DE1165092B - Akustische Schalluebertragungsanlage in fluessigen Medien - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESGHRIFT

Internat. Kl.: H 04 m

Deutsche KL: 21 a2-19/03

Nummer: 1165 092

Aktenzeichen: M 52452 VIII a / 21 a2

Anmeldetag: 9. April 1962

Auslegetag: 12. März 1964

Die Erfindung betrifft ein selbständiges elektronisches, tauchfähiges Gerät für Vokal- und Schallverbindungen in flüssigen Medien und zwischen diesen und der Luft bzw. umgekehrt.

Im Gebiet der Verbindungen zwischen untergetauchten Personen sind einige Systeme bekannt, die sich auf die Sendung modulierter Wellen, sei es elektromagnetische, Ultraschall- oder Schallwellen, stützen, welche Wellen durch besondere Apparate empfangen und so wiedergegeben werden, daß man sie hören kann. Alle diese Systeme verlangen, daß die untergetauchte Person, um hören zu können, je mit einem geeigneten Hörgerät versehen sein muß. Es ist bekannt, daß die auf dem Markt befindlichen Apparate dieser Art infolge der Tatsache, daß ihre Konstruktion sehr kompliziert ist, nicht nur eine mangelhafte Betriebssicherheit besitzen, sondern auch unpraktisch im Gebrauch, sehr teuer und deshalb nur in vereinzelten Spezialfällen anwendbar sind. Es ist außerdem bekannt, daß besagte Apparate ausschließlich in Verbindung mit besonderen Unterwasseratemgeräten gebraucht werden können.

Diese Sachlage führte zu einer besonderen Untersuchung des Problems mit der Aufgabe, eine möglichst günstige Lösung zu finden, sowohl in wirtschaftlicher als auch in praktischer Hinsicht. Die daraus entwickelte Lösung bildet den Gegenstand vorliegender Erfindung. Das entsprechende Gerät, arbeitend auf Grand akustischer, elektronischer und elektrischer Erscheinungen, gestattet der in flüssigen Medien mit einem beliebigen Atemgerät untergetauchten Person das natürliche Aussprechen und die direkte Abgabe des Schalles der Stimme innerhalb des gleichen flüssigen Mediums, wobei in demselben und insbesondere neben der Atemfunktion die subjektive physiologische Hörbarkeit begünstigt und verbessert wird, wodurch eine drahtlose Verbindungsart für die Verständigung sowohl zwischen untergetauchten Personen als auch zwischen diesen und anderen Personen, die an der Oberfläche sind, d. h. im Luftraum, bzw. umgekehrt zur Verfügung steht, die die bekannte physikalische Erscheinung der ausgezeichneten Ausdehnung von Schallschwingungen in flüssigen Medien auswertet.

Das erfindungsgemäße Gerät umfaßt ein besonders entwickeltes Universal-Mundstück, welches neben einer einwandfreien Atmung auch die korrekte und natürliche Aussprache der Worte gestattet, so daß ein an der Halshaut in der Nähe des Kehlkopfes anliegendes Kehlkopfmikrofon kleinster Abmessungen die Schwingungen am Kehlkopf aufnehmen und einem in einem dichten Gehäuse eingebauten elektronischen Niederfrequenzverstärkerkreis mit entsprechend Akustische Schallübertragungsanlage
in flüssigen Medien

Anmelder:

Luigi Martelli,

Carlos Reinberg, Genua (Italien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. A. Kuhn, Patentanwalt,
Berlin 33, Wildpfad 3

Als Erfinder benannt:

Luigi Martelli,

Carlos Reinberg, Genua (Italien)

Beanspruchte Priorität:

Italien vom 10. April 1961 (Nr. 154/113)

hoher Leistung zuführen kann, wobei letzterer Kreis einen Schallgeber mit besonderen technischen Eigenschäften zur Schallsendung in flüssigen Medien erregt. Ein weiteres im Kopf des Schallgebers angeordnetes Mikrofon hat die Aufgabe, die in flüssigen Medien sich befindenden Tonschwingungen aufzunehmen und einem zweiten, getrennten, verhältnismäßig weniger leistungsfähigen Verstärker auszusteuern. Letzterer erregt einen Kopfhörer, durch welchen das direkte Hören verbessert wird. Das Ganze ist eingerichtet zur Ausnutzung der physikalischen Erscheinung des Überganges der SchaHschwingungen zwischen drei Medien mit verschiedenem akustischem Widerstand. Nach dem entsprechenden Gesetz wird die Schallenergie von einem Medium zu einem anderen mit verschiedenem akustischem spezifischem Widerstand ungemindert übertragen, wenn das Medium, welches den die beiden in Rede stehenden Medien trennenden Zwischenraum ausfüllt, eine Dicke aufweist, die einem Viertel der Wellenlänge der Schwingung im Medium selbst entspricht oder ein ungleiches Vielfaches derselben ist und wenn sein eigener akustischer Widerstand gleich ist der Quadratwurzel der Summe der beiden akustischen Widerstände der beiden äußeren Medien.

Durch die Auswertung dieses Gesetzes erhält das erfindungsgemäße Gerät eine so hohe Leistungsfähigkeit, daß es für alle Unterwasserverbindungen benutzt werden kann, die sich innerhalb der Grenzen befinden, die durch die heutigen Tauchmöglichkeiten des

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Menschen bestimmt werden, mit dem Merkmal, daß innerhalb dieser Grenzen das direkte Hören ohne Hilfsmittel ermöglicht wird, während zur Verbesserung dieses Empfanges ein besonderes eingebautes System für den Schallempfang vorgesehen ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein gesondertes Mundstück aus elastischem Material, welches auch den Atemluftschlauch enthält, aus einem schalenförmigen Hohlraum, einem dünnen Rand zur Abdichtung am Mund und zwei zungenartigen Verlängerungen zum Festhalten vermittels der Zähne bestehend, einwandfreie Sprechbewegungen gewährleistet,

b) der Schallgeber, aus einem Druckkammersystem mit Umlenker bestehend, welches von einem rohrförmigen perforierten Stützelement und einer elastischen wasserdichten Hülse umgeben ist, und das Mikrofon am Frontteil des Schallgebers, der Unterstützung des direkten Hörens des von der Gegenstation ankommenden Schalles dienend, im Verstärkergehäuse untergebracht sind und

c) der vom Mikrofon empfangene Schall über einen ebenfalls im Verstärkergehäuse befindlichen Empfangsverstärker dem Kopfhörer zugeleitet wird.

Da das der Erfindung entsprechende Gerät sich für eine Serienfabrikation durch die Industrie eignet, kann der Verkaufspreis in solchen Grenzen gehalten werden, daß seine Anwendung in weiten Gebieten möglich sein wird, von der beruflichen bis zur sportlichen Tätigkeit.

In den Zeichnungen ist beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstands dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen waagerechten Schnitt gemäß Linie A-A (F i g. 2) des besonderen Mundstückes, F i g. 2 das gleiche Mundstück in Vorderansicht,

Fig. 3 einen schematischen Axialschnitt des Gerätes, enthaltend den elektronischen Teil und den Schallüberträger,

Fig. 4 das Kehlkopfmikrofon in kleinerem Maßstab,

F i g. 5 die Kopfhörer, ebenfalls in kleinerem Maßstab.

Wie es aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, besitzt das besonders für die Erfindung entwickelte Mundstück — welches mit Vorteil auch separat für die normale Unterwasseratmungsfunktion verwendet werden kann — ein rohrförmiges, nicht zu langes Anschlußstück 1, welches für den Anschluß an eine Atmungsversorgung dient. Das innere Ende des rohrförmigen Teiles 1 mündet durch einen Übergang in einen schalenförmigen Hohlraum 2, welcher vorzugsweise so geformt ist, daß er sich der Außenform der Lippen anpaßt. Die Wände, welche den besagten Übergang und den Hohlraum bilden, sind verhältnismäßig dick gehalten, um Deformationen infolge von Druckunterschieden zwischen Innen und Außen oder mechanische Beanspruchungen zu vermeiden. Im In- ßo neren des Hohlraumes ist ein dünner, vorstehender Rand 3 vorgesehen, der die Aufgabe hat, sich der anatomischen Form des Mundes um die Lippen herum anzupassen, und zwar so, daß die Anpassung dicht ist, auch während der Bewegungen des Mundes, die infolge des vorgesehenen Hohlraumes ganz ungehindert erfolgen können. Dieses Merkmal ist von ausschlaggebender Bedeutung, damit die Apparatur korrekt funktionieren kann, insofern, daß die Kehlkopfbewegungen naturgerecht stattfinden können. Das Mundstück besitzt außerdem auf der inneren Seite zwei zungenartige Verlängerungen 4, welche das Festhalten des Mundstückes mittels der Zähne durch Zubeißen, ohne die Bewegungen der Zunge zu hindern, gestatten. Für die Befestigung des Mundstückes am Kopf ist ein Gurt 5 vorgesehen. Vorzugsweise wird das Mundstück aus polymerischem Naturoder Kunststoff mit geeigneter Elastizität hergestellt.

Die Schallschwingungen entsprechend der einwandfreien Diktion, die durch die besagten besonderen Eigenschaften des Mundstückes ermöglicht wird, werden durch ein Kehlkopfmikrofon 6 aufgenommen und übertragen. Letzteres ist so hergestellt, daß es einfach durch Druck in der gewollten Lage am Hals in der Nähe des Kehlkopfes, an der Haut anliegend, festgehalten werden kann. Dieses Mikrofon ist natürlich so durchgebildet, daß es störungsfrei in flüssigen Medien eingetaucht, auch in beachtlicher Tiefe arbeiten kann. Der Anschlußkabelaustritt ist wasserdicht und vorzugsweise durch Verwendung eines geeigneten Steckanschlusses realisiert. Das Kabel ist bis zum wasserdichten Anschlußstück des Gehäuses 7, welches die Hauptteile des Apparates enthält, geführt.

Im Gehäuse 7 ist vor allen Dingen ein erster elektronischer Niederfrequenzverstärker 8, mit Transistoren bestückt, mit hohem Verstärkungswirkungsgrad und angemessener hoher Leistung, an dessen Eingangsklemmen die schwachen Sprachströme des Kehlkopfmikrofons geführt werden, untergebracht. Diese Ströme werden durch den Verstärker 8 so verstärkt, daß ihre Energie imstande ist, den aus den Teilen 9 bis 12 bestehenden Schallwandler für flüssige Medien zu betreiben. Das Druckkammersystem 9 besteht, je nach den Eigenschaften des Mediums, aus einem magnetodynamischen oder elektrodynamischen Tonelement mit Schallkompressionskammer zur Umwandlung der Schallschwingungen innerhalb eines gasförmigen Mediums. Dieses Medium ist im Inneren des Tonelementes und im akustischen Umlenker 11 enthalten. Um den Platzbedarf in Längsrichtung des Umlenkers 11 möglichst klein zu halten, ist derselbe mit umgekehrtem Profil hergestellt, und zwar derartig, daß die gewollte Erweiterung des vor der Austrittsöffnung des Tonelementes sich befindenden Schallverbreitungsraumes nicht beeinträchtigt wird. Die aus dem Tonelement tretenden Wellen laufen axial durch das Innere des rohrförmigen Teiles 11 α und werden am Ausgang desselben in entgegengesetzter Richtung reflektiert, wonach sie entlang dem äußeren Empfang des Teiles 11 α einen inneren Erweiterungsraum durchlaufen, der durch die besondere Formgebung des Umlenkers 11 erhalten wird. Am Ende dieses Erweiterungsraumes werden die Schallwellen neuerdings reflektiert und gegen die geneigte Außenwand des Umlenkers 11 gerichtet, welche ihrerseits für eine radiale Endreflexion sorgt.

~Um den akustischen Umlenker 11 ist eine glokkenartige, mit dem Gehäuse 7 dicht verbundene Hülse 10 montiert, welche aus polymerischem Naturoder Kunststoff, vorzugsweise elastisch, etwa wie Gummi, hergestellt ist. Da diese Hülse nicht imstande ist, einem größeren Außendruck, wie jenem einer Flüssigkeit in einiger Tiefe, standzuhalten, sieht die Erfindung vor, daß anliegend an den Innenwän-

den der Hülse selbst ein rohrförmiges Stützelement 12 mit völlig gelochter Wandung eingebaut wird. Dieses Stützelement kann auch durch andere geeignete Mittel ersetzt werden, sei es mechanischer oder gasförmiger Art.

Die durch den Endteil des akustischen Umlenkers 11 radial reflektierten Schallwellen werden gegen die innere Umfangswand der Hülse 10 gerichtet und treten durch das Stützelement 12 hindurch.

Um günstige Bedingungen zur Verwirklichung der Erscheinung des totalen Überganges der Schallenergie durch drei Medien, wie eingangs beschrieben, zu erhalten, ist die Hülse 10 nicht nur aus einem geeigneten Stoff gefertigt, sondern sie besitzt auch eine Außenoberfläche mit unregelmäßigem Verlauf, so daß die Dicke der Wandung unterschiedlich ist. Hierdurch, stets auf Grund der gleichen physikalischen Erscheinung, wird ein Übergang von Schallwellen mit einem Frequenzspektrum erzielt.

An der oberen Stirnseite des Apparates, d. h. an der Seite, an welcher sich der akustische Umwandler befindet, und unter der Stirnwand der Hülse 10 ist ein Raum zur Lagerung einer empfindlichen Mikrofonkapsel 13 vorgesehen. Infolge der gleichen obengesagten physikalischen Erscheinung empfängt die Kapsel 13 die in der äußeren Flüssigkeit sich regenden Schallwellen und überträgt diese dem schwächeren Niederfrequenzverstärker 14, der im Gehäuse 7 untergebracht ist. Mit diesem Verstärker ist ein Kopfhörer 15 verbunden, der gegen das Ohr der untergetauchten Person anliegt. Dieser mikrofonische Teil des Apparates hat auch eine gewisse Bedeutung, wenn der Apparat selbst für Verbindungen zwischen einer Flüssigkeit und der Luft, z. B. zwischen im Meer untergetauchten und über dem Wasserspiegel sich befindenden Personen, dienen soll.

Die Verstärker 8 und 14 können z. B. durch Trokkenelemente 16, die in der Lage sind, den notwendigen Strom zu liefern, gespeist werden.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die Konstruktionsform des beschriebenen und dargestellten Beispiels. Die Konstruktionseinzelheiten können praktisch Änderungen erfahren, ohne deshalb aus dem Rahmen der Erfindung zu gelangen, solange deren Grundgedanke beibehalten wird. Die Bestandteile der gesamten der Erfindung entsprechenden Apparatur können einzeln oder zusammen auch in anderen Gebieten, und zwar auch auf andere Weise als beschrieben, Anwendung finden. Es kann also auch anderen Zwecken dienen, was insbesondere für das für den Apparat besonders entworfene Mundstück gilt, denn als dasselbe praktisch ausprobiert wurde, ergab es sich, daß es erstaunlicherweise so gut funktioniert, daß seine Anwendung auch für alle normalen Tauchapparaturen als einfaches Mundstück für die Zuführung des für die Atmung notwendigen Gases als sehr vorteilhaft erscheint.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Akustische Schallübertragungsanlage in flüssigen Medien mit einem Körperschallmikrofon, einer Verstärkereinheit mit eingebautem Schallgeber und Mikrofon sowie Kopfhörer, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein gesondertes Mundstück aus elastischem Material, welches auch den Atemluftschlauch enthält, aus einem schalenförmigen Hohlraum (2), einem dünnen Rand (3) zur Abdichtung am Mund und zwei zungenartigen Verlängerungen (4) zum Festhalten vermittels der Zähne bestehend, einwandfreie Sprechbewegungen gewährleistet,

b) der Schallgeber, aus einem Druckkammersystem (9) mit Umlenker (11) bestehend, welches von einem rohrförmigen perforierten Stützelement (12) und einer elastischen wasserdichten Hülse (10) umgeben ist, und das Mikrofon (13) am Frontteil des Schallgebers, der Unterstützung des direkten Hörens des von der Gegenstation ankommenden Schalles dienend, im Verstärkergehäuse untergebracht sind und

c) der vom Mikrofon (13) empfangene Schall über einen ebenfalls im Verstärkergehäuse befindlichen Empfangsverstärker (14) dem Kopfhörer (15) zugeleitet wird.

2. Schallübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem in flüssigen Medien tätigen Schallgeber ausgestattet ist, welcher die physikalische Erscheinung ausnutzt, nach der die Schallenergie von einem Medium zu einem anderen mit verschiedenem akustischem spezifischem Widerstand ungemindert übertragen wird, wenn das Medium, welches den die beiden in Rede stehenden Medien trennenden Zwischenraum ausfüllt, eine Dicke aufweist, die einem Viertel der Wellenlänge der Schwingung im Medium selbst entspricht oder ein ungleiches Vielfaches derselben ist und wenn ihr eigener akustischer Widerstand gleich ist der Quadratwurzel der Summe der beiden akustischen Widerstände der beiden äußeren Medien.

3. Schallübertragungsanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glockenartige Hülse für das wasserdichte Umschließen des akustischen Umwandlers aus polymerisiertem natürlichem oder künstlichem Stoff besonderer Eigenschaften hergestellt ist, während die Dicke der Wandungen durch die unregelmäßige Formgebung der Oberflächen ungleichmäßig ausfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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