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Akustischer Schallkörper Man teilt die akustischen Schallkörper, das
sind Schallgeber und Schallempfänger, ein lineare, flächenhafte und räumliche Schallkörper
ein.
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Die wichtigsten linearen Schallkörper sind Saiten, Stäbe und schwingende
Luftsäulen. Stäbe werden als dicke Saiten aufgefaBt. Ihre Schwingungsform ist durch
die Art der Lagerung bedingt, ihre Frequenz vom Material und der Dicke abhängig.
Stäbe können auch transversal schwingen. Stimmgabeln sind als gebogene Stäbe aufzufassen,
sie geben besonders reine Obertonarme Schwingungen.
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Membranen (Trommeln, Pauken) und Platten sind flächenhafte Schallgeber.
Sie führen stehende, dbertonreiche Schwingungen aus. Dünne metallische Membranen
oder elektrodynamisch erregte Platten werden unter anderem beim Telepihon, .dem
Laut-Sprecher und in der Grammophondose angewendet. Gekrümmte Platten sind vorhanden
beim Gong und der Glocke.
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Eine Saite schwingt im Grundton und in Obertönenen t sp rechend.den
entstehendenKnotenpunkten. Berührt man eine Saite nur leicht mit dem Finger in der
Mitte, ohne sie auf die Unterlage aufzudrücken, und bringt sie z. B. durch Streichen
zum Schwingen, so geraten beide Hälften der Saite in Schwingungen, auch wenn sie
nur einmal gestrichen wird. Dieser Ton entspricht der Oktave der unverkürzten Saite.
Bei niedergedrückter Saite schwingt nur ihre eine Hälfte. Berührt man eine Saite
leicht an 1/s, '/4, '/s USW. ihrer Länge, so bilden sich an diesen Stellen
Knotenpunkte aus; und! im übrigen Teil der Saite entstehen gleichfalls Knotenpunkte,
die '/s, '/4, '/.> usw. der Saitenlänge voneinander
entfernt sind.
Man erhält damit die Ober- oder Flageolettöne, die dem Dreifachen, Vierfachen, Fünffachen
usw. der Frequenz der frei schwingenden Saite entsprechen.
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Bei der Schwingung einer Membran oder Platte entstehen Knotenlinien,
und zwar bei Kreisform Knotenkreise und Knotendurchmesser.
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Bei allen bisher bekannten zweidimensionalen Schallkörpern, die bei
den akustischen Instrumenten in Form von Membranen, Resonanzdecken oder auch offenen
Schallkästen verwendet sind, hat das Dledium auf beiden Seiten der nicht schwingenden
Fläche die gleiche Dichte, und durch die Schallwirkung wird praktisch im zeitlichen
Mittel keine Druckdifferenz im Medium hervorgerufen.
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Von diesen bekannten Schallkörpern unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand
dadurch, daß der Schallkörper als ein allseitig geschlossner Hohlkörper ausgebildet
ist, bei dem eine Differenz zwischen Innen- und Außendruck besteht. Bei Verdichtung
des Mediums im Hohlraum des Schallkörpers ist der Innendruck höher, bei Verdünnung
des Mediums ist der Innendruck niedriger als der Außendruck. Wenn bei gleichem Innen-
und Außendruck die einander gegenüberliegenden Membranen, die den Hohlraum des Schallkörpers
von zwei Seiten begrenzen, nicht gespannt sind, so werden durch die Erhöhung oder
Erniedrigung des Innendruckes die Membranen gespannt. Dadurch werden ihre Oberflächen
vergrößert, und damit wird ihre Elastizität erhöht. Jede Erregung, die die Membran
zum Schwingen bringt, ruft eine Veränderung des im Hdhlraum des Schwingungskörpers
eingeschlossenen Volumens und eine Druckänderung hervor.
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Vorteilhaft werden die Decke und der Boden des Schwingungskörpers
durch gewellte Platten aus -Metall oder einem nichtmetallischen elastischen Material
hergestellt. Durch diese wellenförmige Formgebung wird die Schwingungsfähigkeit
der Membran erhöht. Vorzugsweise werden die Wellen so ausgebildet, daß sie in Abständen
verlaufen, die den Abständen der Knotenpunkte einer schwingenden Saite entsprechen.
Man erhält dadurch nach der Erfindung Flageolettknotenkreise und dementsprechend
Nvellenförmige Schallflächen.
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Der Innendruck des Schwingungskörpers ist gemäß der Erfindung regelbar,
indem durch ein zum Hohlraum des Körpers führendes Ventil das im Hohlraum enthaltene
Medium verdichtet oder verdünnt werden kann. Die Decke und der Boden. des Schwingungskörpers
sind im gespannten Zustand sphärische Flächen, z. B. Zylinder- oder Kugelflächen.
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Die Lfibetragung der Schwingungen, z. 13. von SaiteiischNvingttngen
auf den Schallk('irl)er, erfolgt vermittels eines Steges, der durch die Saitenschwingungen
zu Schwingungen in seiner eigenen Ebene an= geregt tvird.#\'irdliei einem Sclialllcörper
nach der Erfindung dieeine --Membran in Schwingungversetzt, so gerät auch das eingeschlossene
Medium in Schwingungen,die sich aufdiegegeniiberliegendeMembran übertragen, in der
Weise, daß beide Membranen annähernd entgegengesetzt scliwingeii. Deinentsprechend
ergeben sich zusätzlich zu den Schwingungen der bekannten flächenhaften Schallkörper
beim Erfindungsgegenstand Bewegungen der Knotenlinien, vorzugsweiseKnotenkreise,
.senkrecht zur Schwingungsfläche oder parallel und auch senkrecht zur Schwingungsachse.
Während also bei den eindimensionalen Saiten die Knotenpunkte und bei den zweidimensionalen
Membranen bekannter Schallkörper die Knotenlinien während des Tönens in Ruhe verharren,
bewegen sich die Knotenlinien der erfindungsgemäßen Schallkörper schwingend gegeneinander.
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Die bevorzugte Ausführungsform eines allseitig geschlossenen Schallkörpers
nach der Erfindung ist ein Linsenkörper. Für die Linse können die sechs Grundformen
der optischen Linse gewählt werden. Die Wandstärke der Decke und des Bodens kann
zwecks Abstimmung des Schwingungskörpers verschieden sein. Zur Erhöhung der Klangwirkung
können auch zwei oder mehr Schwingungskörper übereinander angeordnet sein, z. 13.
als Doppellinsen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. Es zeigt Fig. i die sechs Grundformen des linsenförmigen Schallkörpers
im Querschnitt mit Wellen, die Knotenkreise .mit von pinnen nac=h außen zunehmenden
Abständen ergeben, Fig.2 eine bikonvexe Schallinse, deren Wellen Knotenkreise mit
von innen .nach außen abnehmenden Abständen ergeben, Fig. 3 eine Schallinse für
konzentrische Knotenkreise mit gleichbleibendem Abstand und Fig. q eine Schallinse
mit spiralförmigenKnotenlinien, z. B. nach einer archimedischen oder logarithmischen
Spirale; Fig. 5 und 6 veranschaulichen @in schematischer Darstellung das Verhalten
der Schallfläche einer Schallinse beim Spannen durch Verändern- des Innendruckes;
ferner zeigt Fig. 7 ein Saiteninstrument nach Art einer Gitarre, Fig.8 einen Querschnitt
nach Linie VIII-VIII der Fig. 7, Fig. 9 ein Streichinstrument nach Art einer Geige,
Fig. io einen 'Querschnitt nach Linie K-X der Fig. 9, Fig. i i ein Signalhorn, Fig.
iia eine abgeänderte Einzelheit, Fig. 12 eine Grammopliondose, Fig. 13 den Hörtrichter
und Fig. 14 den Spreclitri4#,hter eines Telephons, Fi,g. 15 einen elektrodynamischen
Lautsprecher. In Fig. 5 sind mit i die gestrichelt gezeichneten Schallflächen des
Linsenkörpers im urigespannten Zustand bezeichnet, die durch Verdichten des eingeschlossenen
Mediums, beispielsweise durch Aufpumpen mittels eines Ventils 4, in die gespannte
gewölbte Form 2 gebracht werden. Wird -der in ein Saiteninstrument eingesetzte Schallkörper
durch Spannung der Saiten belastet, so nehmen die gewölbten Schallflächen 2 der
Fig. 5 durch den durch
di,@ Pfeile angedeuteten Druck und Gegetidi-ucl:
etwa die Lage 3 nach F ig. 6 ein. Beim Erregen und Tönen scli\cingen die Schallflächen
entgegengesetzt zueinander in die Stellungen 3'.
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Das Ventil 4 kann irgendeine bekannte Ausführung hallen, so daß sich
eine besondere Darstellung und Erläuterung erübrigt. Es wird an der jeweils geeigneten
Stelle der Schallinse, z. B. am Rand oder am Boden im Bereich der Sc'hwingtingsachse
eingesetzt und ist der Einfachheit halber bei den dargestellten Ausführungsbeispielen
des Erfindungsgegenstandes fortgelassen.
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Das in Fig. 7 und 8 dargestellte Saiteninstrument erinnert nach äußerer
Gestalt und Spieltechnik an die bekannten Gitarren, Banjos und Mandolinen, unterscheidet
sich aber durch die Bauart des Schallkörpers, der eine Schallinse mit harmonisch
unterteilten Flächen aufweist. Es ist veranschaulicht, wie die Flageolettknotenpunkte
einer Saite 5 auf die Meinbrati 6 zwecks Ausbildung der Knotenkreise übertragen
sind, d. h. es wird der Klangeffekt des linearen Schallgebers (Saite 5) auf die
Schallflächen des räumlichen Schallkörpers (Schalllinse 7 in Fig. 8) in harmonischen
Teilungen übertragen.
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Die Schallinse 7 ist in an sich bekannter Weise in einen he:onanzkörper
8 eingebaut. Das im Körper 8 tinterlialli der Schallinse 7 enthaltene Luftvolumen
ergibt eine Verstärkung der Körperschwingungen.
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Hei der in Fig.9 und io dargestellten Geige ist die Schallinse io
auf einen Balken 12 aufgesetzt, in ähnlicher @'cise wie die Schalldose einer bekennten
Jazzgeige auf einem Holzgerüst befestigt ist.
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Bei den :lliweiiclungsbeisliielen der Fig. i i bis 15 sind die einfachen
Membranen der bekannten Vorrichtungen durch Schallinsen nach der Erfindung ersetzt.
hie Vorrichtungen selbst können irgendeine bekannte Bauart hallen und sind deshalb
nicht näher erläutert.
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In Fig. i i sind die beiden Schallflächen 13, 1,4 der Schallinse
durch die Schwingungsachse 15 des Erregers fast miteinander gekoppelt. Gegenüber
einer einfachen Membran wird dadurch der Schalleffekt verstärkt. In Fig. i i a haben
die beiden Membranen i3', 1-l' der Schallinse verschiedene \V:iiidstiirken, und
die Scliwingungsach-se 15 ist nur an der einen Nteinbran 13' befestigt.
Während bei den bekannten Signalhupen die Membran in mehreren Teilen schwingt, also
unmelodische Teiltöne liefert, wird nach der Erfindung, hervorgerufen durch die
'harnionische Sohallflächenteilung, ein melodischer Klang erzeugt.
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Bei einer Gi-aniinoP'liondose, von der Fig. 12 ein Beispiel zeit.
N\ ird außer der erwähnten Verbesserung des Klanhefiektes noch eine höhere Empfindlichkeit
der Abtastnadel erreicht, da der Nadelarm 15 infolge der Elastizität der Schallfläche
nicht nur senkrecht zur Schallfläche, sondern in gewissem Grade auch in der Nadelrichtung
schwingen kann. Zur Verstärkung der Schwingungen der Schallflächen ist iin Innern
der Schallinse 16 in der Schwingungsachse eine an beiden Schallflächen abgestützte
Feder z*7 angeordnet.
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Bei dem Telephon der Fig. 13 wird die Schalllinse 18 durch Federn
i9 frei schwingend gehalten. In Fig. 14 ist eine Schallinse 2o anderer Form ein-.
gespannt. Außerdem ist in der Schallinse 20 wieder' eine Feder 2 i angeordnet.
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Je nach dem Verwendungszweck kann fiel allen in Frage kommenden Vorrichtungen
die eine oder andere der erläuterten Ausführungsformen und Anordnungen der Schallinse
verwendet werden.
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Dies gilt auch für Lautsprecher, von denen Fig. 15 nur die allgemeine
Anordnung veranschaulichen soll. Da alle bekannten Lautsprecher Eigenschwingungen
besitzen, ist es nicht möglich, mit einem einzigen Lautsprecher eine naturgetreue
Wiedergabe von Musik zu erreichen. Jeder Lautsprecher bevorzugt immer bestimmte
Schwingungszahlen. Daher werden für das Erreichen guter Wiedergabe sehr oft mehrere
Lautsprecher mit verschiedenen Eigenschwingungen kombiniert (meist ein Lautsprecher
für 'hohe und einer für tiefe Töne). Dieser Effekt wird nach der Erfindung durch
die beiden harmonisch aufgeteilten Schallflächen der Schallinse erreicht. Man kann
natürlich auch vorteilhaft einen Schallkörper nach der Erfindung mit einem elektrischen
Tonabnehmer versehen.
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In der Ausbildung der Schallkörper sind im Rahmen der Erfindung die
verschiedensten Kombinationen und Änderungen der Einzelheiten möglich.
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Man kann z. B. einen Schallkörper gemäß der Erfindung auch für elektrodynamische
Schallerzeugung benutzen oder auch für physikalische Zwecke, z. B. als Schallscheinwerfer,
verwenden, wobei eine Schallfläche der Linse als parabolische Spiegelfläche ausgebildet
ist.
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Ebenso können die Schallkörper nach der Erfindung bei Ultraschall
Verwendung finden.