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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Beispiel der Abb. 15 ist das Ende des Rohres mit Löchern
versehen.
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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.
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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.
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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.