DE3803035C2

DE3803035C2 - Sound transmitter

Info

Publication number: DE3803035C2
Application number: DE19883803035
Authority: DE
Inventors: Mats Moritz; Marek Werthajm
Original assignee: PRODEO MALMOE AB
Current assignee: PRODEO MALMOE AB
Priority date: 1987-02-03
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2008-02-03
Also published as: DE3803035A1; SE466174B; JPS63289596A; SE8700400D0; SE8700400L

Description

Die Erfindung betrifft einen Schallsender, der insbesondere auf großen Schiffen, Leuchttür men oder bei Industrieanlagen verwendet wird und dazu dient, Signale, insbesondere Warn signale, abzugeben.The invention relates to a sound transmitter, in particular on large ships, light doors men or is used in industrial plants and is used for signals, especially warnings signals to submit.

Ein Schallsender, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, umfaßt einen Schallgene rator, der mit einem Resonator verbunden ist. Bei Schallerzeugern, die einen Hochdruckschall (hohe dB-Werte) abgeben, kann der Schallgenerator entweder ein Ventil sein, das Druckluftimpulse abgibt, oder es kann ein Kolben vorgesehen werden, der in einem Zylinder schwingt und durch eine Kurbelwelle angetrieben wird, die mit einem Elektromotor verbun den ist. Der akustische Resonator ist ein Horn mit einer bestimmten Resonanzfrequenz. Damit man einen Hochdruckschall abgeben kann, soll die Frequenz der Pulse der Druckluft oder alternativ die Drehzahl der Kurbelwelle der Resonanzfrequenz des akustischen Resonators bzw. des Horns entsprechen. Aus wirtschaftlichen Gründen wird als Schallgenerator häufig ein von einem Motor angetriebener Kolben vorgezogen. Auch die vorliegende Erfindung be zieht sich auf diesen Typ eines Schallgenerators.A sound transmitter to which the present invention relates comprises a sound gene rator, which is connected to a resonator. For sound generators that have a high pressure sound (high dB values), the sound generator can either be a valve that Compressed air pulses, or a piston can be provided in a cylinder vibrates and is driven by a crankshaft connected to an electric motor that is. The acoustic resonator is a horn with a certain resonance frequency. In order to one can emit a high pressure sound, the frequency of the pulses of the compressed air or alternatively, the speed of the crankshaft, the resonance frequency of the acoustic resonator or the horn. For economic reasons it is often used as a sound generator a piston driven by an engine is preferred. The present invention also be draws on this type of sound generator.

Aus der DE-OS 21 49 405 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Antrieb einer Kolben sirene durch temperaturabhängige Regelung einer Antriebsquelle bekannt, wobei die Dreh zahl einer mit einem Kolben verbundenen Kurbelwelle so verändert wird, daß der die Kur belwelle antreibende Asynchronmotor sein maximales Drehmoment erreicht, nachdem die Temperatur der Luft, bei der der Schall abgegeben wird, die Resonanzfrequenz des Schall senders beeinflußt, wobei niedrige Temperaturen eine niedrigere Resonanzfrequenz verursa chen. Bei dieser bekannten Ausführungsform wird die Drehzahlveränderung mittels eines Thermoelementes erreicht, das den Strom zu dem Elektromotor beeinflußt. Obwohl das tech nische Problem durch diese bekannte Vorrichtung in zufriedenstellerderweise gelöst wird, ist es offensichtlich, daß diese Lösung teuer ist.DE-OS 21 49 405 describes a method and a device for driving a piston siren known by temperature-dependent control of a drive source, the rotation Number of a crankshaft connected to a piston is changed so that the cure Belwelle driving asynchronous motor reaches its maximum torque after the Temperature of the air at which the sound is emitted, the resonance frequency of the sound transmitter influenced, whereby low temperatures cause a lower resonance frequency chen. In this known embodiment, the speed change is determined by means of a Achieved thermocouple that affects the current to the electric motor. Although the tech niche problem is satisfactorily solved by this known device it is obvious that this solution is expensive.

Eine kostengünstigere Lösung ist in der US-PS 4 171 734 angegeben, wobei ein Asynchron motor mit Windungen verwendet wird, die einen hohen Widerstand haben. Ein solcher An triebsmotor hat aber einen niedrigen Wirkungsgrad und das maximale Drehmoment wird bei einer Drehzahl erreicht, die viel niedriger liegt als die maximale Drehzahl. Deshalb decken die Drehzahlen zwischen der Drehzahl mit maximalem Drehmoment und der maximalen Motordrehzahl alle Resonanzfrequenzen des Schallsenders bei praktisch allen vorkommenden Temperaturen ab. Bei dieser bekannten Bauform handelt es sich um ein Horn mit einem rechteckigen weiten Ende und einem breiten Resonanzband, wobei aber die Schallwellen elektrisch erzeugt werden dürften, nachdem es sich um einen Lautsprecher handelt, bei dem der Schalldruck bei weitem nicht so hoch ist als bei einem Schallsender mit Kolben-Zylinder- Antrieb. Eine Temperaturkompensation zwischen arktischen und tropischen Klimazonen ist in dieser Druckschrift nicht angegeben.A less expensive solution is given in US Pat. No. 4,171,734, using an asynchronous motor with windings that have a high resistance is used. Such an approach drive motor has a low efficiency and the maximum torque is at reached a speed that is much lower than the maximum speed. Therefore cover the speeds between the speed with maximum torque and the maximum Motor speed all resonance frequencies of the sound transmitter with practically all occurring Temperatures. This known design is a horn with a rectangular wide end and a wide resonance band, but with the sound waves are likely to be generated electrically after it is a speaker that the sound pressure is not nearly as high as with a sound transmitter with piston-cylinder Drive. Temperature compensation between arctic and tropical climates is in not specified in this publication.

Diese letztere Entwicklung basiert auf dem Gedanken, daß es billiger ist, einen bekannten speziellen Motor auszuwählen und ihn an einem herkömmlichen Schallsender bzw. Horn an zubringen als die Motordrehzahl durch eine spezielle Einrichtung auf der Basis eines Ther moelements zu steuern.This latter development is based on the idea that it is cheaper to have a known one select a special motor and connect it to a conventional sound transmitter or horn than the engine speed by a special device based on a Ther to control moelements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen Schallsender vorzuschla gen, der dennoch einen hohen Wirkungsgrad hat.The invention has for its object to provide an inexpensive sound transmitter gene, which nevertheless has a high efficiency.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei wird ein Standardmotor mit einem speziellen Horn kombiniert, dessen Resonanzfre quenzband ausreichend breit ist, damit im Betrieb alle normalerweise auftretenden Tempera turen abgedeckt werden. Hierdurch wird eine kostengünstige Lösung bei dennoch hohem Wirkungsgrad erreicht.This object is achieved by the features of claim 1. Here a standard motor is combined with a special horn, the resonance fre quenzband is sufficiently wide so that all the temperatures that normally occur during operation doors are covered. This is an inexpensive solution with a high level Efficiency achieved.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben, wonach ein senkrecht angeordnetes Horn dieser Art einen besseren Effekt in horizontaler Richtung hat. Dies ist bei Verwendung auf großen Schiffen von Bedeutung.An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 2, according to which vertically arranged horn of this type has a better effect in the horizontal direction. This is important when used on large ships.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail for example with reference to the drawing. Show it

Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel des Schallsenders, Fig. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the sound emitter,

Fig. 2 in perspektivischer Ansicht den Schallsender nach Fig. 1, Fig. 2 is a perspective view of the acoustic transmitter of FIG. 1,

Fig. 3 in einem Diagramm das Motordrehmoment und die akustische Last im Sender bei einer Ausführungsform nach der Erfindung im Vergleich mit einem bekannten Sender, und Fig. 3 in a diagram, the engine torque and the acoustic load in the transmitter in an embodiment according to the invention in comparison with a known transmitter, and

Fig. 4 die Richtcharakteristik des Schallsenders. Fig. 4 shows the directional characteristic of the sound transmitter.

Wie in Fig. 1 dargestellt, treibt ein Elektromotor 1 (ein Dreiphasen-Asynchron-Motor) eine Kurbelwelle 2 über ein Getriebe 3, 4 so an, daß die Drehzahl der Kurbelwelle etwa dreimal so hoch wie die des Motors 1 ist. Das freie Ende der Kurbelwelle 2 trägt eine Kurbel 5, die einen Kolben 6 über eine Verbindungsstange 7 betätigt. Der Kolben 6 (der als Membran bezeichnet werden kann) erzeugt Schallwellen in einem Horn 8. Diese Wellen gehen durch das Horn 8 zu seinem weiten Ende. Bei konstanter Lufttemperatur werden Resonanzwellen im Horn 8 bei einer gewissen Frequenz auftreten, die von der Länge des Hornes abhängt. Wenn das Horn in herkömmlicher Weise, d. h. drehsymmetrisch, ausgebildet ist, ist die Resonanzfrequenz ziemlich trennscharf.As shown in Fig. 1, an electric motor 1 (a three-phase asynchronous motor) drives a crankshaft 2 via a gear 3 , 4 so that the speed of the crankshaft is about three times that of the engine 1 . The free end of the crankshaft 2 carries a crank 5 which actuates a piston 6 via a connecting rod 7 . The piston 6 (which can be referred to as a membrane) generates sound waves in a horn 8 . These waves go through the horn 8 to its far end. At constant air temperature, resonance waves will occur in the horn 8 at a certain frequency, which depends on the length of the horn. If the horn is designed in a conventional manner, ie rotationally symmetrical, the resonance frequency is quite selective.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ist jedoch das weite Ende des Horns 8 so ausgebildet, daß es eine rechtwinklige Öffnung hat, wobei die längeren Seiten 9 wenigstens zweimal so lang wie die kürzeren Seiten 10 sind.However, as shown in Fig. 2, the wide end of the horn 8 is formed to have a rectangular opening, the longer sides 9 being at least twice as long as the shorter sides 10 .

Das führt dazu, daß das Horn 8 einen ziemlich breiten Bereich von Resonanzfrequenzen hat, was den Vorteil bietet, der im folgenden anhand des Diagramms von Fig. 3 beschrieben wird.As a result, the horn 8 has a fairly wide range of resonance frequencies, which offers the advantage which is described below with reference to the diagram of FIG. 3.

In Fig. 3 zeigt die Kurve A das Drehmoment der Kurbelwelle 2 gegenüber der Drehzahl der Kurbelwelle. Bei einem Drehmoment gleich Null wird die maximale Drehzahl in der Nähe der durch die Frequenz des Stromes und das Getriebe 3, 4 festgelegten Drehzahl liegen. Es ist zu beobachten, daß das Drehmoment mit abnehmender Motordrehzahl stark ansteigt. Das maximale Drehmoment wird bei einer Drehzahl erhalten, die um etwa 20% unter der maximalen Drehzahl liegt.In Fig. 3, curve A shows the torque of the crankshaft 2 versus the speed of the crankshaft. At a torque equal to zero, the maximum speed will be close to the speed determined by the frequency of the current and the gear 3 , 4 . It can be observed that the torque increases sharply with decreasing engine speed. The maximum torque is obtained at a speed that is approximately 20% below the maximum speed.

Die Kurve B zeigt die Last, die von einem Antriebsmechanismus absorbiert wird, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, um einen Kolben neben einem Horn mit herkömmlicher rotationssymmetrischer Ausbildung zu betätigen. Die Kurve B bezieht sich auf die Last bei einer Lufttemperatur von etwa 20°C.Curve B shows the load that is absorbed by a drive mechanism, as shown in Fig. 1, to actuate a piston next to a horn with a conventional rotationally symmetrical design. Curve B relates to the load at an air temperature of around 20 ° C.

Die Kurven C und D sind die entsprechenden Drehmomentkurven bei 0°C und -20°C jeweils.Curves C and D are the corresponding torque curves at 0 ° C and -20 ° C respectively.

Die Kurven A und B schneiden einander an einem Punkt 100. Die Kurven A und C schneiden einander an einem Punkt 101, während die Kurven A und D sich am Punkt 102 treffen. Es versteht sich, daß die Frequenzen an den Punkten 100 und 101 eine annehmbare Höhe der Sendeenergie zur Folge haben werden, während der Punkt 102 eine relativ schwache Schallabgabe bewirken wird.Curves A and B intersect at a point 100 . Curves A and C intersect at a point 101 , while curves A and D meet at point 102 . It will be appreciated that the frequencies at points 100 and 101 will result in an acceptable level of transmit energy, while point 102 will cause relatively weak sound emission.

Die Kurven E und F zeigen die von einem Antriebsmechanismus zum Aktivieren eines Kolbens absorbierte Energie, der neben einem Horn angeordnet ist, das eine rechtwinklige weite Öffnung hat. Die Kurve E bezieht sich auf die Umgebungstemperatur von 20°C und die Kurve F auf eine Temperatur von -20°C. Es ist ersichtlich, daß aufgrund der fehlenden Trennschärfe bezüglich der Resonanzfrequenz die Punkte 103 und 104, an denen die Kurven E und F die Kurve A schneiden, sehr nahe aneinander und jeweils auf annehmbarer Höhe des Drehmomentes liegen.Curves E and F show the energy absorbed by a drive mechanism for activating a piston which is arranged next to a horn which has a rectangular wide opening. Curve E relates to the ambient temperature of 20 ° C and curve F to a temperature of -20 ° C. It can be seen that due to the lack of selectivity with regard to the resonance frequency, the points 103 and 104 at which the curves E and F intersect the curve A are very close to one another and in each case at an acceptable level of torque.

Die Art der Anordnung des Horns 8 mit einer rechtwinklig geformten weiten Öffnung hat keine Bedeutung hinsichtlich seiner Fähigkeit bei extrem niedrigen Temperaturen zu arbeiten. Es ist jedoch vorteilhaft, das Horn so anzubringen, daß die längeren Seiten der rechtwinkligen weiten Öffnung vertikal verlaufen. Das wird den Schalldruck in horizontaler Ebene erhöhen und den Schalldruck in vertikaler Ebene herabsetzen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. The way in which the horn 8 is arranged with a rectangular shaped wide opening is of no importance in terms of its ability to work at extremely low temperatures. However, it is advantageous to mount the horn so that the longer sides of the rectangular wide opening are vertical. This will increase the sound pressure in the horizontal plane and decrease the sound pressure in the vertical plane, as shown in FIG. 4.

Fig. 4 zeigt die Richtcharakteristik des Schallsenders, gemessen in einem Abstand von 1 m von der Mitte des Hornes bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4 shows the directional characteristic of the sound transmitter, measured at a distance of 1 m from the center of the horn in one embodiment of the invention.

Die Kurve G zeigt den Druck des ausgesandten Schalls in dBA auf der Höhe der kurzen Seite in horizontaler Ebene. Die Kurve H zeigt den Schall im gleichen Abstand senkrecht dazu, d. h. in der vertikalen Ebene, und die Kurve I zeigt die Kennlinie eines bekannten Schallsenders.Curve G shows the pressure of the emitted sound in dBA at the height of the short side in a horizontal plane. The Curve H shows the sound vertically at the same distance to this, d. H. in the vertical plane, and curve I shows the characteristic of a known sound transmitter.

Während die Kurve I, die bei einem herkömmlichen rotationssymmetrischen Horn erhalten wird, das mit Druckluft betrieben wird, eine genau definierte Frequenz aufweist, an der nahezu die gesamte Energie ausgesandt wird, zeigt die Kurve G, daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Schallsenders zu einem Schall führt, der eine insgesamt größere Energie in horizontaler Ebene hat. Die Kurve H zeigt, daß unter der Höhe des Horns die Energie des ausgesandten Schalls erheblich abnimmt. Die Wirkung der Verwendung eines Horns an Bord eines Schiffes besteht in der Praxis darin, daß der Schall am Deck unter dem Schallsender um 7 dBA, verglichen mit dem Schall vom Sender unter dem gleichen Winkel von seiner Achse, jedoch in horizontaler Ebene, verringert werden kann.While curve I, that of a conventional rotationally symmetrical horn is obtained with Compressed air is operated, a precisely defined frequency has almost all of the energy emitted curve G shows that the use of the sound transmitter according to the invention leads to a sound that has an overall greater energy in the horizontal plane. The curve H shows that below the height of the horn the energy of the emitted sound decreases significantly. The effect of Use of a horn on board a ship consists in practice in that the sound on the deck under the Sound transmitter by 7 dBA compared to the sound from the transmitter at the same angle from its axis, but in horizontal plane, can be reduced.

Claims

1. Sound transmitter, in which the sound waves are generated at the narrow end of a funnel-shaped horn ( 8 ) and are emitted towards the wide end at a frequency which almost corresponds to the resonance frequency of the horn at normal temperature, the sound waves being generated by a known per se Before are generated, which has a piston oscillating in a cylinder, and the horn has a wide end of a substantially rectangular shape in a manner known per se, the long sides ( 9 ) being at least twice as long as the short sides ( 10 ).

2. Sound transmitter according to claim 1, wherein the longer sides ( 9 ) of the rectangularly shaped horn end are arranged vertically.