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Vorrichtung zur Absoluteichung von Schallaufnahmegeräten mittels in
einer Druckkammer durch Volumenänderung erzeugten definierten Schalldrucks Um den
Frequenzgang und das übertragungsmaß von Mikrophonen bestimmen zu können, verwendet
man Vorrichtungen, die im wesentlichen aus einer luftdicht abgeschlossenen Kammer
bestehen, deren Volumen durch einen beweglichen Bauteil im Rhythmus der verschiedenen
zur Messung benutzten Frequenzen verändert wird. Meist ist dies ein in Schwingung
versetzter kolbenartiger Teil, der mehr oder weniger in die Kammer eintaucht. Das
Mikrophon bildet während der Messung einen Teil der Kammerwandung, wird also luftdicht
an die Kammer angesetzt.
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Der infolge der Bewegung des weiterhin kurz Kolben genannten beweglichen
Bauteiles entstehende Schalldruck p ist abhängig von der Änderung z,1 1-' der Kammer
nach folgender Beziehung, in der k eine Proportionalitätskonstante und p, der Druck
in der Kammer bei ruhendem Kolben ist:
Die Größe der Volumenänderung 4 h ihrerseits ist wiederum proportional der Amplitude
a der Kolbenbewegung, die man bei den bekannten Vorrichtungen im allgemeinen optisch
mißt, um den Schalldruck am Mikrophon bestimmen zu können. Aus dem Schalldruck bei
einer bestimmten Frequenz und der vom :Mikrophon dabei abgegebenen Spannung läßt
sich so das Übertragungsmaß des Mikrophons feststellen und durch Aufnahme dieser
Werte bei einer Anzahl von Frequenzen eine Kurve
des Frequenzgangs
und der Absolutempfindlichkeit gewinnen.
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Die Bewegung des Kolbens wird gewöhnlich elektromagnetisch erzeugt,
indem eine von einem Tongenerator gelieferte Frequenz durch eine Antriebsspule geschickt
wird, die den anzutreibenden Kolben oder einen an ihn starr angesetzten Teil umgibt.
Bei dieser Art des Antriebs ist, wenn man den die Antriebsspule durchfließenden
Strom konstant hält und die Resonanzfrequenz tief liegt, die :Amplitude a der Kolbenbewegung
proportional I CO z , bei hohen Frequenzen herrscht also ein wesent-]ich
geringerer Schalldruck am Mikrophon. Vor allem aber macht bei den 'kleinen Bewegungen
die Messung ihrer Größe Schwierigkeiten, weil diese bereits in der Größenordnung
der kleinsten erreichbaren Strichdicke einer optischen Anzeigevorrichtung liegt.
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Gemäß der Erfindung wird daher zur Messung des Schalldruckes eine
die Bewegungsamplitude des Kolbens anzeigende Meßeinrichtung mit induktiver Wirkungsweise
vorgesehen. Beispielsweise kann dies so geschehen, daß ein mit dem Kolben starr
verbundener Dauermagnet und eine gegenüber der Druckkammer feststehende Spule verwendet
wird, die den Dauermagneten umgibt. Ist die Spulenlänge 1, die im Luftspalt
vorhandene Induktion B
und die Kolbengeschwindigkeit v, so entsteht in der
Spule die Wechselspannung e=B-1-v, wobei für die Kolbengeschwindigkeit v=a#cu gilt.
Aus der von der Spule gelieferten Spannung und der gewählten Frequenz läßt sich
also die Bewegungsamplitude des Kolbens und damit der Schalldruck am Mikrophon leicht
berechnen.
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Die Anordnung kann auch umgekehrt, also mit ruhendem Magneten und
bewegter Spule, ausgeführt werden, oder es können sowohl Magnet als auch Spule auf
dem gleichen Bauteil, ruhend oder bewegt, angeordnet sein, wobei dann im anderen
Bauteil Kraftlinienleitstücke erforderlich sind und die Meßspannung durch Änderung
des Luftspalts oder des wirksamen Querschnitts infolge der Bewegung in an sich bekannter
Weise gewonnen wird.
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Zur Ausschaltung von Störfehlern trifft man die Anordnung in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig so, daß man in den Kolben einen in Richtung
der Bewegurig sich erstreckenden Stabmagneten einbaut, dessen beiden Polen gegenüber
Spulen angeordnet werden. Diese Spulen werden so geschaltet, daß die bei der Kolbenbewegung
in ihnen entstehenden Nutzspannungen sich addieren. Da sie dann gegensinnig geschaltet
werden müssen (die eine liegt einem Südpol, die andere einem Nordpol gegenüber),
heben sich die meist aus größerer Entfernung und daher .gleichsinnig auf beide Spulen
wirkenden Störeinflüsse weitgehend auf: Um ferner im Kolben und den mit ihm-verbundenen
Bauteilen auftretende innere Schwingungen von der Messung fernzuhalten, wird man
den mit dem Kolben verbundenen, zur Messung gehörenden Bauteil möglichst in die
Nähe des die Volumenänderung in der Druckkammer bewirkenden Kolbenendes legen. Auf
diese Weise gewinnt man auch den notwendigen Abstand von der am anderen Kolbenende
angeordneten elektromagnetischen Antriebsvorrichtung, deren Wirkungen auf die Meßspule
weiterhin dadurch 'kompensiert werden, daß man in an sich bekannter Weise den Antriebsstrom
außer durch die Antriebsspule noch in entgegengesetztem Sinn durch eine auf dem
Kolben angeordnete H'ilfßwicklung schickt.
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Statt eines Dauermagneten kann auch ein Elektromagnet für die Erregung
der Meßspannung verwendet werden. Es wird dann am besten sowohl Erregerspule als
auch Meßspule fest angeordnet und die Spannungserzeugung in der vorhin erwähnten
Weise durch Luftspalt- oder Querschnittsänderung infolge der Bewegung vorgenommen.
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Eine sehr wirkungsvolle Anordnung ergibt sich, wenn man in die Nähe
des Kolbenendes einen Stabmagneten einbaut und den Rückschluß der von ihm ausgehenden
Kraftlinien mittels lamellierter Joche vornimmt; die Meßspule wird in diesem Fall
innerhalb der Joche und gegenüber dem einen Ende des Stabmagneten angebracht.
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Zur Eichung der erfindungsgemäßen Einrichtung wird bei einer kleinen
Frequenz, bei der die Bewegungsamplitude des Kolbens noch genügend groß ist, diese
Bewegung optisch in bekannter Weise gemessen und die bei der gemessenen Bewegung
von der Meßspule gelieferte Spannung bestimmt. Aus diesen Werten läßt sich dann
die bei anderen Frequenzen auftretende Bewegungsamplitude aus der dort gemessenen
Spannung nacht der Beziehung:
leicht ausrechnen.
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In der Zeichnung ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung als Beispiel
im Längsschnitt dargestellt. An die Kammer D ist das zu prüfende Mikrophon M luftdicht
angesetzt. Gegenüber dem Mikrophon taucht der Kolben K in die Kammer ein, der vom
linken Ende her mittels der Antriebsspule A in Schwingungen versetzt wird. Zur Kompensation
der vom Antrieb ausgehenden Störfelder ist auf dem Kolben selbst gegenüber der Antriebsspule
A eine Kompensationsspule C angebracht, die vom Antriebsstrom in entgegengesetzter
Richtung durchflossen wird wie die Spule A. In möglichst großer Nähe zum rechten
wirksamen Kolbenende ist in den Kolben .der Dauermagnet I eingesetzt, dessen rechtem
Pol gegenüber die Meßspule S angeordnet ist. Zum besseren Rückschluß der vom Magnet
1 ausgehenden Kraftlinien sind die aus Eisenblechen aufgebauten Joche B vorgesehen.
Eine Eindrehung E in das Blechpaket B ergibt am Magneten 1 einen sehr schmalen Luftspalt,
so daß bereits sehr geringe Bewegungen des Kolbens K
eine verhältnismäßig
starke Änderung der Spannung der Meßspule S bewirken. .