DE562850C - Schalldose - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalldose, die insbesondere für Sprechmaschinen Verwendung finden kann. Bei derselben ist der zwischen der Membran und dem Schalldosenstutzen befindliche Hohlraum trichterartig verjüngt.

Die Schalldose hat die Aufgabe zu erfüllen, die schwingende Bewegung einer Membran, die ihrerseits durch einen Taststift, Magnet

o. dgl. angetrieben wird, einem Schalltrichter zuzuführen und so in akustische Strahlung umzuformen. Man muß also an eine derartige Schalldose die Forderung stellen, daß mittels derselben eine getreue Übertragung der von der Membran ausgehenden. Schallwellen ermöglicht wird. Die spezielle Aufgabe, die von der Schalldose auszuführen ist, besteht darin, die von der Innenseite der Membran erzeugte Luftbewegung in den einen viel kleineren Querschnitt besitzenden Trichterstutzen überzuführen.

Es sind schon Schalldosen bekannt, die für die Erfüllung der obenerwähnten Aufgabe recht brauchbar sind. Man hat auch ferner versucht, die Wirkungsweise dieser Schalldosen zu verbessern; so z.B. ist vorgeschlagen worden, der Dose bzw. deren Rückwand eine solche Form zu geben, daß in der Ruhelage die Oberfläche sämtlicher konzentrischer Elementarluftzylinder im Innern der Dose konstant ist, damit die eingeschlossene Luft von außen nach innen ohne Druckschwankungen entweichen kann, und umgekehrt.

Die Erfindung bezweckt, auf Grund physikalischer Überlegungen den Wirkungsgrad der Schalldose bei tiefen und hohen Frequenzen zu verbessern.

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß dem zwischen der Membran und dem Schalldosenstutzen befindlichen Hohlraum eine solche Form gegeben wird, daß die Geschwindigkeit der Luftbewegung in einem beliebigen Augenblick an allen Stellen dieses Hohlraums die gleiche ist. Es kann die Formgebung derart sein, daß für alle Querschnitte der Dose, welche größer als der Schalldurchlaß (Stutzen) sind, das Verhältnis zwischen dem Querschnitt und der Luftmenge, die von dem zwischen diesem Querschnitt und dem äußeren Umfange des freien oder schwingenden Membranteils liegenden Teil der Membran verdrängt wird, gleich ist und auch gleich, ist dem Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Stutzens zur gesamten von der Membran verdrängten Luftmenge.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal steht bei einer Schalldose, deren Membran

und Rückwand kreisförmige Rippen haben jeder vorstehenden Rippe der Membran eine entsprechende Vertiefung der Dosenwand ■ gegenüber.

Die Zeichnung zeigt in

Abb. ι zwei Kurven, deren eine den Verlauf der Dosenwand gemäß der Erfindung und deren andere den Verlauf dieser Wand bei einem früheren Vorschlage darstellt, ίο Abb. 2 und 3 im Schnitt eine Sprechmaschinenschalldose gemäß der Erfindung mit zwei verschiedenen Membranen und

Abb. 4 in schaubildlicher Ansicht und im Schnitt eine andere Ausführungsform der Sprechmaschinenschalldose gemäß der Erfindung.

In der Abb. 1 zeigt die Kurvet, den Verlauf der Rückwand der Schalldose gemäß der Erfindung. Man sieht, daß sich diese Dosenwand am Rande an die Membran anschmiegt. Die Kurve.B stellt den Verlauf der Dosenwand nach dem erwähnten Vorschlage dar. Aus dem Verlauf der Kurve B geht hervor, daß am Rand noch ein beträchtlicher Abstand zwischen Dosenwand und Membran besteht. Aus dem Verlaufe beider Kurven- und B folgt, daß die erfindungsgemäße Schalldose mit nach der Kurvet, geformter Rückwand ein kleineres Volumen hat als eine Schalldose mit Rückwand nach der Kurve B. Infolgedessen sind bei der erfindungsgemäßen Schalldose die kinetische Energie der Luftbewegung in der Dose und das Luftvolumen kleiner als bei der bekannten Schalldose. Dies bedeutet gegenüber den vorgeschlagenen Schalldosen folgende Vorteile:

Wenn die niedrigen Schallfrequenzen hörbar sein sollen, müssen sie verhältnismäßig große Amplituden haben. Bei den niedrigen Schallfrequenzen werden daher die größten Luftgeschwindigkeiten in der Dose auftreten. Die Luftreibung nimmt mit der Luftmenge und dem Quadrat der Geschwindigkeit zu, verhält sich somit wie die kinetische Energie der Luft. Es werden also in derjenigen Schalldose weniger Reibungsverluste auftreten, welche unter sonst gleichen Umständen eine kleinere kinetische Luftenergie hat. Dies ist aber bei der erfindungsgemäßen Schalldose der Fall.

Bei den hohen Schallfrequenzen kommt die Schalldose vor allem als elastischer Puffer in Betracht, der um so weniger. Schwingungsleistung durchläßt, je elastischer er ist. Unter sonst gleichen Umständen bildet aber eine Schalldose ein um so elastischeres Luftkissen, je größer ihr Volumen ist. Infolgedessen soll das Volumen einer Schalldose möglichst klein sein, was auf die Schalldose gemäß der Erfindung zutrifft.

Die Schalldose 1 der Abb. 2 hat eine Innenfläche 2, die gemäß der Kurvet, der Abb. 1 gekrümmt ist. Die Membran 3 ist an ihrem Außenrand 4 an dem Rand der Schalldose 1 festgeklemmt, so daß nur ein bestimmter Teil der Membran 3 ohne den fest eingeklemmten Außenrand 4 schwingen kann. Die Membran 3 wird von einem Schallstiftträger 6 mittels des Zwischengliedes 7 bewegt. An die Schalldose ι schließt sich der Trichterstutzen S an. Die Schallabgabevorrichtung selbst, z. B. der Trichter, ist in der Abbildung nicht dargestellt.

Der Hohlraum zwischen der Membran 3 und dem Stutzen 5 hat eine solche Form, daß die Geschwindigkeit der Luftbewegung in einem beliebigen Augenblick an allen Stellen dieses Hohlraums die gleiche ist. Damit dies der Fall ist, ist die Innenfläche 2 der Schalldose ι so ausgebildet, daß für alle Querschnitte der Schalldose 1, die größer als der Schalldurchlaß (Stutzen 5) sind, das Verhältnis zwischen dem Querschnitt und der Luftmenge, welche von dem zwischen diesem Querschnitt und dem äußeren Umfange des freien oder schwingenden Membranteils liegenden Teil der Membran 3 verdrängt wird, gleich ist und auch gleich ist dem Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Stutzens 5 zur gesamten von der Membran 3 verdrängten Luftmenge.

In der Abb. 2 ist durch die Bezugszeichen A₁, a₂ und b_v b₂ gezeigt, um welche Schnitte es sich handelt.

Betrachtet man z. B. das Luftvolumen, welches von dem Membranring U₁ verdrängt wird, wenn die Mitte der Membran 3 in einem bestimmten Maße (in der Abbildung strichliert angedeutet) verschoben wird, so ist das Verhältnis zwischen dem Querschnitt O₁ und der Luftmenge, welche von dem Membranring a_t verdrängt wird, dasselbe wie das Verhältnis zwischen dem Querschnitt b₂ und der Luftmenge, die von dem Membranring a₂ verdrängt wird. Dieses Verhältnis ist wiederum dasselbe wie das Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Stutzens 5 zur gesamten von der Membran 3 verdrängten Luftmenge.

Das Luft volumen, welches von dem Membranring ß₂ verdrängt wird, ist also größer als das Luftvolumen, welches unter denselben Bedingungen durch den Membranring a_t verdrängt wird. Wie aber aus den vorhergehenden Darlegungen hervorgeht, kommt es darauf an, daß das Verhältnis zwischen den einzelnen Querschnitten der Dose und den Luftmengen, die von den dazugehörigen Membranringen verdrängt werden, immer das ;leiche ist. Infolgedessen muß auch bei den ;ezeigten Querschnitten der Querschnitt b₂ entsprechend größer sein als der Querschnitt b_v

Die Kurvenform der Innenfläche 2 der Schalldose 1 kann durch folgende Gleichung gefunden werden.

Es wird angenommen, daß yi — f{x) = Querschnittsform der gebogenen Membran 3,

y., —- Φ (χ) = Ouerschnittsform "der Innenfläche 2 der Schalldose 1,

b = Radius des Schallstutzens 5, a = Radius der Membran 3.

Für die konstante Geschwindigkeit in einem beliebigen Augenblick in der Schalldose wird dann

_r fxf(x)dx

■ Φ (χ) = f (χ) + — - ^x- . (i)

J'xf (χ) d χ

Bei Schallerzeugern ist der Ausdruck/ (x) dieser Gleichung (11 gewöhnlich klein und kann gegenüber dem Ausdruck

J'xf(x)dx

■2 χ

JXf (X) ix

vernachlässigt werden, so daß man den Ausdruck / (x) in solchen Fällen wegläßt.

Durch Integrierung der obigen Gleichung für verschiedene Werte von χ kann die Kurvenform der Innenfläche 2 der Dose 1 bestimmt werden.

In der Abb. 3 wird im Gegensatz zu der Anordnung der Abb. 2 eine konusartige, kolbenförmig wirkende Membran 3 verwendet, die ebenfalls wie die Membran 3 der Abb. 2 durch den Schallstift 6 über das Zwischenglied 7 angetrieben wird. Der Randteil 4 der konusartigen Membran 3 ist ebenfalls am Rand der Schalldose 1 fest eingeklemmt. Außer dem Randteil 4 ist die Membran 3 frei schwingend, wobei die Schwingungsamplitude

4-5 über die ganze Fläche konstant ist, wie dies in der Abb. 3 gestrichelt angedeutet ist. Mit der Schalldose 1 steht der Stutzen 5 in Verbindung. Der Hohlraum zwischen der Membran 3 und dem Stutzen 5 besitzt ebenfalls eine solche Form, daß die Geschwindigkeit der Luftbewegung in einem beliebigen Augenblick an allen Stellen dieses Hohlraums die gleiche ist. Die Innenfläche 2 der Schalldose ι muß infolgedessen entsprechend der Kurvet, der Abb. 1 ausgebildet sein, so daß für alle Querschnitte der Dose 1, die größer als der Schalldurchlaß (Stutzen 5) sind, das Verhältnis zwischen dem Querschnitt und der Luftmenge, welche von dem zwischen diesem Querschnitt und dem äußeren Umfange des freien oder schwingenden Membranteils liegenden Teil der Membran 3 verdrängt wird, gleich ist und auch gleich ist dem Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Stutzens 5 zur gesamten von der Membran 3 verdrängten Luftmenge.

Die Bezugszeichen a, a_v a.₂ und b, O₁ und b» der Abb. 2 sind in der Abb. 3 zwar weggelassen, sie sollen aber die entsprechenden Größen auch in der Abb. 3 bezeichnen. Die Form der Innenfläche 2 der Schalldose 1 kann dann unter der obigen Annahme im Falle der Abb. 3 wie folgt bestimmt werden.

Man hat die Gleichung

y,=d

2.X

J'xf(x) dx

J'xf (x) dx

(3)

d ist die Schwingungsamplitude der kolbenförmigen Membran 3, die über der ganzen Fläche konstant ist.

An Stelle der obigen Gleichung kann folgende gesetzt werden:

a~ — x~

(4)

Durch Einsetzen von bestimmten Werten für χ kann dann die obige Gleichung gelöst und die Form der Innenfläche 2 der Schalldose ι bestimmt werden.

Ein Fehler !entsteht bei der Ermittlung der Kurve der Innenfläche 2 der Schalldose 1 dadurch, daß die Größen b_v b₂ parallel zu der y-Achse (Abb. 2) gemessen werden. In dem Fall, daß die schwingende Membranfläche 3 sich bedeutend von einer zur x-Achse (Abb. 2) parallelen Ebene unterscheidet, so ist es zweckmäßig, dies zu berücksichtigen. Für die meisten Fälle erhält man. aber eine genügende Genauigkeit, wenn die Größen b_v b.₂ senkrecht zur" Schwingungsfläche gemessen werden.

In der Abb. 4 ist in schaubildlicher Ansicht und im Schnitt eine Sprechmaschinenschalldose gezeigt, bei der die Membran 3 und die Rückwand 2 der Schalldose 1 kreisförmige Rippen haben. Der Randteil 4 der Membran 3 ist fest eingeklemmt. Außer dem Randteil 4 kann die Membran 3 frei schwingen. An die Schalldose 1 schließt sich der Stutzen 5 an. Die Membran 3 wird von einem Schallstift 6 angetrieben, der über ein Zwischenglied 7 mit der Membran 3 in Verbindung steht.

Würde man eine Membran einfach nach der berechneten Kurve formen, so müßte sie verhältnismäßig dick sein, um genügende Festigkeit aufzuweisen. Es ist bekannt, dünne Membranen durch eine Riefelung irgendweleher Art zu versteifen. Solche Rippen würden aber im vorliegenden Fall das aufgestellte

Querschnittsgesetz umstoßen. Damit dies nicht der Fall ist, erhält die Rückwand 2 der Dose 1 entsprechende Rippen, d. h. jeder vorstehenden Rippe der Membran 3 steht eine entsprechende Vertiefung der Dosenwand 2 gegenüber, damit das aufgestellte Querschnittsgesetz erhalten bleibt.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Schalldose, insbesondere für Sprechmaschinen, bei welcher der zwischen der Membran und dem 'Schalldosenstutzen befindliche Hohlraum trichterartig verjüngt ist, gekennzeichnet durch eine solche Formgebung dieses Hohlraums, daß die Geschwindigkeit der Luftbewegung in einem beliebigen Augenblick an allen Stellen dieses Hohlraums die gleiche ist, z. B. in der Weise, daß für alle Querschnitte der Dose (1), welche größer als der Schalldurchlaß (Stutzen 5) sind, das Verhältnis zwischen dem Querschnitt (b_t, O₂) und der Luftmenge, welche von dem zwischen diesem Querschnitt und dem äußeren Umfang des freien oder schwingenden Membranteils liegenden Teil der Membran (ß_x, a₂) verdrängt wird, gleich ist und auch gleich ist dem Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Stutzens (S) zur gesamten von der Membran {3) verdrängten Luftmenge.
2. 2. Schalldose nach Anspruch. 1, deren Membran und Rückwand kreisförmige Rippen haben, dadurch gekennzeichnet, daß jeder vorstehenden Rippe der Membran (3) eine entsprechende Vertiefung der Dbsenwand (2) gegenübersteht (Abb. 4).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen