-
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.