DE384522C - Vorrichtung zur Messung von Schallenergien oder diese beeinflussender Groessen - Google Patents

Vorrichtung zur Messung von Schallenergien oder diese beeinflussender Groessen

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DE384522C
DE384522C DES61347D DES0061347D DE384522C DE 384522 C DE384522 C DE 384522C DE S61347 D DES61347 D DE S61347D DE S0061347 D DES0061347 D DE S0061347D DE 384522 C DE384522 C DE 384522C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Messung von Schalleuergien oder diese beeinflussender Größen. Läßt man Schallwellen durch eine Düse ausströmen und untersucht man das Feld vor der Düse auf die Verteilung des Druckes durch Einbringung . eines leichten, freibeweglichen Versuchskörpers, beispielsweise eines aufgehängten Fadens oder Blättchens, so bemerkt man, daß es Gebiete positiven Druckes, d. h. im Sinne der Schallstrahlen von der Düse abgewendeten Druckes, und solche negativen, d. h. nach der Düse hin gerichteten Druckes sowie neutrale Gebiete gibt, in denen kein Druck vorhanden ist. Aus der verschiedenen Richtung des Druckes in verschiedenen Teilen des Raumes ist zu entnehmen, daß es sich nicht allein um den bekannten Druck auf den Versuchskörper als reflektierende Fläche handelt, da dieser stets von der Düse weggerichtet sein müßte, sondern daß gegenüber dem normalen Schallwellenverlauf eine Abweichung vorliegt. Die Erklärung für die verschiedene Richtung des Druckes ist darin zu suchen, daß die Verdichtungs- und Verdünnungswelle infolge der Anordnung der Düse im Schallweg ungleiche Führung und demnach auch ungleiche räumliche Verteilung bekommen. Man kann sagen, daß die Verdichtungswelle ihre Führung durch die innere Ausbildung der Düse erhält, die VerdünnungsweUe dagegen durch die äußere. Dort, wo infolge dieser Unsymmetrie positiver Druck auftritt, erreicht er Werte, die beträchtlich höher sind als der Druck auf die reflektierende Wand, der ohne Düse auftreten würde.
  • Dieser Umstand wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um bei kleiner Schallenergie die Stärke des Druckes genau festzustellen, wobei die Messung sich auf diesen selbst oder auf besondere ihn beeinflussende Größen erstrecken kann.
  • Die Abb. i bis 9 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele für die Anordnung im ganzen sowie für die Ausbildung einzelner Teile.
  • In Abb. i ist i ein feiner, einseitig bei 3 befestigter Ouarzfaden, der von der Düse 2 seitlich angeblasen in eine Stellung il, wie punktiert angegeben, übergeht. Die Verschiebung kann in bekannter'V#leise mit Lupe und Ivlikrometer beobachtet oder vergrößert projiziert oder photographisch registriert werden nach Verfahren, die z. B. beim Seitengalvanometer und Oszillograpben angewendet werden. In Abb. 2 ist ein zweiseitig federnd eingespannter Quarzfaden dargestellt, dessen Bewegung in gleicher Weise kontrolliert werden kann. i ist der Faden, der zwischen den federnden Quarzbügeln .31 und 3" ausgespannt ist. Abb. 3 zeigt eine andere Einrichtung, bei der ein durch die Schallwellen getroffenes Blättchen i einen Zeiger 15 gegen die Kraft einer Feder 3 in Bewegung setzt, so daß ohne weitere Hilfsmittel die Größe der Kraft am Ausschlag des Zeigers abgelesen werden kann. Die Anordnung des Blättchens i, der Verbindung 4 mit der Achse 5 des Zeigers 15 und der Feder 3 sowie des Ge- häuses 6, in dem sich das Blättchen i bewegt, ist genau dieselbe, wie bei einer vielgebrauchten Luftdämpfung für elektrische Meßinstrumente. Den Kolben der Dämpfung bildet das Blättchen i, während der kreisfürmig gebogene Zylinder 6 der Dämpfung zur Führung der Schailwellen dient. Die Düse 2, durch die ein von der Telephomnembran 8 erregter Schallstrom austritt, ist in angemessener Entfernung vor der Mündung des Zylinders 6 angeordnet, da von der Stellung der Düse die Verteilung der Gebiete positiven und negativen Druckes abhängt.
  • Verfehlt wäre es, in dem Bestreben, die Düse dem Kolben möglichst nahe zu bringen, sie an der Mündung des Zylinders oder gar innerhalb desselben anzuordnen, denn dann würden die räumlich verteilten positiven und negativen Drucke in dem geschlossenen Raum zwischen Kolben und Düse in ihrer Wirkung sich addieren und fast völlig aufheben. Die Anordnung nach Abb. 3 ist auch leicht mit einer Kontaktvorrichtung zu versehen, mittels deren ein Relais, etwa ein Maximalrelais, in Tätigkeit gesetzt werden kann. Die Anordnung kann in gleicher Weise getroffen werden wie bei den entsprechend gebauten Meßinstrumenten.
  • Vorteilhafter für genaue Messung als die einfache Ablesung des Ausschlages an der Anordnung nach Abb. 3 ist die Rückführung des Blättchens in seine Nullage auf mechanischem, magnetischem oder elekttischem Wege und Messung der dazu benötigten Kräfte. Dreht man beispielsweise den Zeiger durch Spannung einer Spiralfeder wie am Torsionsdynamometer auf den Nullpunkt zurück, so ist der Winkel, um den man den Torsionskopf drehen mußte, ein direktes Maß für den Druck und damit auch für die SchaJ1energie. Dieses Verfahren ist umständlicher als die einfache Ablesung, hat aber den Vorteil, daß das Blättchen bei jeder Größe der Schallenergie dieselbe Stellung gegen die Düse einnimmt.
  • Die größte Bedeutung für die Wirkung hat naturgemäß die Ausbildung der Düse. In den Abb. 4a, 4b, 4c sind verschiedene Düsenformen im Querschnitt dargestellt. Im Wesen der Düse hegt es, daß Hin- und Rückstrom der Luftteilchen nicht in gleicher Weise erfolgen können. Während nänilich beim Ausströmen der Luf t der Weg durch die Düsenöffnung vorgeschrieben ist, durch die jedes austretende Luftteilchen hindurchgehen muß, werden keineswegs alle zurückflutenden Teilchen wieder in die Öffnung eintreten. je nach der Gestalt der Außenfläche wird der Rückstrom in anderen Bahnen stattfinden, geradeso, wie auch die innere Gestalt der Düse die Form des austretenden Luftst ahls bedingt. Die Abbildungen zeigen alle die gleiche Form der Innenwandung, während die Gestalt der Außenwandung wechselt. In Abb. 4c ist ein trichterförmiger Einbau 9 an der Düse vorgesehen, der beim Austritt der Luft verhältnismäßig wenig Einfluß ausübt, aber auf die zurückströmende Luft infolge der Luftverdünnung im Inneren der Düse ansaugend wirkt.
  • Die Beeinflussung der Verteilung der Gebiete positiven und negativen Druckes beschränkt sich aber nicht auf die Form und die bereits erwähnte Stellung der Düse in bezug auf den Zylinder, sondern es kann auch die Öffnung des Empfängers in verschiedener Weise ausgebildet werden, und schließlich können außer an Düse und Empfänger, d. h. Anfang und Ende der Schallbahn, noch in der Mitte Vorrichtungen angeordnet werden, durch die die Druckverteilung überhaupt und im besonderen die beiden Phasen der Schallwellen wie bei der Düse verschieden beeinflußt werden. Die einfachste Form einer solchen Vorrichtung ist eine Lochblende, wie sie Abb. 5 bei io zwischen einer Düse:2 und einem Empfänger 6 zeigt. Dadurch, daß man an verschiedenen Punkten der Schallbahn düsenähnlich wirkende Vorrichtungen anordnen kann, ist man in der Lage, Druckverteilungen der verschiedensten Art herzustellen. Man ist übrigens auch nicht an die bisher erwähnten Düsen mit einer einzigen Öffnung gebunden, sondern jede Düse kann Öffnungen in beliebiger Form und Zahl besitzen.
  • Eine weitere Möglichkeit der Abänderung des Einflusses der Düsen oder Hilfsvorrichtungen besteht darin, daß man diese beweglich anordnen kann. Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür im Querschnitt. 2 ist eine Blende, deren Öffnung düsenförmig gestaltet ist, getragen von einer Feder ii, die bei 3 befestigt ist. Die in Richtung des Pfeiles sich bewegenden Schallwellen werden einen Druck auf die Blende ausüben und diese zum Mitschwingen bringen, um so mehr, je mehr die Eigenfrequenz des aus Blende und Feder ii gebildeten Systems mit der der Schallwellen übereinstimmt.
  • Als Beispiel der Anwendung der Erfindung sei die Benutzung zur genauen Wiederholung eines Tones in vorgeschriebener Stärke angegeben. Zum Zweck der Gehörprüfung beispielsweise ist es nötig, einen vor längerer Zeit erzeugten Ton in genau der gleichen Höhe und Stärke zu wiederholen. Nachdem nun die Höhe eingestellt ist, bietet der Apparat nach dem Schema (Abb. 3) ein Mittel, die Stärke in bequemer Weise und genau einzustellen. Die Größe und Ausführung der Skala ist genau dieselbe wie bei den gebräuchlichen elektrischen Meßinstrumenten für taboratoriumszwecke, mit denen eine sehr genaue Ablesung möglich ist.
  • Weiter kann die Messung von Schallenergien mittelbar zu einer Messung der Stärke von Wechselstrom und unterbrochenem Strom, besonders von schwachen Strömen, in der Weise benutzt werden, daß der Schall durch den zu messenden Wechselstrom, z. B. mit Hilfe eines Teli--phons, erregt wird, wobei dann die Stärke des Schalles auch diejenige des Wechselstromes eindeutig bestimmt. Man muß freilich bei der Verwendung der eben erwähnten Apparate eine Abhängigkeit der Angaben von der Frequenz in Kauf nehmen. Diese ist aber auch bei anderen elektrischen Meßgeräten vielfach vorhanden und kann nach der Ablesung als Korrektion in Rechnung gestellt werden, zumal in den meisten Fällen die Schwankungen der Frequenz verhältnismäßig gering sind. Der Bereich der Messung ist natürlich durch die Grenzen der Hörbarkeit des Schalles nicht beschränkt, sondern erstreckt sich auf nichthörbare akustische Schwingungen. In der Einrichtung nach der Abb. 3 wirkt der zu messende Wechselstrom in den Spulen 7 eines Telephons 9 auf dessen Membran 8. In der oben bet#chriebenen Weise wird die Energie der Schallwellen und dadurch mittelbar die Stärke des Wechselstromes gemessen.
  • In Abb. 7 ist eine etwas abweichende Anordnung zur Umwandlung der Stromenergie in Schallenergie gezeichnet. An Stelle derTelephonmembran 8 der Abb. 3 tritt hier eine an ihrem Umfange freie, auf einem federnden Stiel io, der bei 2 eingespannt ist, befestigte Eisenmembran 3.
  • Eine Vereinigung des von dem zu messenden Strom erregten Schwingungsorgans mit einer düsenartig wirkenden Blende 4 stellt Abb. 8 dar. i ist wieder die erregende Stromspule, 3 ein Anker in Form einer Blattfeder, die bei 2 befestigt ist; dieser Anker trägt eine Blende 4, die im Verein mit der ebenfalls als Blende ausgebildeten Endplatte ii des kreisförmig gebogenen Zylinders 6 eine düsenartige Wirkung ausübt. Im übrigen ist die Vorrichtung dieselbe wie in Abb. 3.
  • Abb. ga und b zeigen noch eine Ausführung, bei der der Druckempfänger ein dünner, einseitig aufgehängter Faden 5 ist. ga zeigt die Anordnung im Querschnitt. 4 ist wieder die Düse; 13 und 18 sind die Teile einer an sich bekannten Vorrichtung zur photographischen Registrierung der Bewegung des Fadens; 13 ist die Lichtquelle, durch die mit Hilfe eines Spiegels 18 und der Kondensorlinse 14, der Projektionslinse 15 und der Spaltblende 16 mit wagerechtem Spalt ig die Bewegung des nicht abgeblendeten Fadenteilchens als fortlaufende Linie auf den abrollenden Pihn 17 aufgezeichnet wird. Abb. gb zeigt die Anordnung in senkrechtem Längsschnitt.
  • Die Anordnung von Kontakten zur Schließung eines Relaisstromkreises kann bei den Zeigerinstrumenten vorstehenderAusführung in gleicherWeise wie bei anderen Zeigerinstrumenten geschehen.

Claims (2)

  1. PATENT-AxspRücnE: i. Vorrichtung zur Messung von Schallenergien oder diese beeinflussender Größen durch den auf ein beweglich angeordnetes Glied ausgeübten Schalldruck, dadurch gekennzeichnet, daß im Schallwege, um dem Schall in bestimmte Richtung verstärkte Druckwirkung zu verleihen, ein oder mehrere mit je einer Durchtrittsöffnung für die Schallwellen versehene Körper angeordnet sind.
  2. 2, Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der die Durchtrittsöffnung für die Schallwellen aufweisende Körper düsenartig ausgebildet ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an dem düsenartigen Körper ein trichterförn:liger oder ähnlich gestalteter Einbau (9) vorgesehen ist. 4. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die mit je einer Durchtrittsöffnung versehenen Körper als Blenden ausgebildet sind. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden nach einer Seite hin düsenartig ausgebildet sind (Abb. 6). 6. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden beweglich, vorzugsweise federnd, angeordnet sind. 7. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schalldruck aufnehmende Organ als ein in einem Rohr (6) mit Spielraum beweglicher Kolben (i'), Flügel o. dgl. ausgebildet ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung des Kolbens (i1) in seine Anfangslage eine Vorrichtung angeordnet ist, die derart wirkt, daß bei der Messung der Kolben in die kuhelage zurückkehrt, wobei der Verdrehungswinkel der Rückführvorrichtung in an sich bekannter Weise gemessen wird. g. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das den Schalldruck aufnehmende Organ ein Faden (5) ist, dessen Bewegung zweckmäßig durch eine an sich bekannte photographische Registriervorrichtung aufgezeichnet wird (Abb. ga und gb).
DES61347D 1922-11-10 1922-11-10 Vorrichtung zur Messung von Schallenergien oder diese beeinflussender Groessen Expired DE384522C (de)

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