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Schallsender mit einer schwingungsfähigen Platte (Membran) und einem
vorgeschalteten Strahler Die Lösungsversuche des Problems, Schall großer Leistung
mit Einzelsendern zu erzeugen, finden ihre Grenze in den Gesetzen, welche die maximale
spezifische B:eanspruchbarkeit der schallerzeugenden schwingenden mechanischen Gebilde
und die maximal zulässige spezifische Schalldichte des übertragenden Mediums beherrschen.
Weitere Schwierigkeiten hergeben sich infolge der mit gesteigerter Schalleistung
steigenden Größe der Schwinger und Strahler aus der dann beginnenden Richtwirkung
heraus. Man hat daher bereits zu dem Ausweg gegriffen, die Energie auf mehrere Einzelsender
zu verteilen, die zu Gruppen bestimmter Formen zusammengestellt werden. Aber auch
hierbei hat bisher besonders bei Luftschallsendern (infolge der sehr rasch erreichten
Richtwirkung der Strahler) die Auffindung räumlicher Kombinationen von Strahlungseinheiten
zu den größten Schwierigkeiten geführt.
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Die Erfindung bringt nun eine Lösung dieser Aufgabe für Luftschallsender,
mit der es wohl zum erstenmal überhaupt möglich geworden ist, unbegrenzte Energiemengen
in Form von Schall zu erzeugen und abzustrahlen. Die Erfindung macht zunächst wieder
von dem an sich bekannten Prinzip der Vereinigung von Einzelsendern zu Gruppen Gebrauch.
Ausgegangen wird dabei von der Type des Membransenders als Strahl@ngseinheit, der
aber an sich bereits eine besondere Ausführungsform mit neuen, einen Teil der Erfindung
bildenden Eigenschaften darstellt. Wie die Erregung der Membran .erfolgt, ob z.
B. mechanisch oderelektrisch, ist für die Wirkungsweise der Erfindung gleichgültig.
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Die Übertragung der Schwingungsenergie einer Membran auf die umgebende
Luft kann nicht mit gutemWirkungsgrad unmittelbar, sondern muß unter Vermittlung
von Gebilden erfolgen, die selbst seine große Strahlungsdämpfung haben (Schalltrichter,
Resonatoren, offene Pfeifen). Es sind bereits Luftschallmembransender mit Vorgeschaltetem
Strahler von großer Strahlungsdämpfungbekanntgeworden,bei denen der Strahler eine
zylinderförmige, parallel zum Membranrand verlaufende Öffnung besitzt. Diese Öffnung
kommt z. B. dadurch zustande, daß vor der Membran ;ein normaler Trichter angeordnet
ist, dem in einiger Entfernung ein Gegentrichter gegenübersteht. Bei einer anderen
Ausführung erhält man diese zylinderförmige Öffnung durch Anordnung einer starren
Gegenfläche gegenüber der Membran.
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Mit Anordnungen der beiden genannten Arten läßt sich die für Schallsender
großer Leistung in Gruppenanordnung' erforderliche gedrängte Bauart nicht erzielen.
Vielmehr muß, und dieses ist ,ein wichtiges Merkmal der Erfindung, die Strahleröffnung
unmittelbar vor der Membran liegen und gleichzeitig ihre Längserstreckung ein Minimum
betragen. Dabei besteht auch für die Länge des Schallweges im Strahler ein Optimum,
und zwar beträgt der Radiris des Strahlers zweckmäßig eine Viertelwellenläng2oder
ein ungerades Vielfache einer Vi@ertelivellenlänge der Betriebsfrequenz des Senders,
damit an der Strahleröffnung ein Schwingungsbauch liegt.
Das einfachste
Mittel wäre nun, parallel zur Membran und in geringem Abstand von ihr eine starre
ebene Gegenfläche anzuordnen. Bekanntlich setzt nun aber die richtige übex#
| tragung der Energie der Membran auf |
| umgebende Luft voraus, daß die Durchgangs |
| querschnitte für die Schallenergie in dT@ |
Strahlergebilde (Trichter) sich von einem bestimmten Mindestbetrag, der natürlich
nicht Null sein darf, nach der Außenluft zu erweitern. Streng theoretisch würde
das bei einem Aufbatt nach Abb. i zu einer Strahlerform führen, wie sie in Abb.2
dargestellt ist, wobei die punktierten Linien andeuten, daß die Höhe des Strahlerraum.es
gegenüber der Mitte der Membran unendlich groß sein müßte, damit dort der Durchgangsquerschnitt
(als Ring vom Durchmesser o) nicht gleich Null wird. In der Praxis genügt es, die
starre Gegenfläche so auszubilden und anzuordnen, daß der Abstand der Gegenfläche
von der Membran in der Mitte am größten ist, nach einer mittleren Zone hinein Minimum
aufweist und nach dem Rande zu wieder anwächst, und daß die öffnung dieses Strahlers
unmittelbar an der Membran parallel zum Membranrand und senkrecht zur Membranfläche
bandförmig gestaltet ist. In der Ausbildung des Strahles nach diesen Gesichtspunkten
liegt ein weiteres Kennzeichen der Erfindung.
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Eine solche Strahlungseinheit würde nun bei größeren Energiemengen
sehr bald Dimensionen des abstrahlenden Ringes ergeben, der eine ausgesprochene
Richtcharakteristik hat, und zwar ein Strahlungsmaximum in der auf der Membranfläche
senkrechten Symmetrieachse, hervorgerufen durch die Superposition der Strahlung
der einzelnen Ringelemente in dieser Achse. Dieses zu vermeiden, wird nach der Erfindung
ein sehr einfaches Mittel darin gefunden, zu beiden Seiten des Ringstrahlers durch
rohrartige Schirmwände diese Superposition der Energie in der Symmetrieachse zti
verhindern (Abb.3). Diese Schirmwände haben bei dem Einzelelement etwa die Länge
einer W elle der Senderfrequenz.
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Damit ist zunächst ein Einzelelement einfachster Form von geringer
räumlicher Ausdehnung geschaffen, -welches eine klare Zusammensetzung solcher Elemente
in beliebigen Mengen zu Gruppen gestattet.
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Die Wirkungsweise solcher Schirmwände erklärt sich aus der bekannten
Tatsache, daß eine in einer starren Wand befindliche Schallöffnung, insbesondere
wenn sie selbst relativ klein ist zur Wellenlänge des aus ihr strömenden Schalles,
während die Wand in der Größenordnung dieser Wellenlänge liegt oder größer ist,
eine ausgesprochene Richtcharakteristik besitzt, dergestalt, daß in Richtung der
Wand ein ausgesprochenes Minimum, senkrecht zu ihr aber ein ausgesprochenes Maximum
der Schallstrahlung liegt. Wendet an diese Betrachtung auf ein Flächenelement abstrahlenden
Ringes an, so ergibt sich, ß in Richtung der Hauptachse des Systems ,sich erstreckende
Schirmwandteile eine Strahlung in Richtung ihrer Erstreckung nicht zustande kommen
lassen. Dieselbe Betrachtung gilt für jedes beliebige Element des abstrahlenden
Ringes, so daß hieraus ohne weiteres die Tatsache der verminderten Strahlung und
des Wegfalls des senkrecht zur Membranfläche sonst auftretenden Maximums zu folgern
ist.
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Eine noch bessere Raumausnutzung ergibt sich, wenn man einen solchen
Sender als Doppelmembransender (Abb.4) ausbildet, wobei zu beachten ist, daß die
Entfernung der strahlenden Ringe voneinander klein gegenüber der Wellenlänge der
Senderfrequenz sein muß. Für kürzere Wellen kommen auch Doppelmembransender in Frage,
bei denen diese Entfernung gleich -
oder einem ungeraden Vielfachen von
der Betriebsfrequenz ist. Solche Anordnungen haben dann in sich bereits eine Richtwirkung
in der Horizontalen.
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Die Zusammensetzung solcher Einzelelemente -zur Gruppe zeigt das Beispiel
der Abb. S, welches den praktisch wichtigsten Fall, nämlich die Erzeugung eines
horizontalen Schallfeldes beliebiger, nach allen Seiten gleichmäßig verteilter Strahlung
darstellt. Der Abstand der einzelnen Senderelemente ist in diesem Fall so bemessen,
daß die jeweils oberen bzw. unteren Ringe der einzelnen Elemente eine halbe Wellenlänge
Abstand voneinander besitzen. In Richtung der zentralen Achse des Systems ist die
Strahlung gleich oder nahe gleich Null.
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Kurz zusammengefaßt stellt sich also die Erfindung, geschildert an
Hand der Abb. i bis 6, wie folgt dar: In Abb. i sieht man das einfachste Senderelement,
von dem b°i der Entwicklung der Erfindung ausgegangen wurde, im Schnitt, bestehend
aus einem Sendergehäuse i, der Sendermembran 2, dem erregenden Magnetsystem 3 (Feld)
und 4 (Anker), dem Kreisringluftstrahler 5 und seiner begrenzenden Leitfläche 6.
Der Kreisringluftstrahler hat hier noch nicht seine erfindungsgemäße Form. Diese
besitzt er erst bei dem Beispiel der Abb.2. Wie man sieht, hat er die Form einer
Rotationsfigur mit einer größten Höhe in der Mitte, einer kleinsten Höhe etwa auf
ein Drittel seines Radius und einer stetigen derartigen Erweiterung nach außen,
daß die
Durchgangsquerschnitte der Schallen:ergieleitung, ähnlich
wie bei einem Schalltrichter, nach einem exponentiellen Gesetz nach außen wachsen.
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Einzelelemente der bisher b;eschrieb,ene;i Form haben nun, wenn sie
n@ennenswert2 Leistungen erzeugen sollen, eine Richtcharakteristik der Form, daß
eine maximale Strahlung in Richtung ihrer auf der Mitte der Membran senkrechten
Symmetrieachse erfolgt. Sie sind also an und für sich zu einer horizontalen Strahlung
in der Ebene ihrer Membran z. B. ungeeignet. Die zu diesem unerwünschten Maximum
in Richtung der Membranmittenachse führende üb!erlagerung der Impulse läßt sich
vermeiden durch Abschirmungsflächen, wie sie z. B. in Abb. 3 bei 7 dargestellt sind.
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Eine vollkommenere Raumausnützung im Sender läßt sich noch erzielen
durch seine Ausbildung als Doppelmembransender, wie Abb. q. zeigt. Dieses Senderelement
besitzt zwei Membranen 2, 2 und zwei gleiche Elektromagnete 3, 3 an diesen sowie
zwei gleiche Kreisringluftstrahler 5, 5 mit zugehörigen Leitflächen 6, 6. In dieser
Form hat das Senderelement seine endgültige und vorteilhafteste Form, in der es
in den mannigfachsten Kombinationen in Sendergruppen verwendet werden kann.
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Eine solche Kombination für Strahlung in. einer horizontalen Kreisebene
zeigt Abb. 5. Sie besteht aus zwei Senderelementen mit je zwei Kreisringstrahlern,
die in der Entfernung einer halben Wellenlänge der Bstriebsfrequenz übereinander
angeordnet sind. Es beträgt also die Entfernung der korrespondierenden Kreisringstrahler
jedes Elements voneinander
, s,o daß sich ihre Wirkungen in der Horizontalen addieren. Dazwischen liegen Schirmwände
7, 7, 7. Solche Kombinationen können in beliebiger Länge zusammengestellt werden,
so daß Beine beliebige Steigerung der Gesamtstrahlung und eine beliebige Konzentration
im Raume möglich wird.
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Abb.6 endlich zeigt eine Außenansicht einer solchen Sondergruppe.
Die Kreisringstrahler sind 5, 5 ... die Schirmflächen 7, 7 ...
Bei
8, 8... sieht man Bolzen, welche die Einzelsysteme miteinander verbinden.