DE410523C - Schallrohrleitung - Google Patents

Schallrohrleitung

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DE410523C
DE410523C DES58829D DES0058829D DE410523C DE 410523 C DE410523 C DE 410523C DE S58829 D DES58829 D DE S58829D DE S0058829 D DES0058829 D DE S0058829D DE 410523 C DE410523 C DE 410523C
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/22Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound for conducting sound through hollow pipes, e.g. speaking tubes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Schallrohrleitung. Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe der Vermeidung stehender fATell-en in Schallrohrleitungen. Es ist bekannt, daß z. B. bei Sprechleitungen durch sogenannte Resonanzerscheinungen' mitunter ganz ausnahmsw:eise starke Verzerrungen in der Aussprache auftreten. Wenn in diesem Falle ein solches Auftreten stehender Wellen immerhin die Sprache noch nicht unverständlich macht, so wirken sie äußerst verhängnisvoll bei Schallrohren, die zur Übertragung von Tönen dienen, und zwar ganz besonders dann, wenn Töne oder Signale weitergeleitet werden sollen und es darauf ankommt, aus den Unterschieden der Lautstärken oder Phasen dieser Töne irgendwelche Schlüsse, beispielsweise auf die Herkunft des Signals, zu ziehen. Derartige Nachteile treten beispielsweise in Erscheinung, wenn eine Überlagerung zweier Tonwellenzüge herbeigeführt werden soll zu irgendwelchen meßtechnischen Zwecken, z. B. wenn durch Interferenz zweier Schallwellenzüge, die getrennt aufgenommen sind, eine Richtungsbestimmung des die beiden Schallwellenzüge erzeugenden Schallstrahles erfolgen soll. Auch bei anderen Methoden zur Schallrichtungsbestimmung, z. B. bei derjenigen, bei der aus der Zeitdifferenz eines von zwei getrennten Empfängern aufgenommenen und getrennt zu den Ohren geleiteten Schallimpulses die Richtung des Schalles bestimmt «-erden soll, machen sich diese stehenden Wellen in dien Schallrohren in der störendsten Weise bemerkbar und führen ganz bedenkliche Verfälschungen der hIeßresultate herbei, nicht nur weil hierbei durch diese stehenden Wellen die Phase der Töne verändert wird, sondern auch weil die Richtungsempfindlichkeit des menschlichen Gehörs nicht allein auf der Zeitdifferenz der aufgenommenen Schalle, sondern auch auf der gleichzeitigen Beobachtung des Intensitätsunterschiedes ,an den beiden Ohren beruht und die Entstehung verschiedener stehender Wellen in den beiden Leitungen auch noch starke derartige Intensitätsfälschungen verursacht. Die Erfindung bezieht sich deshalb auch auf derartige Einrichtungen zur Schallrichtungsbestimmung, und zwar insbesondere auf solche, bei denen, sei es zur Aufsuchung sogenannter Maxima und Minima der beiden Schallwellenzüge, sei es zur Veränderung oder zum Ausgleich der Zeitdifferenz oder zu einem anderen Zwecke, in ihrer Länge veränderbare Rohre oder Leitungen verwendet werden, und zwar ist es für die Erfindung gleichgültig, ob die Rohre selbst verlängert oder verkürzt werden können oder ob durch Verschiebung von Schallquellen oder Abnahmevorrichtungen in oder an den Rohren eine solche Veränderung erfolgt; denn gerade diese Einrichtungen sind es ganz allgemein, die zur Entstehung stehender Wellen Veranlassung geben.
  • Die Mittel, die zur Erreichung des Zweckes der Erfindung angewendet werden, gliedern sich im Prinzip in zwei verschiedne Gruppen. Man geht entweder so vor, daß man die Entstehung für stehende Wellen zuläßt, aber durch geeignete Bemessung der Leitungslängen ihre Lage hinsichtlich der Ausbildung der Knoten und Bäuche so beeinflußt, daß sie bei der vorschriftsmäßigen Verwendung der Leitung nicht stören. Bei Doppelleitungen, etwa zur Bestimmung der Schallrichtung, trägt man also erfindungsgemäß dafür Sorge, daß die Knoten und Bäuche an beiden Ohren bzw. an der Vereinigungsstelle der Leitungen möglichst genau gleichmäßig sich ausbilden. Handelt es sich hierbei um verschiebbare Leitungen, insbesondere Konipensatoren, oder um Leitungen, in denen zwecks Veränderung ihrer Länge etwas verschoben wird, so müssen die in Fraße kommenden Rohrstücke so bemessen sein, daß für den Signalton oder mindestens (bei Geräuschempfang) für den hauptsächlich in Frage kommenden Ton die Maxima und Minima der stehenden Welle in den Rohrstücken sich symmetrisch zu der sogenannten Mittenlage des Kompensators ausbilden, wobei unter :Xittenlage verstanden wird diejenige Stellung des Kompensators, in der die Leitungslängen in seinen beiden Zweigen gleich sind. Dadurch wird erreicht, daß -zwar bei der Verschiebung des Kompensators die Intensität sich ändert, aber gleichmäßig an beiden Ohren bzw. an dem Öhr.
  • Der zweite prinzipielle Weg ist der, die Entstehung stehender Wellen überhaupt zu bekämpfen. Hierfür steht eine größere Anzahl von Mitteln zur Verfügung, deren w=esentlichste folgende sind: Man kann die in Frage kommende Rohrleitung so ausbilden, daß die Welle auf dem Wege durch die Leitung möglichst stark gedämpft wird und am Ende keine zur Ausbildung störender stehender Wellen genügende Amplitüde mehr besitzt; z. B. kann man hierzu die Leitung aus Schall absorbierendem. Material herstellen bzw. mit solchem Material auskleiden. Im Prinzip genügt es, für eine derartige Ausbildung der Rohre an den Stellen zu sorgen, an denen die maximalen Druckamplituden oder Bewegungsamplituden der stehenden Welle auftreten, indem man z. B. an den Stellen der Druckknoten der s te 'henden Welle öffnungen e irn Rohr vorsielit, wie sie für andere Zwecke bei Schallrohren bereits vorgeschlagen sind, oder schallnachgiebige Stücke einschaltet, oder indem man an der Stelle, wo Bewegungsmaxima auftreten, dämpfende Mittel, z. B. so genannte Schallsiebe, in die Leitung einschaltet. Weiter kann man ganz prinzipiell so vorgehen, daß man an dem zu verbessernden Rohr ein zweites Organ anbringt, welches in derselben Weise befähigt ist, stehende Wellen zu erzeugen, und dieses so bemißt oder einstellt, daß die normale stehende Welle im Hauptrohr dadurch kompensiert wird. Dieses Mittel ist besonders wertvoll für in ihrer Länge veränderliche Leitungen, wobei die Kompensationsvorrichtung selbstverständlich ebenfalls variabel sein muß. Für die Kompensation verwendet man zweckmäßig Resonatoren irgendwelcher Art. Ein weiteres Mittel im Kampfe gegen die stehenden Wellen besteht darin, die in Frage kommenden Rohrstücke an ihrem Ende mit Einrichtungen zu versehen, welche eine vollständige Überleitung des Schalles gewährleisten. Solche Einrichtungen sind gegeben, z. B. in konisch sich verjüngenden Leitungsstücken mit einer sehr bedeutenden Konuslänge. Die Beobachtung hat ergeben, daß hierbei folgende Beziehung der Bonuslänge zur Wellenlänge des zu übertragenden Tones besteht: Die vorteilhafteste Konuslänge ist die dreifache Wellenlänge dieses Tones. Beträgt die Konuslänge mehr als sechs Wellenlängen, so wird die Dämpfung zu stark, beträgt sie weniger als eine Wellenlänge, so wirkt der Konus reflektierend. An Stelle konischer Cbergäng.e kann man Resonatoren oder sogenannte akustische Doppelräume, die auch den Charakter von Resonatoren haben, verwenden. Schließlich kann man die Entstehung der stehenden Welle auch dadurch bekämpfen, daß man an geeigneter Stelle, vorzugsweise in der Nähe der reflektierenden Stelle, bei offenen Rohren also in der Nähe des Endes, schallabsorbierende Elemente, z. B. auf die Frequenz der zu bekämpfenden stehenden Welle abgestimmte Dämpfungsresonatoren, einschaltet. Hierbei ist durch den Versuch der richtige Kompromiß zu finden, bei welchem die stehende Welle einerseits nicht mehr störend wirkt, anderseits aber von dem aufgenommenen Schall nicht allzuviel vernichtet wird.
  • In den Abbildungen ist eine ganze Reihe von Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Es beziehen sich die Abb. i 'bis .1 auf die erste Gruppe von Mitteln, die übrigen Abbildungen auf die zweite Gruppe.
  • Die Abb. i zeigt ein Schallrohr, welches seinen Schall von dem Telephon T empfängt und auf der anderen Seite einfach offen ist. In einem solchen Schallrohr bilden sich stehende Wellen aus, wie es durch die vertikal und horizontal schraffierten Zonen angedeutet ist, und zwar entsprechen die vertikalen Schraffierungen Knotenpunkten, die horizontalen Bewegungsmaxima. Diese Abbildung dient nur der allgemeinen Orientierung.
  • In der Abb.2 ist nun ein sogenannter Kompensator, d. h. .ein Doppelsystem von posaunenartig verschiedenen Rohren dargestellt, welches aus zwei festgelagerten Rohren r1, r. und aus zwei darin beweglichen Rohren y3, r4 besteht. Tr, T. sind Telephone, die den Schall in den Kompensator leiten. Die Entstehung stehender Wellen erfolgt durch Reflexion am offenen Ende der verschiebbaren Rohre und gegebenenfalls durch erneute Reflexion an der Telephonniembranen. Es liegt auf der Hand, daß, wenn man einen solchen Kompensator ganz beliebig bemißt, eine gegebene Frequenz in dem einen Rohrpaar bei irgendeiner beliebigen Einstellung a und in dem, andern Rohrpaar bei. einer beliebigen Einstellung b auftreten würde, so daß bei Verschiebung des Kompensators (r4 wird nach außen gezogen, wenn r3 nach innen verschoben wird) an sich zunächst abwechselnd bei verschiedenen Einstellungen bald rechts bald links sich maximal.isch stehende Wellen ausbilden würden. Die Lautstärkenkurve in Abhängigkeit von der Einstellung des Kompensators würde z. B. für das eine Rohrsystem r1, r3 so ausfallen können, daß, wie in der ersten Kurve der Abb. 3 angegeben ist, ein Maximum sich ausbildet, wenn das Schieberohr p,-cm nach rechts aus der Minenlage verschoben ist, während, wie in der zweiten Kurve der Abb.3 erläutert, in dem anderen Rohrsystem r2, r4 das Maximum der stehenden Welle bei einer Verschiebung des beweglichen Rohres um p2-cm aus der -\Ettenlage heraus entstehen könnte. Man würde also, wenn man die beiden Kompensatorzweige zu den beiden Ohren führt, vom System r1, r3 bei der Kompensatoreinstellung minus p1 an dem einen Ohr und vom Rohrsystem r3, r4 bei der Kompensatoreinstellung plus p2 ein Maximum der Lautstärke erhalten.
  • Gemäß der Erfindung werden nun diese Rohre in ihrer absoluten Länge (beispielsweise auf Grund von Berechnungen) so bemessen, daß die Maxima in beiden Rohren symmetrisch zur Mittonlage des Kompensators entstehen. Die Mittonlage des Kompensators ist in der Abb. z durch punktierte Linien h, 1, dargestellt. Der einfachste Fall ist der, daß man die Rohrleitungen des Kompensators so einrichtet"da13 für eine gegebene Wellenlänge nur ein Maximum einer stehenden Welle auftritt, und zwar in beiden Rohren gleichmäßig in der Mittonlage des Kompensators. Dieser Fall ist im Diagramm in der dritten Kurve der Abb.3 dargestellt, in welcher die Kurve hl dem System r1, r3 und die Kurve k2 dem System r3, r4 entspricht. Die Maxima liegen für beide Kurven genau über der Einstellung 0 des Kompensators.
  • Die Abb. 4. zeigt ein Kurvendiagramm bei einer anderen Komp@ensatorbewegung, bei der die Maxima in beiden Rohren nicht in der Mittonlage, sondern symmetrisch außerhalb derselben bei Verschiebung nach beiden Seiten zustande kommen. Die Bezeichnung der Kurven ist dieselbe wie eben erläutert. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, daß man unmittelbar um die Mittonlage herum ein Gebiet ziemlich konstant bleibender Lautstärke erhält (a bis b). Die Abb.5 bis 8 zeigen Mittel zur BekäHlpfung der stehenden Wellen durch geeignete Ausbildung der Rohrleitungen selbst, und zwar zeigt die Abb. 5 -eine Rohrleitung mit schalldämpfender Belegung b und die Abb. 6 eine Rohrleitung von extremer Enge. Im Fall der Abb. 6 ordnet man zweckmäßig zur Überleitung auf das enge Rohr einen einfachen oder Doppielresonator fZ am Beginn des engen Rohres an. Im Beispiel der Abb. 5 wird in der Belegung b und im Beispiel der Abb.6 in dem extremen engen Rohr genügend Energie der Schallwellen vernichtet, um die Ausbildung stehender Wellen zu verhindern. Auch hier wird ein Kompromiß zwischen Schallverlust und Int,ensitätbschwankung getroffen werden müssen, wie es für den einzelnen Fall zulässig ist. Das Beispiel der Abb.7 zeigt schallnachgiebige Stellen, nämlich Löcher O in der Rohrwand, an derjenigen Stelle, an welcher der Druckknoten der stehenden Welle entsteht. Die Abb. 8 zeigt Schallsiebe s an der Stelle maximaler Bewegungsamplitude der stehenden Welle. Während im Beispiel der Abb. 7 Schallenergie an der Druckstelle abgeschafft wird, wird im Beispiel der Abb. 8 Schallenergie an der Stelle maximaler Bewegung durch Reibungsverluste vernichtet. Die Abb. 9 und i o zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen durch an das Schallrohr L angesetzte Resonatoren) (in diesem Fall einfache gerade Rohre) eine Kompensation der stehenden Wellen im Schallrohr L herbeigeführt wird, und zwar ist im Fall der Abb.9 ein offener Resonator, im Fall der Abb. io ein geschlossener Resonator verwendet. Die Länge derselben muß also im Falle der Abb.9 ein gerades Vielfache einer Viertelwellenlänge, im Fall der Abb. i o ein ungerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge betragen. In beiden Fällen ist der Resonator variabel, *da es sich um in ihrer Länge veränderbare Rohrleitungen L handelt, und zwar im Falle der Abb. 9 dadurch, daß @er posaunenartig ausgezogen werden kann, im Falle der Abb. i o dadurch, daß in ihm ein Stempel P verschoben werden kann.
  • Die Abb. i i bis 13 bringen Beispiele für eine derartige Ausbildung der Rohrenden, daß an ihnen zur Ausbildung stehender Wellen genügende Reflexionen nicht stattfinden.
  • Abb. i i zeigt ein Beispiel, bei welchem an das Ende des Rohres L ein sehr langer Konus V angesetzt ist, Abb. 12 ein Beispiel mit einem Resonator R an der Überleitungsstelle vom weiten zum engen Rohr und Abb. 13 :ein Beispiel mit einem akustischen schwingungsfähigen Doppelluftraum U an Stelle des Resonators.
  • Die letztere Gruppe von Mitteln ist dargestellt in den Abb. 14, 17. Die Ausführungsbeispiele dieser Gruppe sind dadurch charakterisiert, daß in der Nähe der reflektierenden Stelle, und zwar am. Ende der in Frage kommenden Rohrleitung L, Vorrichtungen zur Schallvernichtung angebracht sind.
  • Im Beispiel der Abb. 14 ist am Ende des weiten Rohres L ein Resonator R angeordnet, der innen mit einer schallabsorbierenden Belegung b versehen ist.
  • Im Beispiel der Abb. 15 ist das Ende des Rohres mit Löchern versehen.
  • Im Beispiel der Abb. 16 ist außer der perforierten Stelle ein Resonator R angeordnet, so daß eine kombinierte Einrichtung, bestehend. aus Mitteln der zuletzt genannten Gruppe, und eine Einrichtung derAbb. i2 entstanden ist.
  • Das letzte Beispiel, Abb. 17, zeigt am Ende des Rohres wiederum den Konus, aber wesentlich länger ausgebildet als im Beispiel der Abb. i i in der bewußten Absicht, damit einerseits eine schalldämpfende Verengung zu schaffen, die aber gleichzeitig so ausgebildet ist, daß sie zu schädlichen Reflexionen keinen Anla.ß gibt. Es ist also auch dieses Beispiel ,eine Kombination aus einem Mittel der letzten Gruppe mit dem Mittel der Abb. i i.
  • Ähnlich wie die zuletzt dargestellten Kombinationen von Mitteln können in zweckentsprechender Form die sämtlichen einzeln aufgeführten Mittel der Erfindung miteinander kombiniert werden, wobei es im einzelnen Falle dem Ermessen des ausführenden Ingenieurs überlassen bleiben muß, Kombinationen für den in Frage kommenden Fall am zweckmäßigsten zu wählen.

Claims (1)

  1. PATEN'r-ANSPRÜCHE: i. Schallrohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr die schädlichen Einflüsse stehender Wellen ' entweder durch ihre symmetrische Ausbildung bei Doppelleitungen oder durch Verhütung der stehenden Wellen mittels Energieentziehung. Kompensation oder Vermeidung von Reflexionsstellen verhindert werden. Schallrohrleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände aus schallabsorbierendem Material hergestellt oder an ihrer ganzen Innenseite mit solchem Material belegt sind. 3. Schallrohrleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwände mit Schlitzen versehen sind. .t. Schallrohrleitung nach Anspruch i mit gegen Druck nachgiebigen Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß diese an den Stellen vorgesehen sind, ,an denen die Druckknoten der stehenden Welle auftreten müßten. 5. Schallrohrleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen, an denen Bewegungsmaxima der stehenden Welle auftreten würden, Energie verzehrende Schalldrosselungen (Schallsiebe) eingeschaltet sind. 6. Schallrohrleitung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,- daß von ihr ein zweckmäßig variabler Resonator (Abb. g und io) abgezweigt ist, der zur Kompensation der stehenden Welle im Rohr selbst dient. 7. Schallrohrleitung nach Anspruch i in Kompensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung stehender Wellen an den Enden der Schallrohre ein Konus von etwa dem zweifachen bis sechsfachen der- Wellenlänge des Tones oder ein auf den Ton abgestimmter Resonator oder ein akustischer, Doppelraum geschaltet ist. B. Schallrohrleitung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der reflektierenden Stelle (des Endes) Einrichtungen zur Absorption von Schallwellen angeordnet sind. g. Einrichtung nach Anspruch i und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als schallabsorbierendes Organ ein Resonator vorzugsweise mit schalldämpfender Innenbelegung oder von großer Abstrahlung als Medium dient. i o. Einrichtung nach Anspruch i und 8 mit ,Perforierung der Wand, dadurch gekennzeichnet, daß diese in der Nähe der reflektierenden Stelle angebracht ist. i i. Schallrohrkompensator nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Rohrleitungen, daß für eine bestimmte Frequenz oder Frequenzengruppe die Ausbildung der stehenden Welle in den beiden Kompensatorrohren bei symmetrischen Einstellungen des hompensators zur Mittelstellung eintritt. 12. Kompensator nach Anspruch i i, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Rohrlängen, daß die Maxima. der stehenden Welle nach beiden Seitenaußerhalb der Mittelstellung auftreten, zum Zwecke, in der Umgebung der Mittenlage des Kompensators eine Zone gleichb1eibender Lautstärke zu erreichen.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2688588A1 (fr) * 1992-03-10 1993-09-17 Smith Ind Plc Capteur de niveau de liquide a ultrasons.
WO1995033258A1 (de) * 1994-05-30 1995-12-07 Sonident Anstalt Liechtensteinischen Rechts Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kugelwellen im ultraschallbereich

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FR2688588A1 (fr) * 1992-03-10 1993-09-17 Smith Ind Plc Capteur de niveau de liquide a ultrasons.
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US5828627A (en) * 1994-05-30 1998-10-27 Sonident Anstalt Liechtensteinischen Rechts Method of and apparatus for producing spherical waves in the ultrasonic range

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