DE573752C - Verfahren der automatischen Schwingungsanalyse - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zum Messen von Schwingungszahlen eine mit bekannter und veränderlicher Drehzahl (Suchfrequenz) umlaufende Schlitzscheibe zu verwenden, die eine mit der zu analysierenden Schwingung modulierte lineare Lichtquelle abblendet. Übereinstimmung zwischen Suchfrequenz und gesuchter Frequenz wird an dem Stehenbleiben des von der Blende durchgelassenen Lichtblitzes erkannt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zwecks Analyse zusammengesetzter Schwingungen, insbesondere von Klängen, mit einem Strahlenbündel der Lichtquelle, die mit der zu analysierenden Frequenz moduliert ist, in der beim Fernsehen bekannten Weise ein in der Fläche ausgedehntes Bildfeld abgetastet. Die Abtastvorrichtung kann z. B. aus einem Oszillographenspiegel, einer Braunschen Röhre oder einer Nipkowscheibe bestehen und wird mit der Suchfrequenz gesteuert. Auf dem Bildfeld entsteht bei Übereinstimmung oder, einem bestimmten Verhältnis zwischen der Suchfrequenz und der gesuchten Frequenz eine charakteristische Anordnung von hellen und dunklen Stellen, aus der gleichzeitig auf den Grundton und etwa vorhandene Obertöne geschlossen werden kann. Aus dem Bild kann man nicht nur den zeitliehen Verlauf der Einzelschwingung (entsprechend dem Tönungsverlauf) und die Dämpfung der Schwingungsfolge beurteilen, sondern auch die Frequenzschwankungen eines anhaltenden Tones erkennen, was bei der Untersuchung von Musikinstrumenten' und der menschlichen Stimme zu beobachten ist.

Abb. ι zeigt die Schaltung für die Analysierfrequenz, Abb. 2 die Schaltung für die Suchfrequenz. Abb. 3 gibt ein Beispiel für den optischen Effekt, der mit einer bestimmten Frequenz erzielt wird. Abb. 4 und 5 zeigen als Beispiele für Flächenzerleger zur Analyse die Braunsche Röhre und die Nipkowsche Scheibe.

Von einer Aufnahmevorrichtung 1, ausgebildet als Mikrophon, Tonfilm oder Schallplatte, gelangen die niederfrequenten elektrischen Schwingungen über einen Verstärker 2 und Vorrichtungen 3 und 4, die später noch zu erläutern sind, zu einer steuerbaren Lichtquelle 5, ausgebildet als Glimmlampe oder Kerrzelle, wie sie bei Fernsehen und Tonfilm üblich sind. Diese Lampe leuchtet im Rhythmus der eintreffenden modulierten Schwingungen auf. Mit dem Lichtstrahl dieser Lampe wird eine Bildfläche abgetastet nach einer der Methoden, die vom Fernsehen ner bekannt sind. Z. B. ist als Abtastorgan ein Oszillograph 6 gewählt, der durch die Suchfrequenz gesteuert wird. Eine Bildfläche wird in der Weise abgetastet, daß der Spiegel — angenommen 3omal — hin und her schwingt, während er in dieser Zeit einmal in der Querrichtung dazu schwingt, beispielsweise durch ein Exzenter 9, der mit einem Steg 8. der Oszillographenschleife verbunden ist. Danach beschreibt der von der Licht-

quelle 5 auf den Spiegel 7 auftreffende Lichtstrahl 30 Zeilen "auf dem Bildfeld, das als Mattscheibe oder Projektionsleinewand ausgebildet sein möge. Wenn nun die Lichtquelle mit der Frequenz, die in derselben Zeiteinheit 15 Schwingungen, also 30 Amplituden ausführt, moduliert ist, so ist auf jeder Zeile des Bildfeldes eine Schwärzung zu sehen, und zwar stets genau untereinander, da die Schwingungen periodisch sind und gleichen Abstand voneinander haben. Wenn also die zu analysierende Frequenz mit der Suchfrequenz übereinstimmt, so ist dies als schwarzer vertikaler Streifen im Bildfeld wahrzunehmen, bei der doppelten zu untersuchenden Frequenz zeigen sich zwei Streifen, bei der dreifachen Frequenz drei Streifen usw.

Entsprechende Verhältnisse liegen beim Kathodenoszillographen vor (s. Abb. 4). Von der Kathode 11 geht ein Elektronenstrahl aus und durch die punktförmige Blende 12, die als Anode dient, hindurch. Die Ablenkung des Strahls in den beiden Koordinatenrichtungen erfolgt durch zwei senkrecht zueinander stehende Kondensatorplattenpaare 13, an welche Wechselspannungen angelegt sind. Infolgedessen wandert der Kathodenstrahl durch Wirkung des einen Plattenpaares auf dem Schirm 14 immer auf und ab und wird durch das andere Plattenpaar nach jeder Ablenkung um eine Zeile weiterbewegt, wodurch die Fläche vollkommen ausgefüllt wird. Die Modulation des Strahls erfolgt beispielsweise durch den Wehneltzylinder 15. So entstehen auf dem Schirm dieselben Figuren, die man auch mit dem Spiegeloszillographen erhält. Derselbe Effekt muß sich auch bei Anwendung der Nipkowscheibe und aller anderen elektrischen Bildzerlegerorgane ergeben. Hin-' ter der Scheibe 16 (Abb. 5) ist eine Lampe in der Größe des Bildfeldes 17 angebracht." Bei schneller Rotation der Scheibe wandern alle Löcher 18 nacheinander über das BiIdfeld und lassen gemäß der Modulation der Lampe Figuren entstehen.

Zur Untersuchung eines Frequenzgemisches ist lediglich die Suchfrequenz so lange zu ändern; bis ein schwarzer Strich erscheint, womit ein Teilton gefunden ist. Gleichzeitig sind alle übrigen Teiltöne beliebig verteilt im Bildfeld vorhanden. Sollten diese stärker sein und den gesuchten Teilton schwacher Intensität überdecken, so sind Siebketten oder Resonanzkreise an der Stelle 3 einzubauen, so daß die störenden Teiltöne ausgeschaltet ■werden.

Hat man die Suchfrequenz auf den Grundton des Klanggemisches abgestimmt, so zeigt sich, wie erwähnt, ein schwarzer Streifen und beliebige Mosaikfiguren aus schwarzen Punkten, die den Obertönen entsprechen. Nach einiger Übung ist man imstande, bereits aus diesem einen Bild ungefähr auf die Zahl und die Frequenz der Obertöne zu schließen, da ja jedes Intervall in bezug auf die Grundfrequenz eine entsprechende Punktverteilung, d. h. ein bestimmtes Muster im Bildfeld bildet. So erscheint z. B. die Quarte des Grundtones etwa wie in Abb. 3, was sich rechnerisch und experimentell nachweisen läßt.

Es wurde vorhin von einer bestimmten Zeiteinheit der Abtastung gesprochen. Da die Frequenz in Sekunden angegeben wird, so müßte eine große Zahl von Zeilen eines Bildfeldes abgetastet werden, um dasselbe während einer Sekunde zu beschreiben. Man wählt statt dessen wie beim Fernsehen eine mehrmalige Abtastung eines abgegrenzten Bildfeldes in der Sekunde. Dann ergibt sich z. B. bei 30 Zeilen und iomaliger Abtastung eine Frequenz von 150 Hertz oder 300 Amplituden. Entsprechend sind die Verhältnisse bei der Nipkowscheibe, wo sich bekanntlich die Grundfrequenz aus der Tourenzahl/Sek. X Zeilenzahl berechnet. Eine leichte Nipkowscheibe läßt sich durch ein phonisches Rad antreiben, das mit der Suchfrequenz zu speisen ist. Zweckmäßig wird man den Abstimmkondensator für die Erzeugung der Suchfrequenz in Frequenzen oder bei musikalischen Untersuchungen in Tonbezeichnungen eichen.

Die Amplituden der Teiltöne lassen sich nur nach Augenschein, nämlich nach dem Grad der Schwärzung auf dem Bildfeld, abschätzen. Zur genauen Feststellung wird in den Stromkreis der Lichtquelle ein Stromanzeigeinstrument 4 eingeschaltet, das dann bei jedem gefundenen Teilton abzulesen ist. Allerdings müssen die stärkeren Teiltöne dann jeweils vorher in 3 ausgesiebt werden. Da die zu analysierende Frequenz unveränderlich bis zum Lichtsteuerorgan gelangt und die Suchfrequenz, die entweder den Oszillograplienspiegel u. dgl.' oder mechanische Antriebsvorrichtungen antreibt, genau bestimmt ist, so läßt sich die Frequenzbestimmung vollkommen exakt durchführen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß bei schwankender Analysierfrequenz die Schwankungen unmittelbar optisch sichtbar werden, und zwar biegt bei der Bildabtastung der schwarze Strich der Grundfrequenz nach links oder rechts aus, wenn Schwankungen auftreten.

Das geschilderte \^rerfahren bezieht sich nicht nur auf die Untersuchung von Klängen. Ebenso können z. B. die Frequenz des elektrischen Netzstromes und andere elektrische Schwingungsformen damit untersucht werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren der automatischen Schwingungsanalyse, insbesondere der Klanganalyse, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Strahlenbündel einer mit der zu analysierenden Frequenz modulierten Lichtquelle in der beim'Fernsehen bekannten Weise ein in der Fläche ausgedehntes Bildfeld abgetastet wird, wobei die Abrastvorrichtung mit der beliebig veränderlichen Suchfrequenz gesteuert wird, so daß Übereinstimmung oder ein bestimmtes Verhältnis zwischen der zu analysierenden und der Suchfrequenz an einer entsprechenden Anordnung von hellen und dunklen Stellen erkennbar wird, die über das Bildfeld verteilt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen