Spitze des Hohlkörpers angeordnet sind.The invention is intended to avoid these disadvantages. The invention relates to an electromechanical converter with negative feedback for recording and reproducing sound vibrations in one-component writing with an oscillating body in the form of a rotationally symmetrical hollow body that extends downwards conically tapers and at the tip of the writing or. Follower pen and on the edge of the Drive coil is located, while one or two negative feedback coils near the tip of the hollow body are arranged.
209 629/133209 629/133
Die Erfindung besteht darin, daß die Antriebsspule auf dem Kegelmantel des Schwingkörpers angeordnet ist, der an dieser Stelle eine solche Neigung hat, daß die Kräfte der Antriebsspule auf die Spitze des Schreib- bzw. Abtaststiftes gerichtet sind, daß zwei Gegenkopplungsspulen senkrecht zur Ebene der Antriebsspule angeordnet sind und daß der Schwingkörper mit Hilfe einer- in ihm befindlichen Membran aufgehängt ist.The invention consists in that the drive coil is arranged on the conical surface of the oscillating body is, which at this point has such a tendency that the forces of the drive coil on the tip of the stylus or stylus are directed that two negative feedback coils perpendicular to the plane of the Drive coil are arranged and that the oscillating body with the help of a membrane located in it is hung.
Die in dem Hohlkörper aufgehängte Membran ist beispielsweise zwischen je zwei Distanzscheiben durch zwei Bolzen an zwei Punkten der Grundplatte befestigt, so daß der Schwingkörper um die durch die Verbindungslinie dieser beiden Punkte gegebene waagerechte Achse schwingen kann. Diese Membranaufhängung hat den Vorteil, daß sie in der Bewegungsrichtung sehr elastisch, in allen anderen Richtungen aber, insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung, so steif ist, daß störende Querschwingungen erst in einem weit außerhalb des Übertragungsbereiches liegenden Frequenzbereich auftreten.The membrane suspended in the hollow body is for example through between two spacer disks two bolts attached to two points on the base plate, so that the vibrating body around the through the Line connecting these two points given horizontal axis can swing. This membrane suspension has the advantage that it is very elastic in the direction of movement, in all other directions but, especially perpendicular to the direction of movement, is so stiff that disruptive transverse vibrations only occur in a frequency range that is far outside the transmission range.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Lagerung des Schwingkörpers mit Hilfe der Membran in dem Punkt, um den der Schwingkörper unter dem Einfluß der Antriebskräfte auch ohne Lagerung schwingen würde. Dieser Punkt ergibt sich aus der Masse und dem Trägheitsmoment des Schwingkörpers, der Lage seines Schwerpunktes und der Lage des Angriffspunktes der resultierenden Antriebskräfte. Nach den jeweils gegebenen Verhältnissen kann der Drehpunkt oberhalb oder unterhalb des Schwerpunktes liegen. Die Lagerung des Schwingkörpers an diesem Punkt hat den Vorteil, daß der Schwingkörper nur von den Drehkräften und von keinen anderen Kräften beeinflußt wird. Auf diese Weise ist eine Belastung durch unerwünschte Kräfte, insbesondere durch Querkräfte, nicht möglich, und eine Auslenkung des Schwingkörpers in ungewollte Richtungen kann nicht erfolgen.In a further embodiment of the invention, the vibrating body is supported with the aid of the membrane at the point around which the vibrating body is under the influence of the driving forces even without storage would swing. This point results from the mass and the moment of inertia of the vibrating body, the location of its center of gravity and the location of the point of application of the resulting driving forces. Depending on the given conditions, the pivot point can be above or below the center of gravity lie. The mounting of the vibrating body at this point has the advantage that the vibrating body is influenced only by the torsional forces and not by any other forces. Doing this is a burden not possible due to undesired forces, in particular due to transverse forces, and a deflection the vibrating body in unwanted directions cannot take place.
Die Antriebsspule ist oberhalb der Membran außen auf dem Schwingkörper angeordnet. Es kann eine zylindrische Spule oder eine konische Spule verwendet werden. Es ist aber zweckmäßig, die Neigung der Spule so zu wählen, daß sich die durch die Antriebsspule ausgeübten Kräfte in der Spitze des Schneidstiftes treffen. Auf diese Weise wird außerdem erreicht, daß die Antriebskräfte am Schwingkörper etwa in der Richtung seiner größten Steifigkeit angreifen. Dadurch wird das Auftreten von störenden Teilschwingungen erheblich vermindert.The drive coil is arranged above the membrane on the outside of the vibrating body. It can be a cylindrical coil or a conical coil can be used. But it is useful to adjust the inclination of the Select the coil so that the forces exerted by the drive coil are reflected in the tip of the cutting pin meet. In this way it is also achieved that the driving forces on the vibrating body attack roughly in the direction of its greatest stiffness. This will prevent the occurrence of disruptive Partial vibrations considerably reduced.
Die beiden in der Nähe der Spitze des Hohlkörpers senkrecht auf diesem angeordneten Gegenkopplungsspulen sind senkrecht zur Windungsebene der Antriebsspule angeordnet und soweit wie möglich von dieser entfernt, so daß sich die bestmögliche Entkopplung ergibt. Die beiden Gegenkopplungsspulen sind vorzugsweise flach und kreisförmig ausgebildet und so geschaltet, daß sich Störspannungen durch äußere Felder aufheben. Zweckmäßig werden daher zwei Gegenkopplungsspulen verwendet, gegebenenfalls genügt aber auch eine Gegenkopplungsspule.The two counter-coupling coils arranged in the vicinity of the tip of the hollow body perpendicular to the latter are perpendicular to the winding plane of the drive coil arranged and as far away as possible from this, so that the best possible decoupling results. The two negative feedback coils are preferably flat and circular and switched in such a way that interference voltages caused by external fields cancel each other out. Therefore, it will be useful two negative feedback coils are used, but one negative feedback coil may also suffice.
Der Wandler nach der Erfindung hat den Vorteil, daß er sehr einfach aufgebaut und damit für die Serienherstellung bestens geeignet ist. Durch die Membranaufhängung ergibt sich eine einwandfreie und zuverlässige Zentrierung des Schwingkörpers.The converter according to the invention has the advantage that it is very simple and therefore for the Series production is ideally suited. The membrane suspension results in a perfect and reliable centering of the oscillating body.
Der Wandler kann nicht nur zur einkanaligen Aufzeichnung in Seitenschrift, sondern auch für Aufzeichnungen nach dem Lichttonverfahren verwendet werden. Lichttonaufzeichnungen lassen sich mit dem neuen Wandler ohne weiteres durchführen, wenn an Stelle des Schreibstiftes ein Spiegel verwendet wird, der den auffallenden Lichtstrahl entsprechend der Tonfrequenz ablenkt.The converter can not only be used for single-channel recording in page writing, but also for recordings can be used according to the optical tone method. Optical sound recordings can be made with the Carry out a new converter without further ado if a mirror is used instead of the pen, which deflects the incident light beam according to the audio frequency.
Die Zeichnungen zeigen in vergrößertem Maßstab ein Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Wandlers nach der Erfindung.The drawings show, on an enlarged scale, an embodiment of an electromechanical Converter according to the invention.
ίο Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Schwingkörper in der Symmetrieachse;ίο Fig. 1 shows a longitudinal section through the oscillating body in the axis of symmetry;
Fig. 2 gibt eine Ansicht der zum Aufhängen des Schwingkörpers dienenden Membran wieder;FIG. 2 shows a view of the membrane used for suspending the oscillating body; FIG.
Fig. 3 zeigt die Anordnung der Gegenkopplungsspulen in dem Magnetfeld von unten auf den Schreibstift gesehen.Fig. 3 shows the arrangement of the negative feedback coils in the magnetic field from below on the pen seen.
An der aus nichtmagnetischem Material bestehenden Grundplatte 1 des Wandlers ist das nicht dargestellte Magnetsystem befestigt. In der Zeichnung ist nur der Polschuh 2, der Kern 3 und der Polschuh 4 zu sehen, die einen konischen Luftspalt bilden, in dem die Antriebsspule 5 schwingt. Der trichterförmige Schwingkörper ist unterteilt in ein ringförmiges, konisches Oberteil 6, an dem außen die vorerwähnte Anas triebsspule 5 angeordnet ist, und in das Unterteil 7, das an seiner Spitze den Schreibstift 8 und an seinem oberen Rand die Membran 9 trägt. Die Befestigung der Membran 9 und damit des ganzen Schwingkörpers an dem Weicheisenkern 3 erfolgt mit Hilfe des massiven Gegenstückes 10 durch die beiden Bolzen 11. Die Membran wird dabei mit Hilfe von je zwei Distanzscheiben 12 auf den beiden Bolzen 11 eingespannt. This is not shown on the base plate 1 of the transducer, which is made of non-magnetic material Magnet system attached. Only the pole piece 2, the core 3 and the pole piece 4 are shown in the drawing to see, which form a conical air gap in which the drive coil 5 oscillates. The funnel-shaped The vibrating body is divided into an annular, conical upper part 6, on which the aforementioned Anas Drive coil 5 is arranged, and in the lower part 7, the pen 8 at its tip and at his the membrane 9 carries the upper edge. The attachment of the membrane 9 and thus the entire oscillating body on the soft iron core 3 takes place with the help of the massive Counterpart 10 by the two bolts 11. The membrane is with the help of two Spacers 12 clamped on the two bolts 11.
Die Antriebsspule 5 erzeugt in dem Oberteil 6 — wenn dieses aus Metall besteht — einen Kurzschlußstrom, der mit dem Arbeitsstrom der Steuerspule nicht phasengleich ist. Die Wirkung des Kurzschlußstromes steigt mit zunehmender Frequenz etwa ab 2000 bis 3000Hz stark an. Dadurch eilt die Bewegung des Schwingkörpers der Phase des Antriebsstromes nach, so daß auch die in den Gegenkopplungsspulen erzeugte Gegenspannung zur Antriebsspannung phasenverschoben wird. Die Phase der Gegenkopplungsspannung wird auf diese Weise um mehr als 90° gedreht, so daß die Gegenkopplung in eine Rückkopplung übergeht.The drive coil 5 generates in the upper part 6 - if this is made of metal - a short-circuit current, which with the working current of the control coil is not in phase. The effect of the short-circuit current increases with increasing frequency 2000 to 3000Hz strongly. As a result, the movement of the oscillating body lags behind the phase of the drive current, so that also that in the counter-coupling coils generated counter voltage is phase shifted to the drive voltage. The phase of the negative feedback voltage is rotated in this way by more than 90 °, so that the negative feedback in a Feedback passes.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist der ringförmige Oberteil 6 mit einem Schlitz 13 versehen, so daß sich keine Kurzschlußströme bilden können. Um den Oberteil 6 durch den Unterteil 7 nicht wieder kurzzuschließen, sind beide Teile durch eine Zwischenschicht, beispielsweise Lack, elektrisch getrennt, obwohl beide Teile mechanisch fest miteinander verbunden sind.To avoid this disadvantage, the annular upper part 6 is provided with a slot 13 so that no short-circuit currents can form. In order not to short-circuit the upper part 6 again through the lower part 7, both parts are electrically separated by an intermediate layer, such as paint, though both parts are mechanically firmly connected to each other.
Die beiden Gegenkopplungsspulen 14,15 sind flach und kreisförmig ausgebildet, sie haben somit die größtmögliche Steifigkeit in der Schwingungsrichtiuig. Sie tauchen in je einen Schlitz zwischen den Hilfspolschuhen 16 und 17 (Fig. 3) ein, die mit den PoI-schuhen 2 und 4 für die Antriebsspule magnetisch verbunden sind. Die in den Gegenkopplungsspulen angedeuteten Pfeile geben die Bewegung der Gegenkopplungsspulen an, wenn sich der Schwingkörper in der Richtung des an der Schreibstiftspitze angeordneten Pfeiles bewegt.The two negative feedback coils 14, 15 are flat and circular, so they have the largest possible Rigidity in the Schwingungsrichtiuig. she dive into a slot between the auxiliary pole pieces 16 and 17 (FIG. 3), which are connected to the pole pieces 2 and 4 are magnetically connected for the drive coil. The ones in the negative feedback coils indicated arrows indicate the movement of the negative feedback coils when the oscillating body is in moves in the direction of the arrow located on the tip of the pen.
Für den Aufbau des Wandlers wird nach Möglichkeit nichtmagnetisches Material verwendet, nur der Kern 3 und der Magnet mit den Polschuhen 2, 4For the construction of the transducer, non-magnetic material is used whenever possible, only the core 3 and the magnet with the pole pieces 2, 4
bzw. 16, 17 besteht aus Eisen. Für die Membran 9 wird beispielsweise Bronze verwendet.or 16, 17 is made of iron. For the membrane 9, bronze is used, for example.
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»Radio-Magazin mit Fernsehmagazin«, Nr.
(1953), S. 368 ff.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1063 821;
»Radio magazine with television magazine«, No.
(1953), p. 368 ff.
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