DE1762258A1 - Koerperschallentkoppelter elektroakustischer Wandler - Google Patents

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen ...

Körperschallentkoppelter elektroakustischer

Wandler

Die Erfindung betrifft einen körperschallentkoppelten elektroakustischen Wandler, dessen Wandlerelement eine Eigenfederung F, eine Eigenmasse M und gegebenenfalls Endmassen M,, und M₂ aufweist und das zwischen zwei

Federelementen mit den Federungen F,, und F^ in einer "

starren Halterung gelagert ist.

Bei den bekannten Wandlern der obengenannten Art handelt es sich beispielsweise um Schalldrubkempfänger für Luftschall oder für Wasserschall. Bei solchen Wandlern kann ^! bei fehlender Körperschallentkopplung von der starren Halterung Körperschall auf oder in den Wandler gelangen und dort einen Schalldruck vortäuschen, der im eigentlichen Luft- oder Wasserschallfeld nicht vorhanden ist.

Bei elektroakustischen Wandlern üblicher Bauart ist das Wandlerelement beziehungsweise der Schalldruck- (

oder SchallSchnellauf nehmer mit der starren Halterung durch eine elastische Lagerung verbunden. Diese elasti sche Lagerung ist häufig für die funktion des elektroakustischen Wandlers unerläßlich und bewirkt im allgemeinen nur eine teilweise Körperschalldämmung auf dem

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übertragungswege von der starren Halterung zum Wandlerelement. Elektroakustische Wandler üblicher Bauart besitzen mindestens eine Symmetrieachse und sind oft rotationssymmetrisch aufgebaut· Sie Körperschallempfindlichkeit des elektroakustischen Wandlers ist aufgrund der Bauweise in Richtung einer Symmetrieachse besonders ausgeprägt. Andererseits hat auch der Körperschall in der den elektroakustischen Wandler tragenden Konstruktion eine Vorzugsrichtung; so ist in einem W Blech der Vibrationsausschlag senkrecht zur Blechoberfläche meistens am größten. Aus diesen Gründen werden ; Maßnahmen zur Körperschalldämmung vorwiegend nur für eine Sichtung erforderlich.

Eine weitergehende Körperschalldämmung wird üblicherweise dadurch erreicht, daß zwischen die starre Halterung und den körperschallführenden Befestigungsort ein zusätzliches elastisches Glied eingesetzt wird. Soll auf diese Weise eine ausreichende Körperschalldämmung bis zu sehr tiefen Frequenzen erzielt werden, so muß das elastische Zusatzglied sehr weich sein. Dadurch t ergeben sich einmal geringe mechanische Stabilität des Systems von Wandler und elastischem Zusatzglied und zum anderen mangelnde Maßhaltigkeit des Ortes des elektroakustischen Wandlers an seiner Einbaustelle, was bei definierten Konfigurationen von akustischen Gruppenanordnungen

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stark stört. Ausnahmslos existiert bei diesem Wandler eine untere Grenzfrequenz, bei der die Kombination elektroakustischer Wandler und zusätzliches elastisches Glied in Resonanz gerät und infolge Resonanzüberhöhung Körperschall mit besonders starker Amplitude auf das Wandlerelement gelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen weit- :

gehend körperschallunempfindlichen Wandler zu schaffen, der die obengenannten Nachteile vermeidet. Das geschieht ' erfindungsgemäß durch einen elektroakustischen Wandler der eingangs genannten Art, bei dem die Bemessung der

Gleichung I

U) F₁ (M₁ + 2~) m F₂ (M₂ + Ty) genügt.

Insbesondere wird die Aufgabe auch gelöst durch einen elektroakustischen Wandler mit einem in Bezug auf die Quermittelebene des Wandlerelementes symmetrischen Aufbau der starren Halterung, wobei die Federungen F₁ und F₂ und gegebenenfalls die Massen M₁ und M₂ je untereinander gleich sind.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Beispielen

näher erläutert. Dabei zeigt (

Fig. 1 einen körperschallentkoppelten Wandler

Fig. 2 sein mechanisches Schaltbild

Figo 5 das zugehörige elektrische Ersatzschaltbild

Fig. 4 ein zweites Beispiel eines Wandlers nach der Erfindung ,

Fig. 5 dessen elektrisches Ersatzschaltbild

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Fig. 1 zeigt den Aufbau eines elektroakustischen Wandlers im Schnitt. Der elektroakustische Wandler ist mit seinem Gehäuse 1, das gleichzeitig als starre Halterung dient, starr an einer körperschallführenden Wand 2 befestigt. In dem Gehäuse 1st ein Tonpilz - bestehend aus der Frontmasse 3» dem druck- oder schnelleempfindliohen Wandlerelement 4 und der Rückmasse 5 -mit den Ringfedern 6 und 7 befestigt. Die Wand 2 vibriert in der durch den Doppelpfeil angezeigten Richtung. Die Frontmasse 3 ist an das Luft- beziehungsweise Wasserschallfeld außerhalb des elektroakustischen Wand lers angekoppelt

In Pig. 2 ist das mechanische Schaltbild dieses Systems schematisch dargestellt· Es bedeuten hier:

_l VL die Masse der starren Frontmasse 3 fL, die Masse der starren Rückmasse 5 M die Masse des Wandlerelementes 4 F die Federung des Wandlerelementes 4 F^ die Federung der Ringfeder 6 F₂ die Federung der Ringfeder 7

Die Massen der Ringfedern 6 und 7 sind im allgemeinen gegenüber den Massen 3 und 5 *u vernachlässigen.

Aus Fig. 2 erhält man unter Anwendung der üblichen elektromechanischen Analogie.erster Art (die Spannung vertritt die Kraft, der Strom die Schnelle) das

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Ersajbz schaltbild der Fig. 3, bei der die mechanischen. Bezeichnungen aus Fig. 2 für die nunmehr elektrischen Ersatzelemente beibehalten sind·

Aus Fig. 3 erkennt man, daß es sich um eine Brückenschaltung handelt, die abgeglichen ist, das heißt bei der F strom- und spannungalos ist, wenn die Bedingung (I)

F,

f>

erfüllt ist. Das bedeutet für den mechanischen fell, daß die resultierende Dehnung an dem Wandler element

4- verschwindet.

Ein auf das Gehäuse 1 übertragener JLÖrpereohall kanu nicht auf das Wandlerelement einwirken. .

Das angegebene Schaltbild gilt für einen frequenz- ' bereich, in dem die Einzelelemente kopientriirte > f

Schaltelemente bleiben. ^ _;, i__!fi .

Diese Bemessung ermöglicht die Schaffung empfindlicher Wandler duroll ein·. Xreguenaunabhiaeiee Körperschallentkopplung im angegeisenea Preg^ienJiberfioii und erlaubt gleichzeitig eine starre Befeatigung d< elektroakustischen Vfandlere an OJrägerkonstruktioiie» ohne

zusätzlichen elastischen Gliedes mit den dam^t verbundenen Nachteilen.

Jn Fig. 4 ist ein weitere« Beispiel

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akustischen Wandlers dargestellt, der rotationssymmetrisch und in Bezug auf die Einleitung der Körperschallkräfte symmetrisch aufgebaut ist.

Die starre Halterung besteht hier aus einem an der körperschallführenden Wand 2 befestigten Bolzen 8 und den beiden Flanschen 9 und 10, die starr verbunden sind. Der Bolzen 8 wird axial von Körperschall angeregt (Doppelpfeil). Ober zwei Hingfedern 11 und 12 ist das hohlsylinderfSrmige Wandlerelement Ψ 13 elastisch mit den Flanschen 9 und 10 verbunden. Ein Kunststoffüberzug 14 schützt den elektroakustischen Wandler gegen Umwelteinflüsse· Die Ringfedern 11 und. 12 besitzen gleiche Federung F^ * F₂* Die flansche 9 und 10 haben gleiche Abmessungen und gleiche mechanische Eigenschaften· Sie müssen nicht notwendigerweise starr sein. In diesem Fall trägt ihre voraussetsungsgemäB gleiche Federung in gleichem HaBe zur effektiven Federung der Hingfedern bei· Das Material des KunststoffÜberzuges 14 1st so gewählt, daß seine mechanischen Eigenschaften im Ersatzschaltbild veraachläseigbar sind.

3h Fig. 5 ist das elektrische Ersatzschaltbild dieses elektroakustischen Wandlers dargestellt, wobei H die Hasse des Wandlerelementes und F wiederum seine Federung symbolisiert· Die Brückenschaltung ist

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... sr -f-

abgeglichen und somit F strom- und spannungslos, wenn F^ β Pg ist. Da dies vorausgesetzt ist, erfüllt diese Schaltung als ßpezialfall auch die Bedingung (I) - 0).

Das bedeutet für den mechanischen Fall, daß bei Körperschalleinwirkung die resultierende Dehnung an dem Wandlerelement 13 verschwindet, d.h. der von der Wand 2 auf den Bolzen 8 übertragene Körperschall kann nicht auf das Wandlerelement 13 wirken.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt.

Es sind nur axial wirkende Körpersohallanregungen beschrieben worden. Aber auch- bei lateraler und insbesondere radialer Körperschalleinwirkung kann eine Körperschallentkopplung dadurch erreicht werden, daß die Kennwerte der Massen- und Feder elemente für die betreffende Richtung gemäß der Bedingung (I) gewählt werden.

Ferner ist nur das Empfangsverhalten eines elektroakustischen Wandlers beschrieben. Nach dem Reziprozitätsprinzip gelten analoge Beziehungen für das Sendeverhalten. Ib Sendefall wird am Wandler element eine Dehnung erzeugt, die bei Erfüllung der Bedingung (I) in ein^starre^Halterung bemiehungsweise im Gehäuse einander aufhebende Kräfte erzeugt, sodaß das Gehäuse in Ruhe bleibt und keine Kräfte auf die tragende, Konstruktion ausübt. Ein auf

• · · ο

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diese Weise gebauter Schall sender, z.B. nach Fig. 1, überträgt keinen Körperschall auf die Wand 2.

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Claims (2)

1. Ans prüehe *

   ίl.\ Körperschallentkoppelter elektroakustischer Wandler, dessen Wandlerelement eine Eigenfederung F, eine Eigenmasse M und gegebenenfalls Endniassen M und Mp aufweist und das zwischen zwei Federelementen mit den Federungen F, und Fp in einer starren Halterung gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Gleichung

   F₁ (M₁ + f) « F₂ (M₂ 4- |)
2. 2. Elektroakustischer Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in bezug auf die Quermittelebene des Wandlerelementes (l~$) symmetrischen Aufbau, wobei die Federungen P-, und Fg und gegebenenfalls die Massen M, und M_g je untereinander gleich

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