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Schallapparat mit einem aus zwei Teilen bestehenden Tonraum. Eine
der wichtigsten Aufgaben der Schwingungstechnik, auf die der Techniker besonders
häufig beim Arbeiten mit mechanischen Schwingungen stößt, ist die der möglichst
verlustlosen Überleitung der Schwingungen eines schwingenden Systems oder Mediums
auf ein anderes schwingendes System oder Medium oder von einem die Vibrationen fortleitendenSystem
auf ein zweites. Für das Problem, Schwingungen aus einem
Medium
großer Schallhärte (dichtes Medium, z. B. Wasser) auf ein solches geringer Schallhärte
(dünnes -Medium, z. B. Luft) au übertragen, wo es also darauf ankommt, Oscillationen
von großer Kraft und geringer Schwingurgst@eite in solche von geringer Kraft und
groi.)er Schiii.zuiigsweitc um::uwandein, ist ein Mittei bereits darin gefunden
wo#:cen, daß man zwischen diejenigen Organe, die mit den Medien direkt den Schwingungsaustausch
vornehmen, ein aus zwei Massen und einem diese Massen verbindenden elastischen Gliede
bestehendes Schwingungsgebilde (Tonpilz) einschaltet und das Größenverhältnis der
Massen umgekehrt proportional macht. dem Größenverhältnis der Amplituden.
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Solche und ähnliche Probleme in für viele Fälle vorteilhafterer Weise
zu lösen, ist die Aufgabe der Erfindung.
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Ein Schwingungsgebilde der oben ges,Vhilderten Art ist z. B. nicht
ohne weiteres anwendbar, wenn es sich darum handelt, Schallenergie aus einem mit
Schwingungen erfülltem Raumgebilde in ein anderes zu bringen, also z. B. aus einem
Schallrohr in ein zweites von anderem Querschnitt, oder aus einem die Schwingungen
aufnehmenden Schallraum in ein Schallrohr.
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Gemäß der Erfindung verwendet man in solchen Fällen als Übertragungsglied
ein Gebilde in Form einer aus zwei Räumen bestehenden Kammer, die durch eine schwingungsdurchlässige
Stelle, z. B. eine Öffnung in der die Räume trennenden Wand, miteinander kommunizieren.
Die Kommunikationsstelle zwischen den beiden Kammern oder Teilräumen wird hierbei
so gewählt und die Größe der Kammern so bemessen, daß der Schwingungsvorgang in
ihnen oder wenigstens in einer derselben im wesentlichen quasistationär verläuft,
der Tonraum also nur eine ausgeprägte Grundabstimmung zeigt. Endlich muß für praktische
Zwecke die Grundabstimmung im Bereich der hörbaren Töne liegen. Eine solche Kammer
oder ein solcher -Doppelraum, wie er im folgenden genannt werden soll, stellt ein
weitgehendes Analogen zu dem in der Einleitung beschriebenen Schwingungsgebilde
dar. Die Teilräume haben den Charakter elastischer Glieder, die schwingende Luftmasse
in der Kommunikationsöffnung hat den Charakter einer Masse.
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Erfindungsgemäß findet der Doppelraum nicht nur dann Verwendung, wenn
es sich um eine möglichst verlustlose Schallübertragung zwischen zwei verschiedenen
Leitungen handelt, sondern auch, wenn der Schall etwa von einer Membran auf eine
Leitung oder umgekehrt oder zwischen zwei verschiedenen Membranen oder überhaupt
zwischen verschiedenen Schwingungsgebilden oder verschiedenen Medien übertragen
werden soll.
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Der Schwingungsvorgang in einem Gebilde, wie es den Gegenstand der
Erfindung bildet, ist folgender: In jedem der Teilräume ei und e2 schwingt ein bestimmter
Teilbetrag der in dem Gesämtgebilde des Doppelraumes vorhandenen Schwingungsenergie,
dessen Größe durch das Größenverhältnis der Raumteile bestimmt ist. Während in den
beiden Raumteilen die Energie als Druckenergie auftritt, tritt sie in dem kommunizierenden
Kanal als. Bewegung auf. Das Verhältnis der Größe der Druckamplituden in e1 und
e" ist_ ebenfalls durch das Größenverhältnis dieser Raumteile bestimmt. Und zwar
gilt, wenn E'1 bzw. E'. die Energiebeträge in den Räumen, p1 bzw. p2 ihre Maximaldrucke
sind
In den Abb. i, z und 3 sind einige Anwendungsformen eines solchen Zwillings- oder
Doppelraumes dargestellt.
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Bei dem Beispiel der Abb. i handelt es sich um ein Telephon, dessen
Ton durch ein Hörrohr weitergeleitet wird, bei dem Beispiel der Abb. a um zwei miteinander
verbundene Schalleitungen v erschiedener@Weiten.
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In Abb. i bezeichnet g den Magneten, der auf den an einer Membrane
d. befestigter Anker r wirkt. An die Membran d schließt sich unmittelbar der Raumteil
ei an, der über die Öffnung o mit dem Raumteil e2 verbunden ist. Letzterer mündet
in die Leitung L.
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In Abb. a ist eine Leitung großen Querschnitts 1y mit dem einen Raumteil
ei, eine Leitung kleineren Querschnitts h mit dem zweiten Raumteil e2 verbunden.
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In der Abb. 3 handelt es sich um einen Unterwasserschallempfänger,
bei welchem der eine Teilraum el von der an das Wasser grenzenden Empfangsmembran
abgeschlossen ist, während sich ,an den zweiten Teilraum e. die zum:Ohr des.Beobachters
führende Schallleitung anschließt.
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ebenso, wie aus irgendwelchen anderen Schwingungsgebilden, kann man
auch aus solchen Doppelräumen, indem man mehrere derselben hintereinanderschaltet,
beliebig zwei-oder mehrwellige Gebilde herstellen, die den bekannten Gesetzen gekoppelter
Gebilde hinsichtlich der Abstimmung und Dämpfung unterliegen. Hierbei kann ein Raumteil
beiden Doppel- oder Zwillingsräumen gemeinsam sein. Schematisch sieht man ein -
solches System in der Abb: q., wo der eine Doppelraum durch die Räume ei und e2,
der andere durch die Räume e2 und e3 dargestellt ist.
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Dem Charakter eines solchen Doppelraumes
als Energieübermittler
entspricht es, daß sich für das Größenverhältnis der beiden Teilräume von Fall zu
Fall bestimmte Werte berechnen lassen, je nach Art und Aufgabe der an die beiden
Teilräume grenzenden weiteren Organe des Schallapparates oder der Anlage. Wenn der
Doppelraum als Übermittlungsorgan zwischen Medium und Strahlerg-ebilde beim Schallempfang
dient, gilt auch für ihn das bekannte Empfängergesetz "für besten Wirkungsgrad,
wonach Strahlungsdämpfung gleich Nutzdämpfung sein muß. Handelt es, sich darum,
den Doppelraum in Verbindung mit einem Schwingungsgebilde als Energieübertrager
von diesem auf das 1VIedium zu benutzen, dann sind für die Berechnung des Größenverhältnisses
der Teilräume die verlangte Strahlungsdämpfung einerseits und die Konstanten des
die Schwingung erzeugenden Systems (Dimension des Schwingungsgebildes, schädliche
Dämpfung u,sw:) zugrunde zu legen.
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Im Falle der Abb. 2 z. B., wo der Doppelraum dazu dient, mit bestem
Wirkungsgrad Energie zwischen Schallrohren verschiedener Weite zu übertragen, muß,
da das weitere Rohr mehr Energie herausnimmt als das enge, im angrenzenden Teilraum
ei ein kleinerer Energiebetrag schwingen, dieser Raum ei also größer sein, als der
Teilraum e2 am engeren Rohr. Die Rechnung ergibt für dieses Verhältnis die Beziehung
ei -e`, worin r, und r. die Radien der Rohrquerschnitte sind. Allgemein heißt das:
damit der Energieaustausch über den Doppelraum mit bestem Wirkungsgrad erfolgt,
muß derjenige Teilraum, an dem die stärkere Energieentziehung stattfindet, entsprechend
größer sein.
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Man kann erfindungsgemäß auch an Stelle eines der Teilräume *ei oder
e. einen nicht auasistationären offenen Raum anordnen. Ein Beispiel hierfür ist
in der Abb. 5 gegeben. Hier wird eine Membran elektromagnetisch erregt, die mit
dem Teilraum ei gekoppelt ist. Der zweite Teilraum wird durch das angrenzende Rohrstück
e., gebildet. Der Schwingungsvorgang in ei ist quasistationär, das Gebilde ei, e.,
.also einwellig.
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Wenn jeder der beiden Raumteile mit verschiedenen Medien, z. B. verschiedenen
Gasen, verschiedenen Flüssigkeiten oder mit je einem Gas und einer Flüssigkeit gefüllt
ist, muß die die Raumteile verbindende öffnung durch eine möglichst elastizitätsfreie
(rief abgetimmte) und kolbenartig wirkende Trennungsw ,and abgeschlossen sein, weil
eine wesentliche elastische Kraft in der Trennungiswand den Charakter des Gebildes
als ein-;elliges System zerstören würde.