DE378860C

DE378860C - Sound apparatus with a vibration structure endowed with a certain natural frequency and interacting with the radiator structure

Info

Publication number: DE378860C
Application number: DES52551D
Authority: DE
Original assignee: Signal GmbH
Current assignee: Signal GmbH
Priority date: 1920-03-09
Filing date: 1920-03-09
Publication date: 1923-08-04

Description

Schallapparat mit einem mit bestimmter-Eigenfrequenz begabten mit dem Strahlergebilde zusammenwirkenden Schwingungsgebilde. Sowohl bei der Übertragung von Schallenergie auf eine an das Schallmittel anstoßende Membran wie bei der Entnahme von Schallenergie aus einer an ein Schallfeld anstoßenden Membran ist es in der Regel erwünscht, daß das Verhältnis der Membranamplituden zu den Amplituden des Organs, das die Schwingung erzeugt oder aufnimmt, von Eins verschieden sei. Wird die verlangte Amplitudenübersetzung in bekannter Weise dadurch angestrebt, daß zwischen die Membran und das die Schwingung erzeugende oder aufnehmende Organ ein sogenannter Tonpilz, d. h. ein aus getrennten Massenteilen und einem dieselben verbindenden elastischen Stab bestehendes System (vgl.Patent z97999), eingeschaltet wird, so tritt die Schwierligkeit auf, daß die Strahlungsdämpfung des erhaltenen Systems unmittelbar von der gewählten Amplitudenübersetzung abhängig ist, da beim Tonpilz sowohl die Amplituden der beiden Massen, wie die darin schwingenden Energiemengen sich umgekehrt verhalten, wie die beiden Massen.Sound apparatus with one gifted with a certain natural frequency the radiator structure interacting oscillation structure. Both in the transfer of sound energy on a membrane abutting the sound medium as in the case of extraction of sound energy from a membrane abutting a sound field, it is in the As a rule, it is desirable that the ratio of the membrane amplitudes to the amplitudes of the Organ that generates or receives the vibration is different from one. Will the required amplitude translation sought in a known manner that between the membrane and the organ that generates or receives the vibration is a so-called Clay mushroom, d. H. one of separate mass parts and one that connects them elastic rod existing system (see patent z97999), is switched on, see above the difficulty arises that the radiation attenuation of the system obtained is directly dependent on the selected amplitude translation, since the Tonpilz both the amplitudes of the two masses and the amounts of energy oscillating in them behave the other way around, like the two masses.

Es ist wiederholt vorgeschlagen worden, die verlangte Amplitudenübersetzung dadurch zu erzielen, daß an Stelle eines Schwingungsgebildes ein Hebelsystem zwischen die Membran und das Aufnahme- oder Abgabeorgan eingeschaltet wird. Diese Maßregel würde aber den verlangten Erfolg nur bringen, wenn die Teile des Hebelsystems starr und masse.-los wären, und diese Bedingung ist bei den bisher vorgeschlagenen Hebelsystemen mit genügender Annäherung um so weniger zu erfüllen, j e größer die Schalleistungen und je höher die Frequenzen sind, so daß beispielsweise für Unterwassermembransender diese Art der Amplitudenübersetzung bisher nicht ausführbar erschien. Sie gelingt mit Hilfe der Erfindung.It has repeatedly been suggested to provide the required amplitude translation to achieve that in place of an oscillating structure, a lever system between the membrane and the receiving or delivery organ is switched on. This measure but would only bring the required success if the parts of the lever system are rigid and mass-less, and this condition applies to the lever systems proposed so far with a sufficient approximation, the less to be fulfilled, the greater the sound power and the higher the frequencies are, for example for underwater membrane transmitters this type of amplitude translation did not appear to be feasible up to now. She succeeds with the help of the invention.

Im weitesten Sinne besteht die Erfindung darin, daß an Stelle des bisher fast ausschließlich in Form eines Wagebalkens ausgeführten Hebelsystems ein Kniehebelsystern verwendet wird, das aber nicht, wie es in statischen Konstruktionen gebräuchlich ist, aus gelenkig zusammengesetzten Teilen besteht, sondern aus elastischen Balken, die im stumpfen Winkel geknickt oder entsprechend gekrümmt sind. Ein solcher Balken läßt sich leicht so abmessen, daß seine transversale Eigenschwingung in der Knickebene wesentlich tiefer liegt als seine longitudinale, d. h. als die transversale und longitudinale Eigenfrequenz jedes seiner Schenkel. Wird er so verwendet, daß die transversale Abstimmung mit der verlangten Betriebsfrequenz zusammenfällt, so wirkt er longitudinal näherungsweise wie ein starrer Kniehebel.In the broadest sense, the invention consists in that instead of the previously implemented a lever system almost exclusively in the form of a balance beam Knee lever system is used, but not as it is in static constructions is common, consists of articulated parts, but of elastic Beams that are bent at an obtuse angle or correspondingly curved. Such a Beam can easily be measured so that its transverse natural oscillation is in the The kink plane is much lower than its longitudinal one, i.e. H. than the transversal and longitudinal natural frequency of each of its legs. Is it used so that the transverse tuning coincides with the required operating frequency, so it works longitudinally approximately like a rigid knee lever.

Die übersichtlichste Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erhalten, daß man in einem Tonpilzsystem .den bisher gebräuchlichen elastischen geradlinigen Stiel durch zwei Stiele ersetzt, die an einander gegenüberliegenden Stellen stumpfwinklig geknickt sind und an der Knickstelle das Magnetsvsteni, das Mikrophon o. dgl. befestigt, das bestimmt ist, die Schwingung zu erzeugen oder aufzunehmen.The clearest embodiment of the invention is obtained by that one in a clay mushroom system .the previously used elastic straight line Stem through two stems replaced those on opposite one another Places are bent at an obtuse angle and at the kink the Magnetsvsteni, the Microphone or the like attached, which is intended to generate or record the vibration.

Die Abb. i der Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines solchen Ausführungsbeispiels.Fig. I of the drawing is a schematic representation of such Embodiment.

Auf der Nabe einer Membran < 1 sind zwei stumpfwinklig geknickte Stiele B, B befestigt, die an ihrem oberen freien Ende eine Masse C tragen. An der Knickstelle tragen die Stiele die beiden Hälften D, D eines Elektromagneten. Die zur Erregung des Elektromagneten mit Wechselstrom dienende Spule E wird durch zwei Träger F in ihrer Lage gehalten, die in der Zeichnung durch Schraubenfedern angedeutet sind, um anschaulich zu machen, daß sie wesentlich tiefer abgestimmt sein müssen als die Betriebsfrequenz. Die Befestigung der Spule kann naturgemäß auch in anderer Weise erfolgen, vorzugsweise so. daß sie das Schwingungssystem nicht stört.On the hub of a membrane <1, two stems B, B bent at obtuse angles are attached, which carry a mass C at their upper free end. At the kink, the handles carry the two halves D, D of an electromagnet. Serving for the excitation of the electromagnet with alternating current coil E is held in place by two carriers F, which are indicated in the drawing by helical springs to make it clear that they must be tuned much lower than the operating frequency. The coil can naturally also be fastened in another way, preferably like this. that it does not disturb the oscillation system.

Die Abmessungen der beiden Stiele werden so gewählt, daß ihre Transversalabstimmung mit der Betriebsfrequenz zusammenfällt. Die Longitudinalabstimmung die einer Schwingungsform entsprechen würde, bei der alle vier Massen sich konphas einwärts und auswärts bewegen, liegt dann meistens von selbst wesentlich höher, und es ist leicht möglich, durch geeignete Wahl der Form des Stielquerschnitts das Verhältnis der Longitudinalzur Transversalabstimmung innerhalb weiter Grenzen nach Wunsch zu ändern.The dimensions of the two stems are chosen so that their transversal alignment coincides with the operating frequency. The longitudinal tuning that of a waveform would correspond, in which all four masses move conphas inward and outward, is then usually much higher by itself, and it is easily possible to get through Appropriate choice of the shape of the cross-section of the stem, the ratio of the longitudinal to the To change transversal tuning within wide limits as desired.

Das Verhältnis der Amplituden der -lassen D_ , D, zu denen der Membran A und der Masse C ist dann nur noch von dein Winkel des Knicks bei D abhängig, und man ist daher frei, die Strahlungsdämpfung innerhalb weiter Grenzen durch beliebige Wahl der Massen, vorzugsweise der Masse C, nach Wunsch zu verändern. Wenn das Kniehebels_vstem so arbeiten soll, daß der Punkt bei C praktisch ruhig steht, so kann das einerseits erreicht werden durch seine Befestigung an einem starren Widerlager. Man kann aber auch an Stelle dieses Widerlagers dort eine sehr große :Masse C anbringen, wobei die Größe der Masse sich natürlich nicht in absoluten Massen ausdrücken läßt, sondern abhängig ist von den übrigen Massen des Systems. Sie soll sehr groß sein im Verhältnis zu den übrigen Massen des Systems.The ratio of the amplitudes of the classes D_, D, to those of the membrane A and the mass C is then only dependent on the angle of the kink at D, and one is therefore free to adjust the radiation attenuation within wide limits by arbitrarily choosing the masses, preferably of the mass C, to change as desired. If the knee lever system is to work in such a way that the point at C is practically still, this can be achieved on the one hand by attaching it to a rigid abutment. Instead of this abutment, however, you can also attach a very large: mass C, whereby the size of the mass cannot of course be expressed in absolute masses, but depends on the other masses of the system. It should be very large in relation to the other masses of the system.

Das beschriebene System kann ohne weiteres als Schallsender oder als Schallempfänger gebraucht werden, und der Elektromagnet als erregendes oller aufnehmendes Organ kann im ersteren Falle durch irgendeinen anderen Vihrator, beispielsweise einen elektrodynaniischeu oder rein mechanischen ersetzt werden, und im letzteren Falle auch durch ein 'Mikrophon oder eine rein akustische Aufnahmevorrichtung.The system described can easily be used as a sound transmitter or as Sound receivers are needed, and the electromagnet as an exciting oller absorbent Organ can in the former case by any other Vihrator, for example an electrodynamic or purely mechanical one, and in the latter Fall also through a microphone or a purely acoustic recording device.

Am Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn an Stelle des in der Ausführungsform nach Abb. i gewählten Paares von zwei Kniehebeln ein einziger angewendet wird, der einer unbeweglichen Masse gegenüber angeordnet ist. Man erhält dann etwa die Anordnung nach Abb. a. In Abb. 2 sind die analogen Teile mit denselben Bezugsbuchstaben bezeichnet wie in Abb. i. Auf den Rand der Membran A ist ein massiger Bügel G aufgesetzt, der gleichzeitig die Gegenmasse C der Anordnung nach Abb. i ersetzt und die eine Hälfte DZ des Elektromagneten trägt. An Stelle des Kniehebelpaäres B; -B tritt ein einziger Kniehebel B, welcher den Anker Dl des Elektromagneten trägt.The essence of the invention is not changed if, instead of the pair of two toggle levers selected in the embodiment according to FIG. The arrangement shown in Fig. A is then obtained. In Fig. 2 the analogous parts are labeled with the same reference letters as in Fig. I. A massive bracket G is placed on the edge of the membrane A, which at the same time replaces the counterweight C of the arrangement according to Fig. I and carries one half DZ of the electromagnet. Instead of the pair of toggle levers B; -B occurs a single toggle lever B, which carries the armature Dl of the electromagnet.

Das erzielte Übersetzungsverhältnis zwischen den 1lembranamplituden und den Ankeramplituden ist einerseits von dem Knickwinkel des Kniehebels abhängig. Ist die Gegenmasse C (Abb. i) v erschie(len von der am Membranende des Kniehebels angreifenden Masse A, so verteilen sich die Amplituden der Massen C und .d umgekehrt proportional ihrer Größe, und da es für die Leistung der Vorrichtung nur auf (las Arnplitudenverhältnis von D, D zu A ankommt, so kann es unter Umständen vorteilhaft sein. auch zwischen den Massen C und A eine Amplitudenübersetzung herzustellen, die je nach Bedarf gleich Eins oder größer oder kleiner als Eins gemacht werden kann.The transmission ratio achieved between the membrane amplitudes and the armature amplitudes depends on the one hand on the articulation angle of the toggle lever. If the counter mass C (Fig. I) differs from the mass A acting on the diaphragm end of the toggle lever, the amplitudes of the masses C and d are distributed inversely proportional to their size, and since it is only necessary for the performance of the device to ( If the amplitude ratio of D, D to A is important, it can under certain circumstances be advantageous to establish an amplitude translation between the masses C and A, which can be made equal to one or greater or less than one as required.

Die Erfindung läßt sich auch anwenden, wenn eine umgekehrte Amplitudenübersetzung gefordert wird, wie es z. B. der Fall sein kann, wenn das Schallmittel nicht Wasser, sondern Luft ist. Alsdann muß der stumpfe Winkel des Kniehebels nicht am erregenden oder aufnehmenden Organ angreifen, sondern an der Membran, und man erhält etwa eine Anordnung wie sie in Abb. 3 schematisch dargestellt ist.The invention can also be used when a reverse amplitude translation is required, as z. B. can be the case if the sound medium is not water, but is air. Then the obtuse angle of the toggle does not have to be the most exciting or attack the receiving organ, but on the membrane, and you get about one Arrangement as shown schematically in Fig. 3.

In Abb. 3 ist IL die Mantelwandung einer zylindrischen Kapsel, deren Stirnseiten durch zwei Membranen L, L verschlossen sind. Die stumpfen Winkel eines Kniehebelpaanes B, B greifen an den Naben der beiden Membranen an, und seine spitzen Winkel tragen die Anker Dl, Dl von zwei Elektromagneten, deren Felder D2, DZ aneinander gegenüberliegenden Punkten der Kapselwandung befestigt sind.In Fig. 3 IL is the jacket wall of a cylindrical capsule, the end faces of which are closed by two membranes L, L. The obtuse angles of a pair of toggle levers B, B engage the hubs of the two membranes, and its acute angles carry the armatures Dl, Dl of two electromagnets whose fields D2, DZ are attached to opposite points on the capsule wall.

Die Amplituden der Elektromagnetanker «erden in diesem Falle vergrößert auf die Meinbrannaben übertragen.In this case, the amplitudes of the electromagnetic armatures are increased transferred to the Meinbrannaben.

Dem Wesen der Erfindung wird auch genügt, wenn in der Ausführungsform nach Abb. 3 der eine der beiden Vibratoren oller Detektoren Dl, D2 weggelassen und die betreffende Ecke des Kniehebelsvstems fest mit dem ihr gegenüberliegenden Punkte des Gehäuses K verbunden oder durch eine entsprechend abgemessene freischwingende Gegenmasse ersetzt wird.The essence of the invention is also satisfied when in the embodiment after Fig. 3 of one of the two vibrators oller detectors Dl, D2 is omitted and the relevant corner of the knee lever system is fixed to the opposite one Points of the housing K connected or by a correspondingly dimensioned freely oscillating Counter mass is replaced.

In Abb. q. ist eine abgeänderte Ausführ ungsform der Erfindung dargestellt, bei der die beiden Teile Dl und D2 des Magnetsystems in bekannter Weise durch elastische Stiele N miteinander verbunden sind, so daß sie auch für sich genommen ein Schwingungsgebilde darstellen. Im übrigen sind sie in das Kniehebelsystem nach Abb. i eingebaut. Die Gesamtwirkung dieser Anordnung ist von der Ausführungsform nach Abb. i nicht wesentlich verschieden. Anstatt eines einfachen Schwingungsgebildes sind zwei miteinander gekoppelte Schwingungsgebilde angewendet, wobei in manchen Fällen die Abmessungen der einzelnen Teile günstiger ausfallen können.In Fig.q. a modified embodiment of the invention is shown, in which the two parts Dl and D2 of the magnet system in a known manner by elastic Stems N are connected to one another, so that they are also an oscillation structure in and of themselves represent. In addition, they are built into the toggle system according to Fig. I. the The overall effect of this arrangement is not essential for the embodiment according to FIG different. Instead of a simple oscillation structure, two are coupled with one another Oscillating structures applied, in some cases the dimensions of each Parts can be cheaper.

Der Gedanke, ein solches System zur Amplitudenübersetzung im aufsteigenden oder a bsteigeanden Sinne zu benutzen, ist an sich nicht Gegenstand der Erfindung, sondern nur insofern, als er unter Verwendung eines der geschilderten Übersetzungsgebilde oder eines ähnlichen Gebildes ausgeführt wird.The thought of such a system for amplitude translation in ascending order or to use a negative sense is not in itself the subject of the invention, but only insofar as he is using one of the translation structures described or a similar structure is carried out.

In der Abb. 5 bezeichnet A wiederum eine Hembran, B, B die Schenkel des Gliedersystems,, Massen an den Ecken des Gliedersystems. Mit dem Gliedersystem gedoppelt ist ein als Mikrophon ausgebildetes Schwind ngsgebilde, bestehend aus den als Massenteile wirkenden Elektroden 3h, 1#i2, die durch die elastischen Glieder P1, P2 verbunden sind.In Fig. 5, in turn, A represents a Hembran, B, B, the legs of the link system, masses at the corners of the link system. Duplicated with the link system is a shrinkage structure designed as a microphone, consisting of the electrodes 3h, 1 # i2, which act as mass parts and which are connected by the elastic links P1, P2.

An dem Wesen der Erfindung wird auch nichts geändert, wenn man den Kniehebel nicht aus zwei geradlinigen, unter einem Winkel aneinanderstoßenden Teilen herstellt, sondern aus einem einzigen entsprechend gekrümmten Teil. Wesentlich für der. Erfolg ist nur, daß die Transv ersalabstimmung des Systems erheblich tiefer als seine Longitudinalabstimmung und gleich der Betriebsfrequenz gemacht wird.The essence of the invention is not changed if you use the Knee lever does not consist of two straight parts that abut at an angle produced, but from a single correspondingly curved part. Essential for the. The only success is that the transversal tuning of the system is considerably deeper than its longitudinal tuning and is made equal to the operating frequency.

Claims

PATENT CLAIMS. i. Sound apparatus with one with a certain natural frequency gifted oscillation structures interacting with the radiator structure, to which the sound control is supplied or removed, characterized in that the oscillation structure as an angled or bent toggle-like limb% -stem of such coordination is designed that the link system in the finished apparatus corresponding resonance frequency coincides with the operating frequency, while the Coordination of the individual parts of the system is above the operating frequency. a. Sound apparatus according to claim i, characterized in that the legs of the system are straight or curved rods or tubes are formed, which are in the angular vertices to the Leg ends or in both places special if necessary as parts of the actual Vibrator or detector trained masses. 3. Device according to claim i and z, characterized in that it does not interact with the radiator End of the oscillating structure with a fixed abutment or a freely movable one very large mass is connected, while at the vertex of the vibrator or Detector attacks. .. Device according to claim i and a, characterized in that that the leg ends are connected to two opposing beams are. 5. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that the oscillating structure consists of a diamond-shaped frame, one corner of which is at the hub of the membrane (A), its opposite corner on a possibly freely oscillating mass (C) attacks and its other two corners one or more vibrators or detectors (D, D) wear. 6. Apparatus according to claim i to 5, characterized by such Dimensioning of the articulation angle and the parts by mass of the oscillation structure that at Sound devices for air and similar media on the exciter or detector have a smaller, apparatus for water and similar media have a greater amplitude of movement is than on the spotlight. Device according to claim i, characterized in that (let the Detector or vibrator in itself represents an independent oscillation structure that is coupled to the toggle system.