DE310033C - - Google Patents

Description

Fernhörer mit hervortretender Eigenschwingung sind wiederholt vorgeschlagen worden, ohne daß indessen eine höheren Ansprüchen genügende Lösung bekanntgeworden wäre. Die älteste, in der Literatur häufig erwähnte Konstruktion rührt von Mercadier her, der durch Unterstützung der Membran in drei Punkten diejenige Schwingung hervorheben wollte, die in diesen Punkten eine

ίο Knotenlinie ausbildete. Durch Verschieben der Stützpunkte sollte die Eigenschwingung im Betriebe verändert werden können. Diese und weitere bekannte Konstruktionen haben keine größere praktische Bedeutung gewonnen. Der Grund liegt darin, daß das angestrebte Ziel, die Hervorhebung einer Schwingung oder eines kleinen Schwingungsbereiches durch das Mittel der Resonanz infolge zu starker Dämpfung nur unvollkommen er-

reicht wurde. '

Die Erfindung bringt eine verbesserte Lösung der Aufgabe. Sie beruht auf folgenden Erwägungen und experimentellen . Feststellungen.

Die Schwingung einer Telephonmembran läßt sich in erster Annäherung als die Bewegung eines von einer elastischen Kraft zurückgehaltenen Massenpunktes in einem dämpfenden Medium darstellen.

, Das Dämpfungsdekrement ist durch einen

Ausdruck von der Form .gegeben.

Hierin bedeutet M die Masse des bewegten Teils, V die Schwingungszahl und ρ einen Faktor, der die verschiedenen Energie verzehrenden Vorgänge zum Ausdruck bringt, in erster Linie die Schallabgabe an die Luft, dann die innere Reibung der bewegten Massen, die Reibung der bewegten Luft an festen Wänden, die Entstehung von Luftwirbeln und die Abgabe von Bewegungsenergie an benachbarte körperliche Gebilde, z. B. die Weichteile des menschlichen Ohrs.

Ein naheliegendes Mittel, das Dampfungs- :. dekrement zu vermindern und damit die Resonanzfähigkeit zu erhöhen, besteht gemäß obiger Formel in der ,Vermehrung der Masse der bewegten Teile. Wenn man auf die Mitte einer gewöhnlichen Telephonmembran ein Gewicht befestigt, z. B. von etwa 20 gr, so findet man in der Tat, daß die Dämpfung erniedrigt wird. Eine der in der physikalischen Experimentierkunst gebräuchlichen Methoden zur objektiven Darstellung von Schwingung«-' kurven zeigt ohne weiteres, daß dann der Charakter der Eigenschwingung sich zugunsten einer verminderten Dämpfung geändert hat.

Die durch die Vermehrung der Masse bewirkte Vertiefung der Eigenschwingung kann durch eine steifere, z.B. dickere Membran leicht ausgeglichen werden.
■ Man könnte nun geneigt sein, anzunehmen, daß die Vermehrung der Masse ein Mittel darstellt, um die Dämpfung der Membran ganz nach Belieben bis zu sehr kleinen Beträgen herabzusetzen. Hierin liegt indessen ein Trugschluß. Es ergibt' sich vielmehr mit zunehmender Masse sehr bald eine kritische Grenze, über die hinaus die Dämpfung nicht

ab-, sondern wieder zunimmt. Die Ursache liegt in einem bisher nicht beachteten \'organge, auf den im folgenden' eingegangen werden soll, weil seine Erkenntnis zu demjenigen Mittel überleitet, das den einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung bildet. Wenn die Membran eines gewöhnlichen Telephons sehr stark beschwert ist, so darf man nicht mehr die Annahme machen, daß

ίο das Gehäuse einschließlich des Magnetsystems und der Muschel in Ruhe verbleibt. Diese bisher stillschweigend gemachte Voraussetzung, die berechtigt ist, solange die Masse der Membran gegenüber der des Gehäuses und des Magnetsystems vernachlässigt werden darf, ist dann nicht mehr zutreffend. Es ist vielmehr mit der Tatsache zu rechnen, daß dann das Magnetsystem, die umschließende Dose und die Muschel in Schwingungen versetzt wird. Hiermit ist aber ein außerordentlicher Energieverbrauch verbunden, der die Dämpfung vermehrt.

Zur näheren Erläuterung und Veranschaulichung der Schwingungszüstände sind die Fig. ι und 2 gezeichnet. Fig. 1 stellt einen Schnitt durch eine gewöhnliche Membran und eine zugehörige Dose dar. Das Magnetsystem ist der Einfachheit wegen fortgelassen. Die punktierten Linien zeigen den Verlauf der Durchbiegung der schwingenden Membran.

Fig. 2 zeigt, in welcher Weise das Schwingungsbild sich ändert, wenn die Membran in der Mitte mit einer Masse belegt ist, die gegenüber den Massen an den Rändern, d. h. der Dose und des zugehörigen Magnetsystems nicht mehr vernachlässigt werden darf. Man erkennt, daß die Knotenlinie vom Rande der Membran nach der Mitte zu verschoben ist, und der Rand mitsamt der daran befestigten Dose in Schwingung versetzt wird. Im praktischen Gebrauch wird nun das Telephon an das Ohr gedrückt und häufig noch mit einer Hand festgehalten. Der menschliche Körper

gehört aber zu den denkbar vollkommensten Schwingungsdämpfern. Man überzeugt sich hiervon leicht durch einen Versuch mit einer Stimmgabel. Während eine Stimmgabel im freien Zustande mehrere Minuten lang ertönt,

erlöschen ihre Schwingungen nahezu momentan, wenn man eine Zinke am freien Ende oder in der Nähe desselben leicht mit dem Finger berührt. In gleicher Weise dämpft ■ der menschliche Körper die Schwingung der

Fernhörermembran, da dort, wo die Berührung stattfindet, sich eine nicht unbeträchtliche Schwingungsamplitude ausbilden will.

Die Erfindung verhindert nun, daß diese Dämpfungsursache zur Wirkung kommt, oder schwächt sie doch zum mindesten stark ab, indem einerseits zwar die Membran mit Masse beschwert . wird, diese Masse aber gering bleibt im. Vergleich zu 'den übrigen Massen, und indem andererseits der Durchmesser der Membran weit unter das übliche Maß herabgesetzt wird. Dabei ist ferner die den Schall abgebende Fläche zwecks Erzielung einer guten Empfindlichkeit am Rande von einer festen Wand umschlossen.

Man erhält hiermit folgende Vorteile:

a) Das Gewicht der. aufzulegenden Masse und daher auch das des gesamten Fernhörers bleibt in mäßigen Grenzen.

b) Durch Verringerung der schallabgebenden Fläche wird der Faktor ,0 in der obenerwähnten Formel verringert und damit die Dämpfung noch weiter herabgesetzt.

c) Die Empfindlichkeit des Fernhörers ist bei Resonanz nicht unwesentlich größer als die eines Fernhörers mit gewöhnlicher Membran von sonst gleicher Konstruktion.

Die Fig. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel. In ihr bedeutet M die Membran, G das Gewicht und P eine starre Platte, auf der die Membran mittels des Ringes R befestigt ist.

Das Gewicht G besteht aus Eisen und versieht zugleich die Rolle des Ankers für das Magnetsystem. Es besitzt dort, wo es mit der Membran verbunden ist, einen geringeren Durchmesser als an der Stelle, die den Magnetpolen gegenübersteht. Würde man diesem Gewicht etwa die Gestalt eines Zylinders von konstantem Durchmesser geben, so würden sich folgende Schwierigkeiten ergeben:

Wählt man den Durchmesser hinreichend groß, so daß das Gewicht die Polschuhe gut überdeckt, so würde er gleich oder nahezu gleich dem Membrandurchmesser sein. Die Membran würde dann über ihre ganze Fläche mit dem Gewicht steif verbunden sein und ihre Schwingungsfähigkeit verlieren.

Wählt man hingegen den Durchmesser des Gewichts derart klein, daß das Gewicht nur an den mittleren Teilen der Membran an^ liegt, so bleibt zwar die Scliwingungsfähigkeit der Membran erhalten, die Polschuhe müßten aber sehr dicht aneinandergerückt werden, damit der Anker sie ' überdecken χ kann. Hiermit wäre aber eine außerordentliche Verschlechterung der magnet-elektrischen Verhältnisse verbunden.

Dadurch, daß man, wie die Fig. 3 zeigt, dem Gewicht verschieden große Durchmesser gibt, werden die Vorteile eines guten magnetischen Kreislaufes und ■ einer gut schwingenden. Membran zugleich erreicht. ·

Die Konstruktion nach Fig. 3 ist insofern verbesserungsbedürftig, als zwischen der Muschel 6" und der starren Platte P tote j Hohlräume H H verbleiben, die für die

Claims (6)

Schallübertragung durch die öffnung O hindurch nach dem Ohr hin nicht erforderlich sind, ja sogar.schädlich wirken. Obgleich nämlich die Muschel 5 bis zu einem gewissen Grade selbst in Schwingungen'-gerät und diese Schwingungen auf das Ohr überträgt, so erfolgt doch die Schallleitung von der Membran auf das Ohr im wesentlichen in der Weise, daß der Luftraum ίο oberhalb der Membran verdichtet und verdünnt wird und diese Luftbewegung durch die Öffnung O in den Gehörgang des Ohres eindringt. Damit nun die Verdichtungen und Verdünnungen der Luft möglichst groß werden, ist es erforderlich, tote Räume, d. h. solche, die für die Fortpflanzung des Schalls nicht in Frage kommen, zu vermeiden. ■ Die Fig. 4 ' veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die toten Räume von der Membran abgeschlossen und daher unwirksam gemacht sind, indem der Befestigungsring R der Fig. 3 hier als Trichter T ausgebildet ist. Der konische Verlauf begünstigt die Schalleitung. Statt dieses besonderen Trichters könnte man auch die Muschel selbst derart ausbilden, daß die toten Räume H fortfallen. Die Fig. 5 stellt ein Monotelephon mit gleichmäßig veränderlicher Eigenschwingung dar. Zur Erzielung der A'erstellbarkeit ist am Boden der Dose eine zweite Membran m vorgesehen. Diese ist an ihrem Rande mittels des Ringes r mit dem drehbaren Körper d fest verbunden. Sie trägt in ihrer Mitte ein kleines Gewicht g, in welches ein Stößel s mit Gewinde eingreift. Dieser Stößel ist mit dem Gewicht G der oberen Membran starr verbunden. Dreht man nun an dem Körper d, so gleitet der Ring r auf dem Ring e, welch letzterer mit dem Boden der Dose fest verbunden ist, und das Gewinde des Stößels schreitet in dem Gewicht g vorwärts. Hierdurch werden die obere und die untere Membran mehr oder weniger stark gegeneinander verspannt, und die Eigenschwingung der Gesamtheit des schwingenden Gebildes wird verändert. Man erkennt, daß auch die starre Platte P und der obere Teil der Dose mit Gewinde versehen sind. Der Zweck ist der, den Abstand des Gewichts G von den Polschuhen richtig einstellen und gegebenenfalls diese Einstellung nachregulieren zu können, wenn durch Anspannen der beiden Membranen der Abstand zwischen Gewicht G und den Polschuhen zu klein geworden ist, bzw. wenn etwa das Gewicht auf den Polschuhen aufliegt. Der Ring/ dient zur Fixierung der Platte P. Bemerkenswert an der beschriebenen Stellvorrichtung zur Veränderung der Eigen- · schwingung ist der Umstand, daß durch ihre Benutzung während des Betriebes die Bewegung der schwingenden Teile in keiner Weise abgebremst wird. Man kann also, während man hört, die Eigenschwingung ändern, ohne daß irgendwelche Störungen eintreten. Wenn das Monotelephon richtig zusammengebaut ist, so entspricht jeder Stellung des drehbaren Körpers d eine bestimmte Schwingungszahl. Man kann daher eine Teilung auf dem Körper d anbringen, sei es in Winkelgraden, sei es unmittelbar in Tonhöhen. Auf diese Weise erhält man ein Meßgerät zur Bestimmung von Schwingungszahlen. Wichtig ist es für die Membran ein Material zu wählen, das durch Spannen keine dauernden Formänderungen erleidet. Das übliche Membraneisen hat sich wegen seiner Weichheit als völlig ungeeignet erwiesen. Bronzeblech und. noch besser federhartes Stahlblech genügt indessen den Anforderungen. ; ; Paten τ-Ansprüche:

1. Fernhörer mit hervortretender Eigenschwingung, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Magnetsystem angezogene Anker mit Masse beschwert ist oder selbst die wesentliche Masse des schwingenden Systems bildet, und daß die den Schall abgebende Fläche einerseits zwecks Erzielung guter Empfindlichkeit am Rande von einer festen Wand umschlossen ist und andererseits infolge verminderter Größe dem schwingenden Gebilde weniger Energie entzieht, als die üblichen Membranen.

2. Fernhörer mit hervortretenderEigenschwingung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Membran von verminderter Schall abgebender Fläche und einem mit ihr verbundenen derart gestalteten Anker, daß seine den Polschuhen gegenüberstehende Fläche dieselbe oder ungefähr dieselbe Ausdehnung wie die Membran besitzt, während die Befestigungsstelle selbst sich nur über die mittleren Teile der Membran erstreckt. ,

3. Fernhörer mit hervortretender Eigenschwingung gemäß Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die das Magnetsystem enthaltende Dose auch nach der Ohrseite hin von einer festen Wand abgeschlossen ist, in deren Mitte sich eine Membran von verminderter Fläche befindet, und daß von dem Rande dieser Membran nach der öffnung der Muschel ein besonderer, den Schall leitender, zweck- _1!?q mäßig trichterförmig gestalteter Kanal

• ·.· vorgesehen ist.

4· Fernhörer mit hervortretender Eigen- T Schwingung gemäß Anspruch ι oder fol- i genden, dadurch gekennzeichnet, daß die ] den Schall erzeugende Membran mit einem ■ anderen elastischen Gebilde, z. B. einer zweiten Membran, regelbar verspannt ist, ; um die Eigenschwingung abändern zu können (Fig. 5).

5. Fernhörer mit hervortretender Eigen- > Schwingung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verspannten elastischen Gebilde aus Bronzeblech, federhartem Stahl oder -einem anderen Material von hoher Elastizitätsgrenze hergestellt sind.

6. Fernhörer mit hervortretender Eigenschwingung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verstellung der Eigenschwingung dienende Vorrichtung mit einer Teilung versehen ist, nach der die Tonhöhe bestimmt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.