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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der dichten Vorrichtungen
oder Apparaturen, die in eine Flüssigkeit,
wie zum Beispiel Wasser, eingetaucht werden können, wie zum Beispiel eine
Uhr, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse umfasst, in dem ein Schallwandler
der Mikrophon- oder Lautsprecherart untergebracht ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine dichte Vorrichtung, die in eine
Flüssigkeit
eingetaucht werden kann, beispielsweise eine dichte Uhr, mit einem
Gehäuse,
das eine mit der äusseren
Umgebung kommunizierende innere Kammer enthält, wobei die Kammer von der äusseren
Umgebung durch eine verformbare Membran getrennt ist, die einerseits
eine nicht dichte äussere
Zone und andererseits eine dichte innere Zone definiert, in der
in Zuordnung zu der Membran ein Schallwandler untergebracht ist,
wobei die Membran mittels ihres Umfangsrandes in der Kammer befestigt
ist und durch ein elastisches Mittel in Richtung ihres Umfangs, jedoch
in einem Abstand von dem Rand, gegen eine Abstützfläche, die in der inneren Kammer
ausgebildet ist, gedrängt
wird.
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Es
ist bereits bekannt, Schallwandler in Vorrichtungen, die dazu bestimmt
sind, eingetaucht zu werden, und insbesondere in Uhren, die dazu
bestimmt sind, am Handgelenk eines Benutzers getragen zu werden,
zu montieren, um Uhren zu realisieren, die zusätzliche Funktionen zum Senden
oder Empfangen eines Signals, zum Beispiel eines Ton- oder Ultraschallsignals,
besitzen. Die Eintauchtiefe kann üblicherweise nominal etwa dreissig
Meter, oder mehr, erreichen, und es ist bereits bekannt, für die Gewährleistung
einer Dichtigkeit der Uhren ein Gehäuse zu realisieren, das für alle inneren
Bauteile der Uhr völlig
dicht ist, d.h. ohne irgendeinen zu der äusseren Umgebung möglichen
Verbindungsweg.
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Eine
solche Montage gewährleistet
natürlich
eine ausgezeichnete Dichtigkeit der Uhr. Hingegen kann der Schallwandler
nicht optimal funktionieren, da die akustische Energie, die an ihn übertragen
werden muss oder von diesem letzteren ausgesendet werden muss, wegen
der vollen und kontinuierlichen Wandung des Gehäuses gedämpft wird. Eine solche Lösung kann
also nur in Betracht gezogen werden, wenn man eine mittelmässige Tonqualität akzeptiert.
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Aus
diesem Grund ist insbesondere in der Patentanmeldung
EP-A-0 899 635 des gleichen
Anmelders bereits vorgeschlagen worden, eine Vorrichtung, die eingetaucht
werden kann, wie zum Beispiel eine Uhr, zu realisieren, in der das
den Schallwandler enthaltende Gehäuse über eine Öffnung mit dem äusseren
Milieu des Gehäuses
in Verbindung steht. Eine solche Ausführung verbessert natürlich die
Tonqualitäten
des Wandlers, und dies sowohl bezüglich des Empfangs als auch
des Sendens des Tons, da sich die Schallwellen ohne Dämpfung und
ohne beachtliche Veränderung
durch die im Gehäuse
ausgebildete Öffnung
ausbreiten können. Hingegen
benötigt
eine solche technische Lösung
die Montage einer verformbaren Membran, auf der der Schallwandler
montiert ist, wobei die verformbare Membran die Aufgabe hat, die
Dichtigkeit der Gesamtheit der inneren Bauteile des Gehäuses in
Bezug auf die äussere Öffnung zu
realisieren.
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Wie
dies zuvor erwähnt
worden ist, stellt die Vorrichtung gemäss der Patentanmeldung
EP-A-0 899 635 eine
beachtliche Verbesserung der allgemeinen akustischen Qualitäten des
Schallwandlers dar. Dennoch konnte gezeigt werden, dass eine derartige
Vorrichtung nicht ermöglicht, über die
Gesamtheit des verwendeten Schallspektrums optimal zu arbeiten.
So wurde das Auftreten von Verzerrungen und Dämpfungen des Signals im Bereich
von gewissen Schallfrequenzen festgestellt. Das Auftreten von Verschlechterungsphänomenen
der akustischen Merkmale der mit einer verformbaren Membran versehenen
Vorrichtung im Bereich von einem solchen Frequenzbereich kann durch
zahlreiche Ursachen hervorgerufen werden, wie zum Beispiel durch
diejenigen, die in Zusammenhang mit dem Vorhandensein einer Eigenresonanzfrequenz
des die Membran festhaltenden elastischen Organs oder auch mit dem
Vorhandensein einer Schwingung des Wandlers gegen den Boden der
Verformungskammer der Membran stehen. Weitere Gründe können natürlich erwähnt werden, ohne dass man mit
Präzision
einen solchen Ursprung bestimmen kann.
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Die
Erfindung hat folglich zum Ziel, die zuvor aufgezählten verschiedenen
Nachteile zu beheben und eine neue dichte Vorrichtung vorzuschlagen,
die in eine Flüssigkeit
eingetaucht werden kann und in der der Schallwandler, der einer
verformbaren Dichtungsmembran zugeordnet ist, eine verbesserte Wiedergabe
der Schallwellen über
die Gesamtheit des verwendeten Schallspektrums sicherstellen kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine neue dichte Vorrichtung zu
liefern, die ermöglicht,
mittels besonders einfacher und geprüfter technischer Mittel eine
gute Schallwiedergabe der akustischen Wellen über die Gesamtheit des verwendeten
Schallspektrums zu erhalten.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist, eine neue dichte Vorrichtung zu
liefern, die mit einem Schallwandler versehen ist, der eine optimale
akustische Qualität über die
Gesamtheit des verwendeten Schallspektrums wiedergeben kann, wobei
deren Herstellung wirtschaftlich ist und deren verschiedene innere
Bauteile leicht angeordnet werden können.
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Die
der Erfindung zugeordneten Gegenstände werden mittels einer dichten
Vorrichtung gemäss
Anspruch 1, die in eine Flüssigkeit
eingetaucht werden kann, beispielsweise mittels einer dichten Uhr,
erreicht, die ein Gehäuse
umfasst, das eine mit der äusseren
Umgebung kommunizierende innere Kammer enthält, wobei die Kammer von der äusseren
Umgebung durch eine verformbare Membran getrennt ist, die einerseits
eine nicht dichte äussere
Zone und andererseits eine dichte innere Zone definiert, in der
in Zuordnung zu der Membran ein Schallwandler untergebracht ist,
wobei die Membran mittels ihres Umfangsrandes in der Kammer befestigt
ist, um eine Umfangsbefestigungszone zu bilden, und durch ein elastisches
Mittel in Richtung ihres Umfangs, jedoch in einem Abstand von dem
Rand, gegen eine Abstützfläche, die
in der inneren Kammer ausgebildet ist, elastisch gedrängt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Mittel zum Blockieren der Schwingungen,
die von dem Schallwandler an die verformbare Membran übertragen
werden, umfasst, wobei das Mittel zwischen die Umfangsbefestigungszone
und das elastische Mittel eingefügt
ist.
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Weitere
Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung mit Hilfe der nachstehend beigefügten Zeichnungen ausführlicher
dargelegt, die als rein illustrative und nicht einschränkende Beispiele
gegeben sind, und in denen:
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1 eine
Längsquerschnittansicht
eines Zeitmessgeräts
zeigt, das gemäss
der Erfindung konzipiert ist und mit einem Schallwandler und einer verformbaren
Membran ausgerüstet
ist, die gemäss
der Erfindung angeordnet sind;
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2 gemäss einer
teilweisen Längsquerschnittansicht
ein vergrössertes
Detail der 1 zeigt, das eine erste Ausführungsvariante
gemäss
der Erfindung zeigt;
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3 gemäss einer
teilweisen Längsquerschnittansicht
ein Ausführungsdetail
einer zweiten Variante gemäss
der Erfindung zeigt; und
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4 gemäss einer
teilweisen Längsquerschnittansicht
ein Ausführungsdetail
gemäss
einer dritten Variante der Erfindung zeigt.
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In
der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung in ihrer Anwendung
auf eine dichte Vorrichtung, die in eine Flüssigkeit eingetaucht werden
kann und von einem Zeitmessgerät,
das aus einer Armbanduhr besteht, gebildet ist, illustriert. Es
ist dennoch verständlich,
dass eine solche Darstellung keineswegs als eine Beschränkung der
Erfindung auf diesen spezifischen Vorrichtungs- oder Apparatetyp
betrachtet werden kann, wobei als vereinbart gilt, dass die Erfindung
aufs Ganze gesehen auf jede Vorrichtung, die im Allgemeinen tragbar
ist und kleine Abmessungen aufweist, angewendet werden kann, sobald
sie wenigstens einen Schallwandler umfasst und bis zu einer vorbestimmten
Tiefe in eine Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, eingetaucht werden kann. Ferner ist der Schallwandler
im weiter unten beschriebenen bevorzugten Armbanduhrbeispiel vorteilhaft von
einem Lautsprecher gebildet, wobei als vereinbart gilt, dass anstatt
eines Lautsprechers jeder andere Schallwandlertyp verwendet werden
kann, ohne über
den Rahmen der Erfindung hinauszugehen, wobei der Schallwandler
zum Beispiel auch ein Mikrophonwandler, oder ein anderer, sein kann.
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1 zeigt
eine allgemeine Längsquerschnittansicht
des Gehäuses 1 einer
Armbanduhr (auf den Figuren nicht in ihrer Gesamtheit dargestellt).
Das Gehäuse 1 umfasst
in herkömmlicher
Weise ein durchsichtiges Glas 2, das auf dem oberen Teil
eines Körpers 3 montiert
ist, der das allgemeine Gerippe des Gehäuses 1 bildet. Dieses
letztere umfasst auch ein Paar Zeiger 4, 5, die
beweglich auf einem Zifferblatt 6 montiert sind, das auf
dem Körper 3 montiert
ist. In herkömmlicher
Weise umfasst das Gehäuse 1 auch
die Gesamtheit der Elemente des Mechanismus 7 für den Betrieb
der Armbanduhr (auf den Figuren nicht dargestellt) und insbesondere
eine Krone 7A für
die Zeigerstellung.
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Alle
inneren Bauteile für
den Betrieb der Armbanduhr, wie der elektronische integrierte Schaltkreis,
der Quarz, der Miniaturmotor, die Räderwerke und Getriebe, sind
dem Fachmann des berücksichtigten
technischen Bereichs gut bekannt und werden folglich nicht näher im Detail
beschrieben.
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Als
bevorzugte, jedoch keineswegs einschränkende Anwendung der Erfindung
könnte
eine Armbanduhr gemäss
der Erfindung mit einem Mikrophonwandler oder mit einem Lautsprecher
ausgerüstet
werden, um eine Uhr zu realisieren, die ein tragbares Telefon bildet.
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Die
Erfindung der vorliegenden Patentanmeldung bildet eine Verbesserung
der Patentanmeldung
EP-A-0
899 635 des gleichen Anmelders, die ebenfalls eine dichte
Vorrichtung beschreibt, die die technischen Merkmale der Präambel des
Anspruchs 1 enthält.
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Das
Gehäuse 1 umfasst
in seinem unteren Teil einen Boden 8, der seinen unteren
Teil begrenzt. Der Boden 8 ist auf dem Körper 3 montiert
und begrenzt eine innere Kammer 10 des Gehäuses 1,
die mit der äusseren
Umgebung des Gehäuses 1 über einen
Kanal 11 kommuniziert, der zum Beispiel seitlich nach aussen führt.
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Vorteilhaft
weist der Boden 8 im Bereich seines Umfangs und auf seinem
oberen Teil eine beispielsweise kreisförmige Abstützfläche 12 auf, die in
Bezug auf die Achse der inneren Kammer 10 leicht geneigt
ist.
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Das
Gehäuse 1 umfasst
ebenfalls einen Trägerteil 9,
der zum Beispiel kreisförmig
ist und eine Form aufweist, die im Allgemeinen dem Boden 8 zugeordnet
und angepasst ist, um auf diesem letzteren aufzuliegen. Der Trägerteil 9 ist
merklich koaxial zu der inneren Kammer 10 montiert und
weist, merklich in seinem mittleren Teil, eine Aussparung 13 auf,
die zum Beispiel ebenfalls allgemein kreisförmig ist. Diese Aussparung 13 bildet eine
Verformungskammer, die von einer einen abgerundeten Kopf aufweisenden
Umfangsrippe 14 umrandet ist, die an eine ringförmige Rille 15 angrenzt,
die radial innen in Bezug auf die Rippe 14 angeordnet ist.
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Die
innere Kammer 10 ist von der äusseren Umgebung des Gehäuses 1 durch
eine verformbare Membran 17 aus Kunststoff getrennt, die
somit einerseits eine nicht dichte äussere Zone, die mit dem Kanal 11 in Verbindung
steht, und andererseits eine dichte innere Zone definiert, die das
durch die Aussparung 13 definierte Volumen einschliesst.
In der dichten inneren Zone, nämlich
im Volumen der Aussparung 13, ist in der Zuordnung zu der
Membran 17 ein Wandlerelement 22, zum Beispiel
ein Lautsprecher vom piezoelektrischen Typ oder ein Schallempfänger (Mikrophon),
untergebracht. Das Wandlerelement 22 wird vorteilhaft direkt
beispielsweise durch Kleben oder Abformen, oder sogar durch Giessen
während
der Ausführung
der verformbaren Membran 17, auf der verformbaren Membran 17 montiert
und von ihr getragen.
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Das
Wandlerelement 22 bildet mit der verformbaren Membran 17 eine
Einheit, die „Wandlereinheit 16" genannt wird.
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Vorteilhaft
wird die verformbare Membran 17 im Bereich einer Umfangsbefestigungszone
und zum Beispiel mittels ihres Umfangsrandes 17A, der vorteilhaft
einen Umfangsflansch 18 umfasst, beispielsweise durch Kleben
an einer um die Abstützfläche 12 vorgesehenen
Umfangsseitenwand 19, bzw. auf dem Boden 8 und
dem Trägerteil 9 befestigt.
Auf diese Weise stellt die Membran 17 die Dichtigkeit des
Inneren des Gehäuses 1 gegenüber der äusseren
Umgebung sicher, wobei sie ungehindert ist, sich in ihrer mittleren
Zone, die sich innerhalb des inneren Randes der Abstützfläche 12 befindet,
zu verformen.
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Die
Wandlereinheit 16 wird ebenfalls mittels eines elastischen
Mittels 20 elastisch in Richtung und gegen die Abstützfläche 12 gedrängt, um
den Schwingungsmodus mit niedrigster Frequenz des aktiven Teils
der Wandlereinheit 16 zu ermöglichen.
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Das
elastische Mittel 20 drängt
die Wandlereinheit 16 in einer zu ihrem Umfang benachbarten
Zone, jedoch in einem gewissen Abstand vom Umfangsrand 17A, um den
Raum, der sich zwischen dem Umfang der verformbaren Membran 17 und
ihrer Umfangsbefestigungszone einerseits und dem elastischen Mittel 20 andererseits
befindet, frei zu lassen, elastisch gegen die Abstützfläche 12.
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Das
elastische Mittel 20 kann von jedem geeigneten Mittel,
und zum Beispiel von einem Ring, der in der Rille 15 untergebracht
ist und mit winkelförmig
um den Wandler 22 verteilten elastischen Anhängsel 21 versehen
ist, gebildet sein. Da die elastischen Anhängsel 21 unter Beanspruchung
sind, drängen
sie somit die Wandlereinheit 16 elastisch gegen die Abstützfläche 12,
wobei sie die Zone der Membran, die frei schwingen kann, genau begrenzen.
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Gemäss einem
wichtigen Merkmal der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Mittel 40 zum
Blockieren der Schwingungen, die von dem Wandlerelement 22 an
die verformbare Membran 17 übertragen werden, wobei dieses
Mittel zwischen den Umfangsrand 17A und das elastische
Mittel 20 eingefügt
ist. Mit anderen Worten ist das Mittel 40 zum Blockieren
der Schwingungen, unter Berücksichtigung
der äusseren
radialen Richtung, jenseits des elastischen Mittels 20 und
diesseits der Umfangsbefestigungszone der Membran angeordnet.
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Dank
dieser Anordnung hat es sich gezeigt, dass die Einfügung einer
Barriere in den Freiraum, der sich zwischen der Umfangsbefestigungszone
der verformbaren Membran 17 und dem elastischen Mittel 20 befindet,
ermöglicht,
den grössten
Teil der Schwingungen, die an den Umfangsteil der Membran 17 jenseits
des elastischen Mittels 20 übertragen werden können, zu
blockieren oder aufzuheben. Jedenfalls ist offensichtlich, dass
diese Ausführung
die Ausbreitung der Schwingungen zu dem Umfangsteil der Membran
verhindert, wobei sie die Schwingungsfrequenz dieser Umfangszone
der Membran klar auf einen Wert erniedrigt, der sich ausserhalb
des nützlichen
Frequenzbereichs befindet.
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Gemäss einem
ersten Merkmal der Erfindung ist das Mittel 40 zum Blockieren
der Schwingungen einteilig mit der verformbaren Membran 17 ausgebildet
und geht von dieser letzteren aus.
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Wie
auf 2 gezeigt, ist das Mittel 40 zum Blockieren
der Schwingungen vorteilhaft durch eine Umfangsrippe 41 gebildet,
die sich ausgehend von der oberen Fläche der verformbaren Membran 17 nach
oben erstreckt. Gemäss
dieser Variante bildet die Umfangsrippe 41 eine Materialverdickung,
die direkt am Umfang des Schallwandlers 22 vorgesehen ist.
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Als
zusätzliche
Variante (auf den Figuren nicht dargestellt) kann das Mittel 40 zum
Blockieren der Schwingungen durch eine Zone der verformbaren Membran 17 gebildet
sein, die eine Dichte besitzt, die höher als jene der restlichen
Membran ist.
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Als
ergänzende
Variante (auf den Figuren nicht dargestellt) kann das Mittel 40 zum
Blockieren der Schwingungen auch durch eine Zone der verformbaren
Membran 17 gebildet sein, die eine Steifigkeit aufweist, die
höher als
jene der restlichen Membran ist. Die Versteifung der Membran im
Bereich ihres Umfangs kann entweder mittels einer zusätzlichen
Struktur, die gegossen oder in der Masse selbst der verformbaren
Membran 17 abgeformt ist, oder im Gegenteil mittels einer
punktuellen Veränderung
ihrer Zusammensetzung erhalten werden.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante
der Erfindung, in der das Mittel 40 zum Blockieren der Schwingungen
durch eine von der Abstützoberfläche 12 ausgehende
Rippe 42 gebildet ist, um die verformbare Membran 17 in
Spannung zu versetzen. Gemäss
dieser Variante ist das Mittel 40 zum Blockieren der Schwingungen
durch ein von der verformbaren Membran 17 verschiedenes
Element gebildet.
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4 zeigt
eine ergänzende
Variante der Erfindung, in der das Mittel 40 zum Blockieren
der Schwingungen durch eine Rippe 43, die vom oberen Teil
der dichten inneren Zone, nämlich
vom Trägerteil 9,
ausgeht, gebildet ist, um sich auf der verformbaren Membran 17 abzustützen, um
sie gegen die Abstützfläche 12 zu drücken.
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In
allen berücksichtigten
Ausführungsvarianten
kann sich das Mittel 40 zum Blockieren der Schwingungen
kontinuierlich über
die ganze Umfangslänge
der verformbaren Membran 17 erstrecken, oder sich im Gegenteil
diskontinuierlich erstrecken, wobei das Wesentliche ist, dass kein
Auftreten einer Verschlechterung der akustischen Merkmale der Apparatur
beobachtet und festgestellt werden kann, welches auch immer die berücksichtigten
Frequenzzonen sind.
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Die
günstigen
Resultate bezüglich
der Aufrechterhaltung einer ausgezeichneten Übertragung oder eines ausgezeichneten
Empfangs über
ein breites Schallspektrum sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt. Diese
Tabelle stellt in einem ersten Teil die Resultate dar, die mittels
einer Vergleichsvorrichtung erhalten werden, die sich von der vorliegenden
Erfindung nur durch das Fehlen des Mittels 40 zum Blockieren
der Schwingungen unterscheidet. In einem zweiten Teil stellt diese
Tabelle die günstige
Wirkung der Einfügung
eines durch eine Umfangsrippe 41 gebildeten Mittels 40 zum
Blockieren der Schwingungen dar. Die vorletzte Spalte dieser Tabelle
stellt das im Prozentsatz ausgedrückte Verhältnis der bei der zweiten Harmonischen
(2. Harm.) der Erregungsfrequenz abgegebenen Energie zu der bei
der Erregungsfrequenz der Wandlereinheit 16 abgegebenen
Energie dar. Die letzte Spalte stellt dieses gleiche Verhältnis für die dritte
Harmonische (3. Harm.) der Erregungsfrequenz dar.
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Im
besonderen Fall, der hier dargestellt ist, ist somit das Auftreten
von starken Verzerrungen des akustischen Signals bei einer Erregungesfrequenz
im Bereich von 1500 Hertz festgestellt worden. Es ist jedoch festzuhalten,
dass die Frequenz, in deren Bereich diese Verschlechterungen der
akustischen Qualitäten
der Vorrichtung auftreten, insbesondere von den Abmessungen dieser
letzteren abhängt.
Im besonderen Fall ist die Dämpfung
der Schwingungen für
die Vorrichtung gemäss
der vorliegenden Erfindung besonders deutlich.
| | Volt
(V) | Frequenz
(Hz) | akust.dB | 2.Harm.
% | 3.Harm.
% |
| Vergleichsvorrichtung | 5.00 | 1500.00 | 84.02 | 32.52886 | 12.48344 |
| 5.00 | 1500.00 | 86.35 | 16.32474 | 6.75762 |
| 5.00 | 1500.00 | 92.47 | 52.30959 | 17.92321 |
| 5.00 | 1500.00 | 92.92 | 15.47401 | 5.13148 |
| Erfindung (mit Rippe) | 5.00 | 1500.00 | 85.93 | 2.38960 | 1.65342 |
| 5.00 | 1500.00 | 86.98 | 0.64973 | 4.53325 |
| 5.00 | 1500.00 | 86.69 | 0.60092 | 7.35284 |