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Einrichtung zur Umwandlung von Änderungen der Eigenfrequenz eines
Schwingungskreises in Strom- und Spannungsänderungen zur Zeichengebung. Schaltet
man zwei selh#zterregte Röhrengeneratoren in der Art zusammen, daß sie mit einem
gemeinsamen Kreise gekoppelt sind, so beeinflussen sich die in den Röhrengeneratoren
entstehenden Hochfrequenzströme in solcher Weise, daß von ihnen ausgehende Ströme
im Kopplungskreise um i8o° in ihren Phasen verschoben sind, wenn die Eigenwellen
der frequenzbestimmenden Kreise in den Röhrengeneratoren gleich groß
sind.
Ist der Kopplungsgrad des einen Röhrengenerators mit dem genfeinsamen Kreise ebenso
groß wie der des anderen Röhrengenerators, so fließt ini gemeinsamen Kreise kein
Strom, weil die von den beiden Röhrengeneratoren aufgedrückten Spannungen in ihren
Phasen um i8o° verschoben sind und ihre Amplituden.gleich groß sind. Verstimmt man
den frequenzbestimmenden Kreis des einen Röhrengenerators um ein geringes, so treten
nicht sofort Schwebungen auf, weil es einen Zustand gibt, in dem der eine Röhrengenerator
von dem anderen mitgezogen wird (vgl. Patent 366730). Hierbei entsteht aber ein
Strom im gemeinsamen Kopplungskreise, der von Null aus (ausgehend von demjenigen
Augenblick, in dem die Eigenwellen der frequenzbestimmenden Generatorkreise gleich
groß waren) ansteigt, und zwar proportional der Verstimmung der beiden Generatorkreise
gegeneinander. Das Ansteigen des resultierenden Stromes im gemeinsamen Kopplungskreise
erfolgt etwa bis zu dem doppelten desjenigen, Stromwertes, der im gemeinsamen Kreise
entsteht, wenn nur ein Generator eingeschaltet ist. Kurz vor dem Erreichen des erwähnten
doppelten Stromwertes setzen erst Schwebungen ein, d. h. der Mitziehzustand ist
nicht mehr vorhanden, der eine Sender hat sich vom anderen emanzipiert. Innerhalb
des Gebietes, in welchem der Strom im gemeinsamen Kreise von Null aus ansteigt,
bis zu demjenigen Moment, in dem Schwebungen einsetzen, erfolgt die Änderung des
Stromes in einem großen Bereich geradlinig in Abhängigkeit von einer Kapazitätsänderung
im frequenzbestimmenden Kreise des einen Generators. Die Steilheit des Anstieges
ist abhängig von dem Kopplungsgrade der Generatoren mit dem gemeinsamen Kreise.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird der Bereich der geradlinigen
Stromänderung mit großem Vorteil zur Zeichenübertragung, wie z. B. für mikrophonische
Bildübertragungs-oder ähnliche Zwecke, ausgenutzt. Schaltet inan z. B. zu dem Kondensator
des einen Generatorkreises ein kapazitives Mikrophon parallel oder ersetzt man den
erwähnten Kondensator durch ein solches Mikrophon, so erzielt man beim Besprechen
dieses Mikrophons Änderungen des Hochfrequenzstromes im gemeinsamen Kreise. Nach
Gleichrichtung dieses Hochfrequenzstromes erhält man so einen niederfrequenten,
sich im Sprachrhvthmus ändernden Strom, der natürlich in gleicher Weise, z. B. zum
Steuer eines Telephoniesenders, benutzt werden kann wie ein auf andere Weise erzeugter
Mikrophonstrom.
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In Abb. i der beiliegenden Zeichnung ist eine geeignete Schaltung
angegeben. i und 2 sind die beiden Generatorröhren, die von der Anodenbatterie 3
und der Heizbatterie 4 die notwendigen Betriebs- und Heizströme beziehen. An die
Röhre i und 2 sind in beliebiger Schwingungserzeugerschaltung die frequenzbestimmenden
Kreise 5 und 6 angeschlossen. Beide Kreise sind mit dem gemeinsamen Kreise 7 und
8 z. B. induktiv gekoppelt. Parallel zum Kondensator ro des frequenzbestimmenden
Kreises ist das kapazitive Mikrophon i i angeschaltet, das in beliebiger Art ausgeführt
oder durch irgendeinen anderen Zeichengeber ersetzt sein kann. Gemäß dem vorher
Gesagten entstehen die beschriebenen Stromverhältnisse im gemeinsamen Kopplungskreise
7. Dieser Strom im Kreise 7 ist bei der Besprechung des Mikrophons ein hochfrequenter
Strom, dessen Amplitude sich im Sprachrhythmus ändert. Das Richtv erstärkerrohr
12 liegt mit seiner Kathode und seinem Gitter über eine Vorspannungsbatterie 15
parallel zum Kondensator 13 des Kreises 7. Aus der Sekundärwicklung des Anodentransformators
14 kann man während des Betriebes den niederfrequenten Sprachstrom entnehmen. Seinen
Heiz- und Anodenstrom erhält das Richtverstärkerrohr 12 ebenfalls aus den Batterien
3 und 4.. Die gezeigte Schaltung ist nur eine beispielsweise angenommene und könnte
in sinngemäßer Weise auch andersartig ausgeführt sein. Der Kreis 7 kann ebensogut
periodisch wie aperiodisch gestaltet «-erden. Seine Kopplung mit den Kreisen 5 und
6 könnte auch kapazitiv und galvanisch sein. Als kapazitives Mikrophon könnte auch
ein zweiseitig wirkendes, mit einer beweglichen Membran versehenes verwendet werden,
das gleichzeitig 'die frequenzbestimmenden Kreise 5 und 6 im entgegengesetzten Sinne
beeinflußt. Anstatt des einseitig wirkenden Richtverstärkerrohres 12 könnten z.
B. zwei solcher Rohre, die im Gegentakt zueinander arbeiten, benutzt werden, und
statt der gezeichneten Transformatorkupplung 1q. könnte die Entnahme des niederfrequenten
Stromes auch durch eine Widerstandskopplung erfolgen. Es können schließlich alle
zur Schwingungserzeugung und zu den normalen Verstärkungen . üblichen Schaltungen
benutzt werden.
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Abb.2 zeigt ein Diagramm, in dem der Verlauf des Stromes i im Kopplungskreise
in Abhängigkeit von der Änderung der Kapazität c2 im frequenzbestimmenden Kreise
6 dargestellt ist. Ist die Eigenwelle des Kreises 6 gleich der Eigenwelle des Kreises
5, also A., - A2, so ist der Strom i im gemeinsamen Kreise 7 gleich Null, wenn die
Kopplungen 8 und 9 gleich fest sind. Sowohl bei der Verkleinerung als auch bei der
Vergrößerung
der Kapazität c. tritt ein Ansteigen des Stromes ein,
der auf jeder Seite über ein gewisses Maximum hinweg zu demjenigen Wert übergeht,
der eintritt, wenn Schwebungen im Kreise 7 auftreten. Die Frequenz des Schwebungstones
ist durch die Kurve i1. dargestellt. In der -Nähe der Abstimmung; der beiden Kreise
5 und 6 aufeinander, also wenn .?1 - 2.2 ist und nahe diesen Werten, bleibt die
Tonfrequenz gleich -Null, bis sie plötzlich bei a und ä einsetzt, um von
diesem Moment ab sich normal mit c., d. h. gemäß der Verstimmung, zu verändern.
Die geradlinige Änderung des Stromverlaufes, und zwar von i - o ausgehend nach einer
Seite hin bis zu dem Augenblick, in dem Scliwebungstöne einsetzen, ist der für die
mikrophonischen Zwecke zu benutzende Arbeitsbereich. Der Verlauf der Kurve ist in
Wirklichkeit nicht ganz so symmetrisch wie im Diagramm dargestellt. Die idealisierte
Kurvenform ist nur als schematische Darstellung der Vorgänge aufzufassen.
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Bei geeigneter Bemessung der in Abb. i gezeichneten Wechselstromwiderstände,
d.li. der Kondensatoren und Selbstinduktionen, bei geeigneter Bemessung der anzuwendenden
Kopplungsgrade läßt es sich erreichen, daß eine außerordentlich geringe Verstimmung
im Kreise 6, also eine außerordentlich geringe Änderung der Kapazität durch Besprechen
des Kondensatormikrophons i i, schon eine genügende Wirkung hervorruft, weil der
aufsteigende Ast der Stromkurve von 'Null aus bis zum entsprechenden Wert sehr steil
gemacht werden kann. Praktisch ausgeführte Versuche haben gezeigt, daß, wenn die
Gesamtkapazität im Kreise 6 nur um etwa 2 pro Tausend geändert wird, der gesamte
Arbeitsbereich des Stromes im Kreise 7 durchlaufen wird. Man erreicht so mit dieser
Gesamtanordnung, daß die zu entnehmenden elektrischen Sprachleistungen niederfrequenzunabhängig
verlaufen, daß die elektrischen Änderungen proportional den Schalldruckänderungen
vor sich gehen und daß schließlich die dem Hochfrequenzkreise 7 zu entnehmende Sprachleistung
so groß ist, daß gegenüber anderen kapazitiven mikrophonischen Einrichtungen nur
noch unverhältnismäßig geringe Verstärkungen erforderlich sind, um zii denjenigen
Sprachströmen (Intensitäten) zu kommen, die man zur Steuerung eines Senders benötigt.
Selbstverständlich treten Nebengeräusche bei dieser Art von mikrophonischen Einrichtungen
überhaupt nicht auf.
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Die Ausführung des kapazitiven Mikrophons kann in einer beliebigen
an sich bekannten Form durchgeführt sein. Geeignet ist z. B. als bewegliche Membran
eine möglichst leichte Metallfolie, die zwischen zwei Seidenflächen gehalten ist.
Die Seidenflächen können zweckmäßig mit möglichst wenig Spannung der Seide, nur
so, daß sich eben gerade keine Falten bilden, vor einer festen Belegung angebracht
sein. Die feste Belegung kann aus einer 2 oder 3 mm starken Messingplatte bestehen,
in die in einer Entfernung von i bis 2 mm li. mm breite Schlitze eingesägt sind.
Spricht man nun auf die Messingplatte, so wirken die Schalldrucke durch die Schlitze
auf die zwischen der Seide gehaltene bewegliche Belegung, nämlich die Metallfolie.
Hierbei wird der Abstand der beweglichen Belegung von der festen geändert, und so
kommen die Kapazitätsänderungen zustande. Zweckmäßig ist es noch, hinter der beweglichen
Belegung in bekannter Weise einen Kompressionsraum anzuordnen, durch dessen Dimensionierung
man die akustischen Verhältnisse besonders günstig gestalten kann. Selbstverständlich
kann das Mikrophon, wie schon erwähnt, auch als zweiseitig wirkendes ausgebildet
werden, so daß die bewegliche Belegung zwischen zwei festen angebracht ist. Je eine
derselben ist mit den Gittern der beiden Schwingröhren verbunden, die bewegliche
mit dem gemeinsamen K-Punkt beider Röhren.
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Die Generatorschaltung wird zweckmäßig so ausgeführt, daß als Schwingungskreis
der Gitterkreis benutzt wird. Das bringt zweierlei Vorteile: i. wird verhindert,
daß die Spannung am Mikrophon ein gewisses Maß überschreitet und 2. ist die Kreiskapazität
verhältnismäßig groß, so daß die in der beweglichen Zuleitung, die verhältnismäßig
lang sein kann, zum Mikrophon liegende Kapazität zulässig wird. Der eine nämlich
am K-Punkt der Röhre liegende Pol dieser Zuleitung ist natürlich zweckmäßig zu erden
und mit dem Gehäuse des Mikrophons zu verbinden. Dieser geerdete 'Leiter kann als
flexibler Metallschlauch ausgebildet sein und der kapazitiv empfindliche Leiter
innerhalb desselben verlegt sein.
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Schließlich sei noch bemerkt, daß die Auskopplung der Schwingröhre
so vorzunehmen ist, daß das eine Rohr eine festere Gitterkopplung und das andere
eine festere Anodenkopphing hat; dadurch wird das Mitgezogenwerden des einen durch
das andere Rohr begünstigt. Ein gleiches wird erreicht, wenn beide oder mindestens
ein Rohr im negativen Gebiet arbeiten.
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Hat man die Verhältnisse so gestaltet, daß dasjenige Schwingrohr,
an welchem das (nur einseitig arbeitende) Mikrophon liegt, stabil ist, das andere
labil arbeitet, so wird sich proportional den auf das Mikrophon wirkenden Schalldruckänderungen
auch die Welle
i-erändern. Ist der Kopplungskreis zwischen den beiden
Schwingsvstemen abstimmbar und wenig gedämpft, so hat er eine entsprechende scharfe
Resonanzkurve. Wählt man die Einstellung so, daß entweder auf dem aufsteigenden
oder absteigenden Ast der Resonanzkurve dieses gemeinsamen Kopplungskreises gearbeitet
wird, so kann man Stromänderungen mit erhöhter Empfindlichkeit, als dem Mitziehv
organg allein entspricht, im gemeinsamen Kopplungskreis erhalten. Außer der durch
die Steilheit des Mitziehvorganges bedingten Stromänderung kommen nämlich vergrößerte
Stromänderungen zustande, die eben durch das Arbeiten auf dem steilen Ast der Resonanzkurve,
auf dem der Arbeitspunkt ja auf und ab gleitet, verursacht werden. Selbstverständlich
muß man diejenigen Aste der Resonanzkurve bzw. des Mitziehgebietes wählen, bei denen
die Wirkungen sich addieren.
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Wie aus der Beschreibung hervorgeht, kommt es in jedem Falle darauf
an, daß die Eigenwelle des die Frequenz bestimmenden Kreises der Generatorröhren
i und 2 geändert wird. Selbstverständlich kann aber in der beschriebenen Weise die
Verstimmung auch auf andere als auf kapazitive Art vorgenommen werden. Es ist möglich,
diese Verstimmung auch auf induktivem Wege oder durch Einschaltung von veränderlichen
Widerständen, beispielsweise auch Selenzellen, an geeigneter Stelle hervorzurufen.