DE641678C - Vorrichtung zum Schutz der Membran von akustischen Geraeten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM Ϊ3. FEBRUAR 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a² GRUPPE 16oi

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. März 1934 ab

Um die Membran von akustischen Geräten, die in der Nähe von Geschützen aufgestellt werden-sollen, vor Zerstörung durch die beim Abfeuern der Geschütze entstehenden starken Knallgeräusche zu schützen, hat man vorgeschlagen, Anschläge vorzusehen, „ die eine zu starke Durchbiegung der Membran verhindern sollen. Es ist jedoch in manchen Fällen schwierig, diese Anschläge so zu bemessen

ίο und anzuordnen, daß sie eine Zerstörung der Membran sicher verhindern; ohne die normale akustische Wirkung zu beeinträchtigen.

Für diesen Zweck sind an sich akustische Filter beliebiger bekannter Bauart geeignet.

So kann man z. B'. ein oder mehrere Filter benutzen, die aus einem oder mehreren Lufträumen von bestimmten Abmessungen bestehen, <die durch einen oder mehrere Luftkanäle miteinander verbunden und an "die

ao Membran angeschlossen sind. Diese bekannten, aus abgestimmten Lufträumen und Luftkanälen bestehenden akustischen Filter sind aber für den vorliegenden Zweck insofern weniger- geeignet, als sie in diesem Falle verhältnismäßig viel Platz in Anspruch nehmen. Es sind ferner auch mehr oder weniger abgestimmte Resonatoren bekanntgeworden, die im Zuge der Schallführung angeordnet sind und durch die Interferenzwirkung bestimmte Frequenzen unterdrücken. Weiterhin ist es bekannt, vor einer Membran Vorsatzteile anzuordnen, welche Störgeräusche von dieser Membran abhalten sollen, oder besondere Vormembranen zn benutzen. Wenn auch hierdurch eine von dem Knallgeräusch herrührende gefährliche Druckamplitude der Schallwellen herabgemindert wird, so ist doch darauf hinzuweisen, daß derartige Mittel auch die Sprache stark dämpfen.

Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zum Schütze der Membran, von akustischen Geräten gegen Zerstörung durch Knall- · geräusche, bei der der Wellenwiderstand einer· oder mehrerer vor der zu schützenden Membran angeordneter akustischer Hochpässe oder Bandfilter, die Schallwellen niedriger Frequenzen, insbesondere unterhalb von 400HZ, die den Hauptanteil der Energie der Knallgeräusche enthalten, praktisch nicht hindurchlassen, während sie die zur Sprachübertragung notwendigen Schallwellen nicht wesentlich dämpfen, derart bemessen ist, daß er bei einer mittleren Frequenz des Durchlaßbereiches ungefähr dem mechanischen Scheinwiderstand der zu schützenden Membran, um-'gerechnet auf eine gleich große schwingende Fläche, entspricht. Es ist besonders zweckmäßig, diese Filter in einer Luftkammer anzuordnen, deren Wandung einen oder mehrere Luftkanäle von einer Länge enthält, die kleiner ist als die der höchsten Frequenz des Durchlaßbereiches entsprechende Phasen-

*)■ Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden: ".

Dr. Carl A. Hartmann in Berlin-Siemensstadt.

länge. Wird die Luftkammer durch eine Membran in zwei Kammern unterteilt, so muß dafür gesorgt werden, daß beide Kammern durch einen oder mehrere Luftkanäle miteinander oder mit der Außenluft in Verbindung stehen.

Bei der Bemessung des akustischen Filters kommt es in erster Linie darauf an, daß die Absorption des Filters für die betriebsmäßig ίο bei dem betreffenden akustischen Apparat vorkommenden Frequenzen möglichst gering ist und unterhalb der unteren Übertragungsgrenze der Frequenz möglichst stark anwächst. Wenn es sich, wie es praktisch meist is der Fall sein wird, nicht vermeiden läßt, daß die Absorption des benutzten Filters bei höheren Frequenzen ebenfalls anwächst, so sollte diese obere Grenze der Durchlässigkeit möglichst oberhalb der höchsten betriebsmäßig 2o. wichtigen Frequenz liegen. Für Lautsprecher zur Sprechverständigung"kann beispielsweise ein Filter gewählt werden, dessen Absorptionskurve so verläuft, wie es in Fig. ι durch die mit F bezeichnete Kurve dargestellt ist. Ein solches Filter zeigt innerhalb des für die Sprechverständigung ausreichenden Frequenzbereiches von 600 bis 6000 Hz eine verhältnismäßig sehr geringe Absorption, die aber bereits bei etwa 400 Hz einen so hohen Betrag aufweist, daß Frequenzen unter dieser Grenze nur noch in sehr geringem Maße durchgelassen werden. Ist nun beispielsweise L₁ die Frequenzkurve des ungeschützten Lautsprechers, so entsteht die Frequenzkurve L₂, wenn der Lautsprecher mit dem betreffenden Filter betrieben wird.

Bei dem Aufbau von akustischen Filtern kann man analog der Schaltung von elektrischen Filtern vorgehen, wobei bekanntlich an Stelle von Kondensatoren ruhende Luftsäulen und an Stelle von Selbstinduktionen Luftkanäle für schwingende Luft verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, jede beliebige Schaltung eines elektrischen Filters durch ein akustisches Filter analoger Bauart zu ersetzen. Man kann z. B. die sog. π-Schaltung wählen, die in Fig. 2 im elektrischen Schema dargestellt ist, wobei die Selbstinduktion mit tn und der Kondensator mit 5 bezeichnet ist. Bei dem analogen akustischen Filter wäre die Selbstinduktion durch entsprechende schwingende Luftmassen und der-Kondensator in vorliegendem Falle durch die Steifigkeit einer fest eingespannten Membran zu ersetzen. Dabei muß aber auch die Masse der Membran berücksichtigt werden, die der im elektrischen Schaltbild der Fig. 2 mit ms bezeichneten Selbstinduktion entspricht.

Um die Anpassungsverluste klein zu halten, ist es zweckmäßig, wenn das Filter so bemessen wird, daß sein Wellenwiderstand bei einer mittleren Frequenz des Durchlässigkeitsgebietes — umgerechnet auf eine gleich große Schwingende Fläche — gleich dem medianischen Scheinwiderstand der zu schützenden Membran ist. Unter Berücksichtigung der ^gewünschten Grenzfrequenzen des Durchlässigkeitsgebietes und der angegebenen Bedingung für die Größe des Wellenwiderstandes des Filters lassen sich die Werte m, S und ms, d. h. die Größe m der schwingenden Luftmasse in den Luftkanälen, die Steifigkeit 5 der Schutzmembran und deren Masse m_s, bestimmen. Dabei wird es u.U. nötig sein, die Membran besonders zu spannen, um die ' Steifigkeit bei der erforderlichen verhältnismäßig geringen Massems auf den gewünschten Wert 5 zu bringen. Auf diese Weise lassen sich den verschiedenen bekannten elektaschen Filterschaltungen entsprechende akustische Filter für den vorliegenden Fall in der Weise verwenden, daß vor der zu schützenden Membran eine Luftkammer angeordnet wird, die durch eine oder mehrere Membranen unterteilt ist und deren Wandung einen oder mehrere Luftkanäle enthält.

Ein Ausführungsbeispiel für ein solches akustisches Filter nach der x-Schaltung ist im Zusammenbau mit der zu schützenden Membran eines Lautsprechers in Fig. 3 schematisch im Schnitt dargestellt, wobei 1 die zu schützende Membran, 2 die Filtermembran, 3 das Gehäuse und 4 den Schalltrichter des Lautsprechers darstellt. Vor und hinter der Filtermembran sind in der Wandung des Gehäuses geeignet bemessene Luftkanäle 5 bzw. 6 angebracht. In diesem Falle ist es nötig, daß die Impedanz des Lautsprechertrichters dem Wellenwiderstand des Filters angepaßt wird.

In den meisten Fällen wird man bei der Bemessung der Luftkanäle für die schwingenden Luftmassen von der Druckübersetzung ■durch Querschnittsänderung Gebrauch machen, indem man den Querschnitt der Kanäle verkleinert und damit auch eine geringere Länge der Kanäle erhält. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Kanallänge nicht größer als die

Phasenlänge — der höchsten Frequenz des _ ° 2 η ^u

Übertragungsbereiches gewählt wird, wobei λ die- der betreffenden Frequenz entsprechende Wellenlänge ist. Andernfalls würde die Luft nicht in der ganzen Kanallänge gleichphasig schwingen und die eingeschlossene Luft nicht mehr als reine Masse wirken.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung wirkt in der Weise, daß, wie bereits beschrieben, die auftreffenden Knallgeräusche auch bei sehr großer Schallstärke die zu schützende Membran nur sehr wenig beeinflussen können, da sie von der Filteranordnung zum größten

Teil absorbiert werden. Daß auch die Filtermembran durch die auf treffenden Schallwellen nicht gefährdet wird, ist so zu erklären, daß der starke, durch die Knallgeräusch« entstehende Schalldruck infolge der niedrigen Frequenz sich zum großen Teil durch die Luftkanäle ausgleicht, so. daß die Beanspruchung der Filtermembran in den zulässigen Grenzen bleibt.

to Die beschriebenen, aus Membranen und Luftkanälen zusammengesetzten akustischen Filter können natürlich auch für andere ähnliche Zwecke verwendet werden, bei denen es auf einen geringen Raumbedarf ankommt.

Claims (4)

1. Patentansprüche·.

   i. Vorrichtung zum Schütze der Membran von akustischen Geräten gegen Zerstörung durch Knallgeräusche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand einer oder mehrerer vor der zu schützenden Membran angeordneter akustischer Hochpässe oder Bandfilter, die Schallwellen niedriger Frequenzen, insbesondere unterhalb von 400 Hz, die den Hauptanteil der Energie der Knallgeräusche enthalten, praktisch nicht hindurchlassen, während sie die zur Sprachübertragung notwendigen Schallwellen nicht wesentlich dämpfen, derart bemessen ist,, daß er bei einer mittleren Frequenz des Durchlaßbereiches ungefähr dem mechanischen Scheinwiderstand der zu schützenden Membran, umgerechnet auf eine gleich große schwingende Fläche, entspricht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Filter vor der zu schützenden Membran in einer Luftkammer angeordnet sind, deren Wandung einen oder mehrere Luftkanäle von einer Länge enthält, die kleiner ist als. die der höchsten Frequenz des Durchlaßbereiches entsprechende Phasenlänge.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer durch eine Membran in zwei Kammern unterteilt ist, die beide durch einen ■oder mehrere Luftkanäle miteinander oder mit der Außenluft in Verbindung stehen.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung eines Schalltrichters, dadurch gekennzeich-. net, daß die Impedanz des Schalltrichters dem Wellenwiderstand des Filters angepaßt ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen