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Verfahren zur Kontrolle der Lautstärke bei elektrischer Tonübertragung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kontrolle der Lautstärke
bei elektrischer Tonübertragung, z. B. bei Rundfunkübertragungen, Schallplatten
oder Tonfilmaufnahmen. Die zur Kontrolle der Lautstärke verwendeten Meßinstrumente
sollen ein objektives Maß für die eingestellte Lautstärke liefern. Bei den bisher
hierzu verwendeten einfachen Hitzdrahtinstrumenten ändert sich nun der Ausschlag
des Zeigers ungefähr quadratisch mit der Lautstärke, d. h. also, daß bei leisen
Stellen überhaupt kein wahrnehmbarer Ausschlag zu sehen ist, während der Ausschlag
sich von einer gewissen Lautstärke an sehr stark vergrößert.
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Diese Art der Messung entspricht nicht der Empfindlichkeit des Ohres,
denn das Ohr hat eine logarithmische Lautstärkenempfindlichkeit. Eine Verdoppelung
der physikalischen Lautstärke entspricht nicht einer Verdoppelung des subjektiven
Empfindens, sondern nur dem Zuwachs um eine geringere Lautstärkenstufe. je lauter
der Ton wird, desto größer muß der Unterschied in der Lautstärke sein, um ihn für
das Ohr entsprechend wahrnehmbar zu machen. Man benötigt also zur Kontrolle der
Lautstärke mit Rücksicht auf diese Empfindlichkeit des Ohres ein Instrument, das
bei geringen Lautstärken bereits einen verhältnismäßig großen sichtbaren Ausschlag
hat, der aber bei zunehmender Lautstärke nicht proportional mit dieser ansteigt,
sondern in geringerem Maße. Instrumente, deren Ausschlag proportional mit der physikalischen
Lautstärke wächst oder wie bei Hitzdrahtinstrumenten sogar noch schneller ist, sind
zur Kontrolle der subjektiven Lautstärke schlecht geeignet.
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Ein weiterer Nachteil der bisher verwendeten Anzeigevorrichtungen
besteht darin, daß diese infolge ihrer Trägheit bei Laut-'stärkespitzen. nicht sofort
ansprechen, sondern immer nur einen Mittelwert anzeigen. Diese Nachteile hat man
durch verschiedene Einrichtungen zu vermeiden gesucht, so durch .die Verwendung
eines Röhrenvoltmeters oder eines Audions zur Messung der Spannungsspitzen. Aber
auch diese Instrumente haben den Nachteil, daß sie bei geringen Lautstärken noch
nicht ansprechen und bei wachsender Lautstärke proportional dem physikalischen Wert
oder noch schneller ansteigen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Anzeige der Abweichungen
von der eingestellten Lautstärke ein nach dem .Prinzip der Braunschen Röhren arbeitender
Impulsmesser verwendet, der in der Weise ausgebildet ist, daß die Ablenkung des
Elektronenstrahles durch ein proportional der Wechselspannung in der Stärke variierendes
Magnetfeld mit vom Eintritt des Strahles nach der Austrittsseite des abgelenkten
Strahles hin abnehmender Dichte der Kraftlinien erfolgt.
Hierdurch
wird erreicht, daß der Ausschlag infolge gleicher Impulsänderungen bei geringer
absoluter Größe der Impulse, also geringer Lautstärke größer ist als bei großen
Impulsen, also großer Lautstärke.
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Um eine Dichtenverteilung der Kraftlinien im erforderlichen Sinne
zu erzielen, wird der Impulsmesser vorteilhaft so ausgebildet, daß das Magnetfeld
von zwei Elektromagneten mit schneidenartig ausgebildeten Polschuhen gebildet wird,
in deren Verbindungsebene der Elektronenstrahl parallel verlaufend eintritt.
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Hierdurch wird erreicht, daß das vom Magnet gebildete Feld aus einem
kleinen Kern enger Kraftlinien mit rasch abnehmender Dichte der Kraftlinien nach
außen hin besteht. Da die Ablenkung des Elektronenstrahls proportional zur Feldstärke,
d. h. zur Zahl der geschnittenen Kraftlinien, zunimmt, wird der Gesamtausschlag
bei kleinen Impulsen verhältnismäßig groß und bei großen Impulsen verhältnismäßig
klein. Auf diese Weise kann die gestellte Aufgabe - größerer Ausschlag infolge gleicher
Impulsänderungen bei geringer absoluter Größe der Impulse bzw. geringer Lautstärke
als bei großen. Impulsen bzw. großer Lautstärke - auf einfache Weise gelöst werden.
Die Kurvenform der Instrumentencharakteristik, insbesondere die Stärke der verlangten
Krümmung, läßt sich durch Wahl der Form der Polschuhe, der Breite der Ablenkungseinrichtung,
der Gestaltung der Spulen u. dgl. mehr in der für den jeweiligen Verwendungszweck
gewünschten Weise beeinflussen.
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Da bei dem Instrument gemäß der Erfindung die Proportionalität zwischen
Impuls und Ausschlag aufgegeben ist, ist die genaue Einstellung des Elektronenstrahls
auf den Mittelwert bei dem Nullwert des Impulses von besonderer Wichtigkeit. Wird
z. B. der Elektronenstrahl durch elektrische Rufladungen des Glases aus seiner Mittellage
gebracht, so liegt er nicht mehr an der stärksten Stelle des Magnetfeldes, und die
Charakteristik würde eine .erhebliche Verzerrung erhalten, bei der die vorgesehenen
Maßstäbe der Skalen völlig unzutreffende Resultate ergeben könnten.
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Aus diesem Grunde werden erfindungsgemäß zur Einstellung des Elektronenstrahls
auf den Nullpunkt zwei Elektroden angewendet, denen eine regulierbare Gleichspannung
zugeführt wird, oder es kann auch dem Wechselstrom ein regulierbarer Gleichstrom
überlagert werden; durch. Änderung dieses Gleichstroms kann die Einstellung auf
den Nullpunkt unter Berücksichtigung aller etwa vorhandener Störungsquellen vorgenommen
werden.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung,
und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch die Röhre, Fig. 2 und 3 einen Quer-
und Horizontalschnitt in vergrößertem Maßstab der die Ablenkung bewirkenden Magnetvorrichtung,
Fig. 4 ein Diagramm der Wirkungscharakteristik.
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In Fig. i ist i die Kathode, die auch als Glühkathode ausgeführt sein
kann. 2 ist die Anode, die den Elektronen die erforderliche Beschleunigung erteilt.
Die sonst allgemein beim Braunschen Rohr verwendeten Mittel zur Erzielung eines
besonders scharfen Elektronenstrahles sind der Einfachheit halber in dieser Zeichnung
weggelassen, da sie allgemein bekannt sind. Der zur Anzeige verwendete Elektronenstrahl
ist als Linie 3 dargestellt. Bei 4 befindet sich die die Ablenkung bewirkende Magnetvorrichtung,
durch die je nach der Impulsstärke der Elektronenstrahl auf oder an der dem fluoreszierenden
Schirm 5 angeordneten Skala sichtbar wird. Die ausgezogen gezeichneten Linien 6
stellen die bei der Wechselspannung auftretende maximale Ablenkung des Strahles
bei starkem Impuls, die gestrichelt gezeichneteLinie 7 bei schwächerem Impuls dar.
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Die Ablenkungsvorrichtung besteht gemäß Fig.2 und 3 aus zwei einander
gegenüberstehenden Magnetspulen 8 mit schneidenförmig zugespitzten Polschuhen g.
Die Magnete sind durch das Joch i o miteinander verbunden; die Leiter i i sind von
den Magneten durch die Glasumhüllung r2 nach außen geführt. Zwischen den Polschuhen
9 entsteht nun ein durch die Kraftlinien 13. sinnbildlich gemachtes Kraftfeld, das
in der Nähe der Schneiden g am dichtesten ist und mit zunehmender Entfernung von
diesen in der Dichte abninunt. Die Elektroden 14 zu beiden Seiten der Polschuhe
g sind über Leitungen 15 an eine zusätzliche Gleichspannung anschließbar und dienen
zur Einstellung des Elektronenstrahls auf die mittlere Gerade oberhalb :der Polschuhschneiden
g. In Fig. 3 ist nun die Wirkung bei der Ablenkung des Elektronenstrahles 3 ersichtlich,
die sich aus dieser abnehmenden Dichte der Kraftlinien ergibt. In Fig.2 ist der
Kraftlinienverlauf zwecks besserer Veranschaulichung durch die Linien 13 kenntlich
gemacht.
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Die Wirkungsweise ist nun folgende: Je nach der Stärke des Impulses,
der sich als Wechselspannung an den Spulen 8 äußert, ist die Ablenkung des in den
mittleren, dichten Teilen des Kraftfeldes eintretenden Strahles 3 mehr oder weniger
stark. Ist die Ablenkung gering, so verläuft der Strahl 3 auf einem großen Teil
seiner Länge innerhalb des dichten Kraftfeldes, so daß die Einwirkung
des
kleinen Impulses verhältnismäßig stark ist. Wird dagegen infolge stärkeren Impulses
auch die Ablenkung von vornherein stärker, so gelangt der abgelenkte Strahl, wie
bei 6 gezeigt, mehr und mehr in den weniger dichten Teil des Kraftfeldes, wodurch
die weitere Ablenkung geringer wird. Hierdurch ergibt sich die Wirkung, daß der
Maßstab des Ausschlages bei kleinen Impulsen: größer ist als bei großen, wie in
der Charakteristik (Fig.4) gezeigt ist. Dort ist in Abhängigkeit von der Wechselspannung
die Größe des Ausschlages gezeigt, und es ergibt sich eine Kurve mit ständig abnehmendem
Differentialquotienten, die sich bei der Fortsetzung schließlich asymptotisch einer
zur Abszisse parallelen Geraden nähern würde.