DE1446897U - - Google Patents

Description

• Frequenzanalysator.

  Die Unteraohung von Frequenzgemiechen und

  die Kennung der Frequenzabhängigkeit des Übertragungsmasses sind stete wiederkehrende Aufgaben bei der Entwicklung von Einrichtungen zur elektrischen SpraohUbertragung. Be interessiert z.B. die Untersuchung von

  Sprache und Musik oder die ZuBammenaetzung eineB Knalle,

  t

  Motoren-odersonstigenGeräuschesauseinzelnenLinien-oder Bandfrequenzspektren, weiter aber auch die Frequenzkurre der einzelnen Organe einer elektro akustischon Apparatur wie Verstärker, Mikrophon, Lautsprecher

  unw. für sich genommen und auch die resultierende. Pro-

  quenzkurve der gesamten Einrichtung im betriebamae eigen Zustande. Es eind Verfahren bekannt geworden, derartige Frequenzen punktweise aufzunehmen. Man benutzt dabei für Ein- un Ausgangswechselspannungen integrierende Spannungzmesser, die den Effektivwert messen, und verbindet die einzelnen Meaapunkte durch eine stetige Kurve.

  Statt dieaea zehr mühevollen und zeitraubenden

  Verfahrene tatesauchbec nt geworden, die Frequenzkttrve

  mit einer automatiachen Begletriervorriohtung aufzunehmen,

  bei welcher die Neaafrequenz den ganzen zu untersuchenden

  Tonbereich atetig durchläuft und die Measwerte durch das

  Anzeigeinstrument gleioh mit aufgeachrieben werden. Auch

  dieses Verfahren hat jedoch einen prinzipiellen Nachteil.

  Ee ist nämlich nötig, die Geschwindigkeit der Prequenzände-

  rung ao klein zu halton, dann das Anzeigeinetrument genügend

  Zeit hat, um den Schwankungen des Obertragungamassee zu fol-

  gen. Zeitlich konstante Vorgänge laaaep eich auf diese Weiee

  .

  gut analysieren. Anaera Verhält ea oiöh aber bei Neräueohen

  von nur verhältniamäaaig kurzer Dauer oder schwankender In

  . teneität oder Zusammensetzung. Bei dem bekannten Verfahren

  wird für die Erzeugung einer Kurve eine Zeit von V2 bis etwa

  5 Minuten benötigt. Knall, Spaohgeräueohe oder der. hier-

  mit zu analysieren ist also praktisch unmöglich.

  Hier schafft die Neuerung Abhilfe. Durch sie ist

  ein Frequenzanalyaator geschaffen, der eine unmittelbare,

  insbesondre/

  /optische Anzeige der Amplituden-und Frequenzverteilung

  eines beliebigen Prequenzspektruma gibt, ohne die Naohteile

  des bekannten Suohtonverfahrens aufzuweieen. Ea iBt mit dem

  neuerungegemänsen Prequenzanalysator möglich, auch kürneete

  Geräusche einwandfrei zu analysieren.

  Oemäse der. Neuerung sind bei einem Prequensanaly-

  er insbesondere/

  autor mit unmittelbar/optischer Anzeige Über das gesamte zu

  untersuchende Frequenzspektrum eine Reihe von parallele. sohal-

  teten Filtern torgonehen, die das zu untersuchende Frequenz-

  Spektrum in an eich bekannter Weise in eine entsprechende

  e

  Zahl von Frequenzbereichen unterteilen und weiterhin in den

  Filterauagängen Gleichrichter und Speichermittel (Kondeneato-

  ren) angeordnet, von denen die Teilepannungen abgenommen wer-

  den.

  Die Neuerung zieht weiter Mittel vor, um die Aus-

  gangaspannungen der Teilkanäle in raschem Wechsel dem Anzei-

  gemittel zuzuführen. Die Anaysiergeeohwindigkeit wird dabei

  so hoch gewählt, daaa das gesamte Frequenzepektrum mindestens

  einmal in der Sekunde durchlaufen wird. Es lassen sich dabei

  jedoch noch bedeutend höhere Analyaiergeechwindigkeiten

  t

  ammtalmax erzielen.

  Zur unmittelbaren optischen Anzeige wird vorzug-

  weise eine oaBillographisohe Vorrichtung, insbesondere eine

  Braunsohe Röhre benutzt. Die Anwendung von oazillographiaohen

  Vorrichtungen, wie z. B. Braunaohen Röhren bei der Untersuohung

  von Prequenzgemiaohen wird als an sich bekannt vorausgesetzt.

  Die Ablenkung in der die Frequenzskala darstellenden Abezia-

  senriohtung erfolgt beim nauerungegemäaaen Frequenanalysator

  synchron mit der Abtastung der Teilkanäle und zwar insbeson-

  dere mittelB eines rotierenden Schalters, der vorzugsweise

  mit dem für die Abtastung der Teilkanäle vorgesehenen rotie-

  renden Schalter zwangsgekoppelt ist.

  GemHßa weiterer Neuerung enthält der Frequenzanaly-

  sator eine mlooulatcsnord dor die Ausgangespannnngen

  der Teilkanäle eine feste TrägerfrwqMnz modulieren, wobei

  durch die Bo gesteuerter Trägerfrequenz eine Ablenkung

  der Braunsohen Röhre- » der Amplitudenriohtung (Ordi-

  nate) bewirkt wird. Die modulierte Trägerfrequenz wird

  insbesondere über eine Gle1ohriohteránordnung den Ab-

  lenkorganen für die Amplitudonriohtung zugeführt.

  t

  In der Fig. l ist ein Ausführungsbeispiel der

  Neuerung dargestellt, an Hand dessen noch weitere Ein-

  zelheiten der Neuerung behandelt werden.
• Das zu analysierende Frequenzgemisch wird den Klemmen E zugeführt und über einen Verstärker'1 auf die parallel geschalteten Filter F1, F2 etc. bis Fn gegeben.

  Diese Filter sind als Bandpässe ausgebildet und Zweck-

  massig logarithmisch über den zu analysierenden Frequenz-

  be'reich verteilt. Mittels eines mechanischen Schalters

  8a werden die Ausgangsspannungen der Filter nach Gleich-

  richtung und Passieren ei s Kondensators zur Speioherung

  0 in schneller Folge abgetastet und einem Modulator kl zugeführt. Dieser erhält von dem Generator G die Trägerwelle. Die modulierte Frequenz wird nun durch einen Bandpaß B über einen Verstärker V2 und den Gleichrich-

  ter D der Anzeigevorrichtung zugeführt.

  0

  Zur optischen Anzeige der Ausgangsepannungen

  kann man zweckmäseigerweise ene Braunsche Röhre ver-

  wenden. Die ausgangsspannung hinter dem Gleichrichter D wird dann dem einen Ablenkplattenpaar der Braunsohen RöhreBrzugeführt.

  t

  Zufolge der Neuerung ist es möglich, eine

  gleichzeitige Anzeige sämtlicher Filterspannungen in Form

  ei ! es Amplitudenspektrumu zu erzielen. Wurde die Messpan-

  nung dem Vertikal-Ablenkplattenpaa r A1 des Kathodenstrahloszillographen zugeführt, ao kann man eine synchrone Zeitablenkung in horizontaler Richtung mittels des anderen

  Plattenpaares erzielen. Zu diesem Zweck wird auf dae

  Horizontal-Plattenpaar A eine Gleiohspannung aufgedrUckt,

  die in ihrer Orösse synchron mit der Unaohaltung der Fil-

  .

  terF.-Fn verändert wird duroh einen mit dem Schalter Sa

  gleichlaufenden Schalter Sbg der z, B. mit diesem zwange-

  gekoppelt iet. Man erhält folglich ein Spektrum der ein-

  zelnen Ausgangespannungen der Pilter 7 1 vng wobei die

  einzelnen den Filterdurchlassbereichen entsprechenden Frequenzen als vertikale Linien nebeneinander auf einer Grundlinie erscheinen. Erfolgt nun die Abtastung sämtlioher Filter so rasch, dann ein bleibender Lichteindruck im Auge entsteht, also z.B. 20 mal pro Sekunde, so ergibt sich ein Frequenzspektrum nach Art der Liohtzerlegung

  durch ein Prisma.

  .

  Besondere Aufmerksamkeit ist der Dimensionierung

  der Filter zu widmen. Um eine möglichst genaue Frequenz-

  analyse zu erhalten, ist es wünschenswert, möglichst viele Filter, d. h. möglichst viele Einzelbereiche zu ver-

  wenden. Jedoch steigert sich hierdurch der Aufwand sehr

  1

  beträchtlich, da abgesehen von der Zahl der Filter auch ihre Flankensteilheit bedeutend erhöht werden muss. Für

  den praktischen Betrieb genügt es in den meisten Fällen,

  etwa drei Filter pro Oktave anzuordnen, da im allgemeinen

  1

  nur ein Frequenzbereich von 30 bie 5000 He intereeeiert,

  wofür man dann ca. 22 Fil. erhält. In Spezialfällen kann

  jedoch auoh'eine weitgehendere Unterteilung von Nutzen Bein,

  wenn z. B. ein ganz enges Frequenzband eim r genauesten Un-

  tereuohung unterzogen werden soll. Nach oben läset sich

  der Frequenzbereich beliebig erweitern. Durch die Parallel-

  aohaltttng der Filter ist erreioht, daes alle Filter gleiah-

  ei

  seiti sohwingen können und damit die schädliche Einachwing-

  Mit für das eamte Spektrum hur noch gegeben ist durch die

  Einaohwingzeit den aohmalaten Filtern, Hat diesen z. B. eine

  Breite von 10 Ha, ao beträgt die Rineohwingzeit £Ur dae ge-

  samt* Spektrum etwa 1110 Sekunde.

  Um bei mogliohet kleinem Aufwand an Schaltelementen

  eine hinreichend grose Trennschärfe zu erlangen, werden vor-

  teilhaft Filter verwendet, wie eie in Fig. 2 dargestellt

  Bind. Ein solches Filter besteht aus zwei gekoppelten Re-

  Bonanzkreieen in gUnBtigBter Ankopplung. Jeder dieser Kreiee

  enthält eine lnduktiv1tät. L, eine Kapasität 0 und einen

  ohmaohen Widerstand R. Die Ankopplung erfolgt durch einen

  Abgriff der Induktivität den eraten Kreises. Man erhält eo

  Durchlanekurvon von hinreiohender Steilheit. Je zwei be-

  nachbarte Filter werden am vorteilhafteeten so angeordnet,

  dass für einen Ton bestimmter Amplitude die Effektivwert-

  swmae der angezeigten Linien « gliobt unhangig son der

  relativen Frequenalage des Tones bleibt. Man erreicht diea,

  wenn die Durohlaeskurven zweier benachbarter Pilter sich

  in etwa 0, 7 ihrer Maximalhohe Uberachneiden.

• Durch die Anordnung, wie eie in Fig. 1 gezeigt ist, erreicht man auf dem Fluoreszenzschirm der Braunschen Röhre einen Amplitudenmasstab, der den aufgedrückten Spannungen direkt proportional ist. Durch Einführen eines nichtlinearen Zwischengliedes kann die Amplitudenakala statt linear auch für einen gewissen Bereich logarithmisch gestaltet werden. Dies kann besondere dann wichtig sein,

  wenn eine Analyse von Frequenzgemiaohen nehr verschiedener

  tt

  Amplitude vorgenommen werden m 11.

  An den Filterausgängen sind auch noch Speicher-

  kondeneatoren (inFig. durchO.-On angedeutet) vorgeBehen

  Diese laden sich auf den jeweiligen Spitzenwert der Aue-

  gangaweohsalapannung auf. Zufolge weiterer Neuerung können

  dieselben durch Umschaltung so vergrössert werden, dass ihre Entladung wesentlich verlangsamt wird. Hierdurch gelingt eng ein nur kurze Zeit vorhandenes Spektrum längere Zeit für die Beobachtung festzuhalten. Auch bei schnell veränderlichen Frequenzapektren sind solche vergrößerte Speicherkondensatoren unter Umständen von besonderem Wert, da mit ihnen eine zeitliche Mittelwertsbildung ermöglicht wird.
• Da die neuerungsgemässe Einrichtung einen bleibenden Lichteindruck entstehen lässt, ist es auch möglich, die Vorgänge mit Hilfe einer Photographischen Einrichtung festzuhalten. Dies empfiehlt eich besonders bei schnell veränderlichen Vorgängen. Da ea ohne weiteres möglich ist, die Einschwingzeit für das gesamte Spektrum auf 1/10 sec. oder weniger zu bringen, können zur vollen Ausnutzung der Leistungsfähigkeit des Frequenzanalysators z. B. pro Sekunde 10 Aufnahmen gem oht werden. Besonders zweckmäßig ist der Zusammenbau des Frequenzanalysators mit ainer Pilmkamera, z. B. einer Schmaltilmkamera, die eine automatische Registrierung der zu untersuchenden Vorgänge gestattet.
• MittelsdesneuerungsgemässgebautenFrequenzanalysators ist auch noch eine für die Praxis besonders wertvolle, ausserordentlioh rasche Untersuchung von Leitungen oder anderen übertragungsvierpolen wi'e Transformatoren, möglich. Diesen zu untersuchenden Objekten wird

  ein kontinuierliches Frequenzband oder ein Linienspek-

  t

  trum bekannter Zusammensetzung und Amplitudenverteilung

  aufgedrückt und das Messobjekt auagangsseitig an den

  Analysator angeschlossen. In dem Untereuohungeobjekt

  I

  aufgetreten* frequensabhängige Dämpfungen, Niohtlineari-

  täten etwa. lassen sich dann unmittelbar erkennen und

  können eo leichter beseitigt werden.
• 2 Figuren 16 SohutzaneprUohe.

  Sohn. anriprUohe i

Claims (1)

1) Frequenzanalysator mit unmittelbarer, inebeson- dere optischer Anzeige über das gesamte zu untersuchende Fre- quensspektrum, gekennzeiohnet durch eine Reihe von parallel geschalteten Filtern, die in an sich bekannter Weise das zu untersuchende Frequenzspektrum in eine entsprechende Zahl von Frequanzbereichen unterteilen und durdh in den Pilterausgän- gen angeordnete Gleichrichter und Speiohermittel, von denen die Teilopannungen abgenommen werden. 2) Frequenzanalyaator naoh Anepruch 1, dadurch ge- konnzeichnet, d aee die Unterteilung des yrequenzbandee in der Weise ertolgt, daes drei Pilter pro Oktave verwendet werden. 3) Prequenzanalysator nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, dase das zu untersuchende Frequenzband in logarithmiaohem Maestab unterteilt wird. 4) Frequenzanalysator nach Anepruoh 1 und folgenden, dadurch gekennzeiohnet, dass die Durohlaaekurven zweier be- nachbarter Filter sich so überschneiden, dasa für einen Ton bestimmter Amplitude die Effektivwertsumme der angezeigten Linien möglichst unabhängig von der relativen Frequenzlage des Tones bleibt. 5) Frequenzanalyator nach Anspruch 4, ! uutxfaJMMqp< dadurch gekennzeichnet, dass die Kurven der Durohlasabereiohe zweier benachbarter Filter sich in etwa 0, 7 ihrer Maximalhöhe überschneiden. 6) Frequouanalynator nach Ansprach 1 und folgen- den, dadurch gekennzeiohn, daea die Speioherkon ! enaatoren an den Filterauagängen wo umeohaltbar eind, daae ihre Ent- ladung wesentlich verzögert wird.. 7) Frequenzanalyaator nach Anspruch 1 und folgen- den, dadurch gekennzeichnet, daas Mittel vorgeeehen wind, um die Auegangeapannungon der Teilkmtkle in raschen Wechsel dem Anzeigemittel zuzuführen. 8) yrequensanalyeator nach Anspruch 7, dadurch kennzeiohnet, dann die Analyeiergeeohwindigkeit wo hoch ist, daS8 däe Frequenzapektrum mindeetena einmal pro Sekunde A durchlaufen wird. 9) Prequensanalyeator nanh Ampraoh a, daduroh gekennzeichnet, das8 die Grösee der Analy8iergeBobwindigkeit durch die Einaohwingzeit den aohmalsten filtern bestimmt ist. 10) Frequenzanalyaator nach Anspruoh 7 und folgen- e den, dadurch gekennzeichnet, dasa die Abladung der Filter- ausgangeapannungen durch einen rotierenden Schalter er- 0 folgt. ll) Frequensanalysator nach Anspruoh 1 und folgenden, e dadurch gekennzeichnet, denn zur Anzeige eine oazillogra- phieohe Anordnung, insbesondere eine Braun ohe Röhre vorge- sehen ist, wobei die Ablenkung der die Prequenzekala dar- stellenden Abszisse synchron mit der Abtastung der Teilka- näle geateuert wird. 12) Frequenzanalysator nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, dass die. szissenablenkung der Brauneohen Röhre mittels eines rotierenden Schalters erfolgt, der mit de-a Schalter für die Abtastung der Kanäle zweagekoppelt ist. 13) Frequenzanalysator nach Ansprach 7 und folgen- den, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modulationeanordnung vorgesehen iat, in der die Auagangeepannungen der teilkanäle eine feste Tragerfrequenz modulieren, wobei durch die so gesteuerte Trägerfrequenz die Ablenkung der Braunsohen der Rohiy in dt Amplitudenriohtung (Ordinate) bewirkt wird. 14) Frequenzanalyeator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die modulierte Trägerfrequenz über eine Gleiohriohteranordnung den Ablenkorganen für die Amplitudenriohtung zugeführt wird.

15) Frequenzanalysator nach Anspruch 1 und folgen- den, gekennzeichnet durch Verwendung eines niohtlinearen t Zwischengliedes, um die Amplituden etwa für einen gewissen Bereich nichtlinear und insbesondere logarithmieoh zu ge- starten.

16) Frequenzanalysator nach Anspruch 1 und folgenden in Kombination mit einer photographischen Registriereinriohtung, inebesondere einer Filmkamera, zum Festhalten schnellveränderlicherodernichtreproduzierbarerVorgange.