DE468887C - Luftschallsender - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf luftakustische Apparate beliebiger Art (Telephone, Mikrophone, Grammophone, Megaphone, Hupen u. dgl.), und zwar insbesondere auf solche, bei denen zur Übertragung oder Aufnahme des Schalles an die Luft oder aus derselben ein besonderes Schwingungsorgan (Membran o. dgl.) vorhanden ist. Bei luftakustischen Apparaten im allgemeinen, besonders aber bei solchen der zuletzt geschilderten Art, hat es sich bisher als unmöglich erwiesen, eine so große Dämpfung der schwingenden Gebilde zu erzielen, daß eine völlig einwandfreie Übertragung und Wiedergabe des gesprochenen Wortes gleichzeitig mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad des Apparats erreicht werden könnte.

Die Erfinder haben zur Lösung dieses Problems ein Mittel darin gefunden, für die Übertragung der Sprache einen abgestimmten Luftraum (Helmholzscher Resonator) zu verwenden, der bei Apparaten mit besonderem Schwingungsorgan (Membran) mit diesem gekoppelt wird. Es können naturgemäß auch mehrere Resonatoren in einem Apparat verwendet werden.

Die Verwendung von abgestimmten Lufträumen in Verbindung mit schwingenden Membranen war an sich bereits mehrfach vorgeschlagen, aber stets in einer Form, welche die Wirkung des Resonators selbst praktisch zunichte machte, indem z. B. die Resonatorwäiide unstarr ausgebildet oder der Innenraum des Resonators mit anderen Teilen des Apparats zum Teil ausgefüllt wurde. Demgegenüber bezieht sich die Erfindung naturgemäß nur auf wirkliche Resonatoren, deren nicht für die Schwingung bestimmte Wandteile starr und deren Innenraum völlig frei ist.

Die Zwischenschaltung derartiger Resonanzräume zwischen diejenige Stelle, an der letzten Endes die eigentliche Erzeugung oder Energieumwandlung des Schalles stattfindet, und das übertragende Medium gibt ein Mittel an die Hand, den Betrag der ausgestrahlten und aufgenommenen Energiemenge beliebig genau zu regulieren, unabhängig von allen sonstigen Anforderungen, die etwa an die schwingenden Gebilde des akustischen Apparats zu stellen sind. Sie ermöglicht es, bei Empfängern den Betrag der sogenannten Strahlungsdämpfung, d. h. derjenigen Energiemenge, die vom Apparat oder genauer von seinen strahlenden Teilen auf das Medium übertragen werden, so zu bemessen, daß dieser Teilbetrag der Gesamtdämpfung des Apparats in die gleiche Größenordnung gebracht werden kann wie die Dämpfung der schwingenden Gebilde durch die übrigen an So der Schallübertragung und Weitergabe beteiligten Konstruktionselemente des Apparats, soweit dieser letztere Betrag eine sogenannte Nutzdämpfung veranlaßt.

Betrachtet man beispielsweise die Mikrophonkapsel eines Fernsprechapparats in ihrer akustischen Wirkungsweise, so ergeben sich folgende Erscheinungen:

Die Membran wird durch die auffallenden Sprechwellen in Schwingungen versetzt. Es ist also in ihr jeweils ein bestimmter Energiebetrag vorhanden, der sich wie folgt verteilt: Ein Teil wird in dem auf der Membran befestigten Mikrophon in elektrische Wechselströme umgewandelt, ein anderer Teil wird jedoch, da ja die Membran mindestens auf der Außenseite, oft zum Teil auch auf der ίο Innenseite, an Luft grenzt, wiederum von ihr auf die umgebende Luft übertragen, d. h. zurückgestrahlt. Würde man das Mikrophon ganz außerordentlich klein bauen, so würde es nicht in der Lage sein, nennenswerte Energie aus der Membran herauszuziehen. Würde man es extrem groß bauen, so würde es die Membran festhalten und überhaupt am Schwingen verhindern. In beiden Grenzfällen sieht man, daß eine nennenswerte Erzeugung so von elektrischen Wechselströmen nicht stattfindet; sowohl in dem FaEe, wenn die Nutzdämpfung sehr klein ist gegenüber der Strahlungsdämpfung, als auch in dem Falle, wo sie sehr groß ist, ist also der Wirkungsgrad eines solchen Apparats sehr schlecht, woraus folgt, daß diese Kurve des Wirkungsgrades relativ zum Verhältnis der Strahlungsdämpfung zur Nutzdämpfung zwischen beiden Extremen einen optimalen Wert haben muß. Rechnung und Erfindung stimmen darin überein, daß dieses Optimum unter Vernachlässigung sonstiger kleiner schädlicher Dämpfungen dann erreicht wird, wenn die Strahlungsdämpfung gleich der Nutzdämpfung gemacht werden kann. Ein Mittel hierzu ist, wie gesagt, die Verwendung der oben geschilderten Resonatoren.

Bei Sendern liegt ebenfalls meist die Bedingung vor, gewisse Dämpfungen zu haben. Will man diese nicht durch schädliche Dämpfungen, also unter Einbuße des guten Wirkungsgrades, erreichen, sondern durch Nutzdämpfung, d. h. in dem Falle des Senders durch Strahlung, so werden gemäß der Erfindung hierzu die Resonatoren verwendet. Man hat zwar bereits derartige Apparate zu irgendwelchen Zwecken mit Lufträumen versehen; dabei hat man aber in keiner Weise berücksichtigt, daß zur Erreichung des gewünschten Zieles die Abstimmung der Lufträume mit dem Schwingungsorgan, d. h. also der Charakter des Resonators und ihre entsprechende Kopplung mit dem Schwingungsorgan (Membran), erforderlich ist. Daß diese Bedingungen bei den in der Praxis eingeführten Apparaten dieser Art, z. B. bei den handelsüblichen Telephonen, bisher nicht erfüllt waren, kann ohne weiteres experimentell nachgewiesen werden. Die der obigen Forderung entsprechende Beschaffenheit des Luftraums läßt sich entweder experimentell bestimmen oder rechnerisch ermitteln. Es genügt für irgendeinen Typ eines beliebigen solchen luftakustischen Apparats, an einem Modell durch Einschaltung verschieden großer und verschieden abgestimmter Lufträume oder eines in seinen Abmessungen veränderlichen Luftraums durch Dämpfungsmessungen mit und ohne Luftraum die richtigen Abmessungen des letzteren zu ermitteln. Natürlich kann man bei gegebener Größe durch Variation der Öffnung des Resonators auch die richtige Abstimmung einstellen. Außerdem sind alle diese Dinge mit Hilfe von geeigneten Formeln der Rechnung zugänglich.

Ist der Luftraum das einzige Schwingungsgebilde mit ausgesprochener Eigenperiode in dem gesamten vorhandenen System, dann wird er selbst und allein auf die aufzunehmende oder auszusendende Schallfrequenz abgestimmt. Das gilt ebenso, wenn er mit einem an sich zwar elastischen Gebilde zusammenwirkt, aber so, daß beide zusammen nur als ein Schwingungsorgan aufzufassen sind. Ist er mit einem Schallorgan, z. B. mit einer Membran, gekoppelt, so werden beide zweckmäßig auf seine Frequenz oder, wenn eine ganze Gruppe von Frequenzen aufgenommen oder ausgestrahlt werden soll, auf eine innerhalb dieser- Gruppen liegende Frequenz abgestimmt. Es ergeben sich dann, je nach dem Kopplungsgrad der beiden Schwingungsgebilde, mehr oder weniger weit auseinanderliegende Kopplungsschwingungen, die sich über das in Frage kommende Frequenzgebiet verteilen. Bei Sprechapparaten wird man diesen Frequenzbereich vorteilhaft mit dem der Sprache möglichst zusammenlegen. So wird man beispielsweise bei solchen Apparaten Membranen und Resonatoren etwa auf die Frequenz 700 bis 750 abstimmen und sie so miteinander koppeln, daß die Kopplungsschwingungen in dem Gebiet unter 700 und über 800 liegen, so daß das Gebiet von etwa 500 bis ι 000 Schwingungen in der Sekunde von den Resonanzfrequenzen des Apparats überdeckt wird. Die richtige Dämpfung wird dann bei konstant bleibender Abstimmung des Resonators durch Berechnung oder experimentelle Bestimmung der erforderlichen Größe desselben eingestellt. -

Statt eines einzigen Resonators können deren naturgemäß auch mehrere Verwendung finden. Auch kann man bei weit ausgedehntem Frequenzbereich des zu übertragenden Tongemisches zu dem Hilfsmittel greifen, gewisse höhere Schwingungen der Schwingungssysteme des Apparats heranzuziehen, wie sie z. B. erhalten werden können durch ungleichmäßige Verteilung der Massen in den Sthwingungsgebilden, Änderung ihrer Ein-

spannung und ähnliche Mittel, oder man kann durch solche Mittel die höheren Harmonischen willkürlich an solche gewünschte Stellen verlegen.

In den Abb. ι bis 5 sind rein schematisch ausgeführte Beispiele der Erfindung dargestellt, und zwar stellt dar:
Abb. ι ein Telephon,
Abb. 2 ein Mikrophon,

Abb. 3 die in Frage kommenden Teile eines Grammophons,

Abb. 4 und 5 Megaphone, sämtlich unter Verwendung des Resonators.

Im Falle der Abb. 1 und 2 ist der Resonator ι vor eine Membran 2 geschaltet, die einerseits durch das Magnetsystem 3 erregt bzw. von ihm abgedämpft oder anderseits durch ein Mikrophon 4 ausgenutzt wird.

Im Falle der Abb. 3 ist ebenfalls Luftraum und Membran in der angegebenen Zusammenstellung vorhanden, wobei jedoch die Membran in üblicher Weise mit einem Hebel 5 in Verbindung steht und der Luftraum auf einen Schalltrichter 6 wirkt.

Im Falle der Abb. 4 ist der Resonator zwischen dem Mundstück 7 und dem Innenraum des Megaphontrichters 8 eingeschaltet, während im FaUe der Abb. 5 durch das Mundstück 7 zunächst wiederum eine Membran 2 besprochen wird, die ihrerseits den Resonator ι erregt. Von da aus geht der Schall weiter in den Megaphontrichter 8.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung naturgemäß nicht auf die dargestellten oder erwähnten Beispiele beschränkt, sondern der Resonator kann in einfacher oder mehrfacher Anwendung bei Schallapparaten beliebiger Art und für beliebige Zwecke als Mittel zur Einstellung und Abgleichung der Strahlungsdämpfung Verwendung finden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Luftschallsender mit einem aus festem Material (Metall o. dgl.) bestehenden und durch elektrische Kräfte erregten Schwingungsgebilde (Membran) und einem die Energie zwischen diesem Schwingungsgebilde und dem Außenmedium übermittelnden Resonator, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte mechanische Schwingungsgebilde einen Teil der Resonatorwandung bildet, die im übrigen starr gegenüber den verwendeten Schallfrequenzen ausgebildet ist, und daß alle übrigen Teile des schallerzeugenden Organs (Elektromagnet, Anker usw.) außerhalb des Resonatorraums liegen.

2. Luftschallsender nach Anspruch 1 mit zwei miteinander gekoppelten Resonatoren, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Resonator als geschlossener, durch eine Öffnung mit dem zweiten verbundener Resonator mit im übrigen starren Wänden, der zweite Resonator als Schalltrichter ausgebildet ist, und daß die beiden Resonatoren dieselbe Eigenfrequenz besitzen wie das mit dem geschlossenen Resonator zusammenwirkende mechanische Schwingungsgebilde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen