SE446157B - Lagfrekvensljudgenerator - Google Patents

Description

25 30 35 40 7905616-4 och reg1ersystem visat schematiskt, samt FIG. 7 är en fragmentarisk sidovy, de1vis i axia1- sektion, av ett ytter1igare modifierat utförande av 1ågfrekvens1judgeneratorn en1igt uppfinningen.

. Den i FIG. 1 - 4 visade 1judgeneratorn innefattar ett rör 10, vi1ket har en och samma diameter över rörets he1a ïängd och är öppet i ena änden, betecknad med 11, samt s1utet i den andra änden, betecknad med 12.

Ett rör med en öppen och en s1uten ände fungerar som ett resonansorgan, så att stående 1judvâgor kan genereras däri.

Dessa stående ïjudvågor, som har en buk i den öppna änden och en nod i den s1utna änden av resonansröret, måste uppfy11a vi11koret 1 = A (Zn + 1)/4 (1) där J = resonansrörets 1ängd, A = den stående 1judvågens våg1ängd och n = O, 1, 2,,3 . . . . . .. _ Den 1judvåg; vars våg1ängd är en fjärde1 av resonans- rörets 1ängd (L = 1/4, dvs. n = 0), ka11as grundtonen, medan de övriga benämnes första övertonen, andra över- tonen etc. I före1iggande fa11 antages resonansröret 10 ha en 1ängd, som är 1ika med en fjärdede1 av den frekvens .som ska11 a1stras i 1judgeneratorn.

De stående 1judvågorna förorsakar ett varierande 1uft- tryck i resonansröret, varvid den största tryckamp1ituden uppstår i resonansrörets sïutna ände.

Me11an 1judets frekvens och vâg1ängd råder ett samband f = c/Ä l (2) ljudets frekvens, 1judvågens utbredningshastighet och där f c A =;våg1ängden.

När en grundton genereras i ett resonansrör med en öppen och en s1uten ände, gä11er en1igt ekvationerna (1) och 12) ovan sambandet f = c/4L ' (3) I 1uft med temperaturen 20°C är 1judvâgens utbred- ningshastighet 340 m/s. I exempe1vis ett resonansrör med 'U l0 15 20 25 30 35 40 3 7905616-4 längden 5 m blir då grundtonens frekvens med tillämpning av ekvationen (3) ovan f = 340/4,5 varav erhålles frekvensen f = l7 Hz. Ljud skulle sålunda kunna skapas i ett 5 m långt resonansrör genom att till- föra luftpulser med frekvensen l7 Hz. Om temperaturen i resonansröret ändras, kommer också ljudvâgens utbred- ningshastighet att ändras med en ändring av frekvensen som följd enligt ekvationen (3) ovan.

I den slutna änden l2 är anordnad en matningsenhet l3, som reglerar tillförseln av tryckgas (drivgas) till ljud- generatorn, och vanligtvis är det fråga om tryckluft, även om naturligtvis andra drivgaser kan komma i fråga, exempelvis inerta drivgaser.

,I utförandet enligt FIG. l - 4 är matningsenheten l3 uppbyggd av en fast del l4, vilken har formen av en cylinder som ansluter sig koncentriskt till resonans- röret l0 men har mindre diameter än detta. I den fasta delen är axiellt förskjutbart anordnad en rörlig del l5 i form av en rörslid med ett reglerhål 16. På den fasta delen 14 är anordnade två kamrar l7A och l7B, som är anslutna till fläktar, kammaren l7A till en sugfläkt, vilken är markerad symboliskt vid l8A, och kammaren l7B till en tryckfläkt, vilken är markerad symboliskt vid l8B, så att i kamrarna kan upprätthâllas ett undertryck resp. ett övertryck. Vardera kammaren har ett hål l9A resp. 198 för att genom detta hål sättas i förbindelse med det inre av rörsliden l5 genom dennas reglerhál 16 i beroende av vilket axialförskjutningsläge rörsliden l5 för tillfället intar.

Rörsliden är kopplad till ett membran 20, som är infäst i resonansröret i dettas slutna ände och är för- skjutbart mot verkan av en tryckfjäder 21 i beroende av* trycket i resonansrörets slutna ände, som verkar över membranet 20. I ett jämviktsläge, som är visat i FIG. 2, varvid trycket i resonansrörets slutna ände är lika stort som omgivningstrycket, skall rörslidens l5 läge vara sådant, att undertryckskammaren l7A är helt avstängd från resonansröret 10, eftersom förbindelsen genom hålet l9A via reglerhålet 16 är avstängd, medan över- l0 l5 20 25 30 35 40 7905616-4 4 tryckskammaren l7B däremot genom hålet l9B och regler- hålet 16 står i förbindelse med rörslidens inre och sålunda med resonansrörets inre via en liten springa 22.

Luft (eller annan gas) under tryck kan sålunda passera genom springan 22 från övertryckskammaren l7B via rörsliden l5 in i resonansröret l0, och vid luftens passage genom matningsenheten och resonansröret uppstår lâgfrekvent ljud på grund av turbulens och friktion i luftströmmen. ' Det sålunda alstrade ljudet påverkar resonansrörets l0 slutna ände l2 med ett varierande tryck, och de uppkommande tryckvariationerna i resonansröret försätter membranet 20 och därmed rörsliden l5 i en fram- och återgående axial- rörelse med samma frekvens som grundtonens frekvens, vil- ken enligt ovan är beroende av hur resonansrörets l0 längd (L) är dimensionerad. Ett villkor för att denna rörelse skall uppstå, är dock att matningsenhetens l3 rörliga del har en egenfrekvens som ligger mellan grund- tonens frekvens och första övertonens frekvens.

När ljudtrycket i resonansrörets slutna ände har sitt största värde (övertryck) pressas den rörliga rör- sliden l5 åt höger mot fjäderns 21 verkan till läget i FIG. 3, varvid förbindelsen mellan övertryckskammaren l7B och resonansröret öppnas ytterligare med påföljd att trycket i resonansrörets slutna ände får ett tillskott.

När ljudtrycket har sitt minsta värde (undertryck) förskjuts däremot rörsliden l5 åt vänster till läget enligt FIG. 4, så att förbindelsen mellan resonansröret och övertryckskammaren l7B stängs och förbindelse upp- rättas mellan resonansröret och lågtryckskammaren l7A a med påföljd att trycket i resonansrörets slutna ände reduceras ytterligare.

Det framgår sålunda, att det vid start av ljud- generatorn, när den rörliga delen i matningsenheten (membranet 20 och rörsliden l5) står stilla i sitt jäm- viktsläge enligt FIG. 2 och fläktarna l8A och l8B just satts igång, alstras ett svagt lågfrekvent ljud i resonansröret l0 på grund av luftströmningen. Detta ljud ger upphov till att den rörliga delen sättes i en oscillerande rörelse, varvid ljudtrycket i resonansröret 10 15 20 25 30 35 40 s 7905616-4 blir allt kraftigare för att efter viss tid nå ett fort- varighetstillständ, i vilket ett intensivt lägfrekvent ljud alstras i ljudgeneratorn.

Funktionen blir i princip densamma, även om under- tryckskammaren l7A uteslutes. I det konstruktiva utförandet enligt FIG. 5 är detta fallet. Membranet 20 är här inspänt mot 0-ringar 23 mellan en ansats 24 i resonansrörets l0 bakre ände och en medelst ett pâskruvat ändlock 25 infäst bussning 26. Rummet 27 bakom membranet 20 är avluftat till atmosfären genom cylindriska stutsar 28 på ändlocket 25.

Dessa stutsar är täckta med cylindriska kåpor 29, varvid vardera stutsen med tillhörande kåpa bildar en labyrint- passage 30, som tillåter fri förbindelse mellan kammaren 27 och den omgivande atmosfären samtidigt som smuts hindras från att tränga in i kammaren.

I ändlocket 25 är infäst ett rör 3l, vars yttre ände 32 är avsedd att anslutas till tryckfläkten l8B eller annan tryckgaskälla, medan dess i resonansröret inskjutande del bildar en fritt utskjutande stuts 33. På denna stuts, som är sluten i sin inre ände och där är utformad med tvärborrningar 34, är den centralt i membranet 20 infästa rörsliden 15 förskjutbart styrd för att vid sin kant 35 reglera förbindelse mellan tryckgaskällan och resonans- rörets l0 inre genom borrningarna 34, som motsvarar öpp- ningen l9B i FIG. 2 - 4. Funktionen är densamma i detta fall som i det med hänvisning till FIG. l - 4 beskrivna utförandet, men det uppstår en resulterande gasström genom resonansröret, vilket i vissa fall saknar betydelse och i andra fall rent av kan vara önskvärt. En fjäder kan vara anordnad på högra sidan om membranet 20, motsvarande fjädern 21, men återföringen av sliden 15 kan också ske enbart genom membranets egen fjäderverkan.

Om ljudgeneratorns resonansrör l0 stickes in i ett utrymme, exempelvis en panna, där det rader över- eller undertryck i förhållande till den omgivande atmosfärens tryck, uppstår en statisk tryckskillnad över membranet 20, om kammaren 27 är förbunden med den omgivande atmosfären på det sätt som är visat i FIG. 5. Därigenom ändras membranets jämviktsläge och följaktligen även rörslidens l5 jämviktsläge, och för detta måste korrige- l0 l5 20 25 30 35 40 7905616-4» s ring ske genom en motsvarande ändring av rörslidens läge.

FIG. 6 visar ett utförande, vid vilket sådan korrigering åstadkommes. Här har luftningshålen i ändlocket 25 genom stutsarna 28 och passagerna 30 utelämnats och har kammaren 27 genom ett rör 36 satts i förbindelse med resonans- rörets l0 mynning. Därigenom råder alltid samma statiska tryck på ömse sidor av membranet 20. Genom att röret 36 mynnar i resonansrörets 10 mynning, där ljudtrycket har en nod, påverkas inte trycket i kammaren 27 av ljud- trycket i resonansröret, och ljudgeneratorn enligt FIG. 6 kan därför utan olägenhet anslutas till utrymmen med över- eller undertryck.

Genom att kammaren 27 i utförandet enligt FIG. 6 inte har någon direkt förbindelse med den omgivande atmosfären utan kan betraktas som sluten, bildar luft- massan i kammaren 27 en fjäder bakom membranet 20, varvid denna fjäderverkan adderas till membranets egen fjäderverkan och påverkar det rörliga systemets egen- frekvens. Det är önskvärt att använda ett tunt membran i ljudgeneratorn enligt uppfinningen, men ju tunnare membranet är, desto lägre blir fjäderkonstanten, och om membranet göres allt för tunt, kan fjäderkonstanten därigenom bli för låg i förhållande till membranets massa, vilket ger för låg egenfrekvens. Dessutom är det svårt att tillverka tunna membran, som har lika stor fjäderkonstant vid utfjädring åt det ena resp det andra hållet. Tack vare luftkudden i utförandet enligt FIG. 6 kan man använda ett membran med lägre fjäderkonstant, vartill kommer, att luftkudden har samma fjädringsegen- skaper oavsett om membranet rör sig utåt eller inåt. Även om ett tunnare membran i och för sig har olika 'egenskaper i de båda riktningarna, påverkar detta följaktligen inte längre fjäderkonstanten för systemet i dess helhet lika mycket, som när luftkudde saknas, pâ grund av att membranets fjäderverkan endast utgör en mindre del av den totala fjäderverkan. Som exempel kan nämnas, att ett membran av tjockleken l,5 mm i ett praktiskt utförande av ljudgeneratorn enligt FIG. 5 har en fjäderkonstant på cirka 40000 N/m, medan luft- kudden i kammaren 27 vid utförandet enligt FIG. 6, om l0 l5 20 25 30 35 40 7905616-4 denna kammare har en volym på 24 liter, påverkar membranet med en fjäderverkan, som motsvarar en fjäderkonstant hos membranet pä cirka 30000 N/m. Om den totala fjäderkonstan- ten skall vara cirka 40000 N/m, kommer sålunda membranet i sig självt att behöva bidraga blott med en förhållande- vis liten del till denna fjäderkonstant.

FIG. 6 visar ytterligare en finess vid ljudgeneratorn enligt uppfinningen, nämligen en pneumatisk pulsator 38, som är ansluten till kammaren 27. Meningen är, att ljud- generatorn, när den användes exempelvis vid sotning av pannor och processapparater, skall vara i drift inter- mittent, och det kan då inträffa, att rörsliden l5, när den har stått stilla och åter skall sättas i rörelse på stutsen 33, är så trögrörlig på denna stuts, speciellt om det är fråga om användning av ljudgeneratorn i korrosiv miljö, att det svaga ljudtryck som uppstår vid tryckluftens passage ut genom de vid tvärborrningarna 34 frilagda springorna, som är av storleken l mm, inte räcker till för övervinnande av vilofriktionen hos det rörliga systemet och igångsättning av membranrörelsen. Pulsatorn 38 kan då användas för start av ljudgeneratorn genom att tryckluftstötar med ungefär samma frekvens som ljudgene- ratorns grundton tillföres kammaren 27 och får påverka membranet 20.

FIG. 6 visar närmare kringutrustningen till ljud- generatorn enligt uppfinningen. Tryckluft tillföres från lämplig tryckluftkälla vid 39 dels till en ledning 40 via en magnetventil 41 och dels till en ledning 42 via en magnetventil 43, varvid ledningen 40 går till ljud- generatorns matningsenhet och är ansluten till änden 32, medan ledningen 42 går till pulsatorn 38. över magnetventilen 4l är anordnad en strypt shuntförbindelse 44 för senare angivet ändamål.

Ett programverk 45 är anslutet till det elektriska nätet vid 46, och de elektriska förbindningarna från detta programverk är markerade medelst streckade linjer.

Det framgår, att programverket är anslutet till de båda magnetventilerna 41 och 43 för att styra tillför- seln av tryckluft till ljudgeneratorn resp pulsatorn.

Som nämndes ovan, drives ljudgeneratorn som regel inter- 10 15 20 25 30 35 40 7905616-4 ' s mittent, och med programverket 45 inställes drifttid och paustid, varvid ventilen 41 hålles öppen under drift- tiden. Under paustiden, när ventilen 4l är stängd, till- föres en mindre luftmängd till ljudgeneratorn genom shuntledningen 44, och denna reducerade lufttillförsel sker för att kyla rörsliden l5 och membranet 20 och även för att skydda rörsliden och stutsen 33 från stoft.

Dessutom tjänar denna lufttillförsel till att hålla membranet 20 i lätt rörelse, varigenom start av ljud- generatorn underlättaš, så att ljudgeneratorn, som i sig själv är självstartande, omedelbart går igång, när ventilen 4l öppnas, utan att någon starthjälp ges medelst pulsatorn 38, även om ljudgeneratorn skulle användas i en korrosiv miljö, där det finns risk för att rörsliden l5 fastnar eller kärvar, om membranet 20 står helt stilla under paustiderna. För kontroll av att membranet 20 är i rörelse, då ljudgeneratorn är i drift med ventilen 41 öppen, är i kammaren 27 placerad en sond 47 för avkänning av membranets rörelse, och om denna sond inte avkänner någon rörelse hos membranet, tändes en optisk signal 48.

Medelst en i anslutning till denna signal anordnad ström- brytare 49 kan då pulsatorn 38 inkopplas genom att magnet- ventilen 43 öppnas, så att'ljudgeneratorn fâr erforderlig starthjälp.

Vid utförandet enligt FIG. 7 tjänar ledningen 40 till tillförsel av tryckluft inte enbart till själva ljud- generatorn utan även till pulsatorn 38, som vid detta utförande tillsamman med magnetventilen 43 är anbragt i kammaren 27. Ledningen 40 är ansluten till en fördela- re 50, från vilken tryckluften kan tillföras förutom pulsatorn 38 via magnetventilen 43 även en behållare 5l via en magnetventil 52, varvid såväl behållaren som . magnetventilen är anbragt i kammaren 27. Från behållaren 51 är anordnadlen förbindning 53 till stutsen 33. Under drift av ljudgeneratorn är magnetventilen 52_öppen och passerar den tryckluft, som tjänar tillgdrift av ljud- generatorn, sålunda genom behållaren Sl, varigenom det erhålles en utjämning av tryckluftens pulsering, så att mindre dimension kan användas på ledningen 40 än då denna är ansluten direkt till stutsen 33. 10 15 20 25 30 35 40 7905616-4 Behållaren 51 kan tillföras tryckluft från för- delaren 50 även via en ställbar strypventil 54 genom en förbindelse mellan fördelaren 50 och behållaren 51, som är parallell med förbindelsen via magnetventilen 52.

Under paustiderna, när magnetventilen 52 är stängd, hålles membranet 20 och rörsliden 15 i rörelse genom att ett strypt luftflöde passerar in i behållaren 51 och från denna till stutsen 33. Detta arrangemang ersätter sålunda shuntförbindelsen 44 vid utförandet enligt FIG. 6.

I FIG. 7 är matningsenheten som en särskild enhet 10' monterad på resonansröret 10, och samma arrangemang kan ifrågakomma vid utförandena enligt FIG. 5 och 6.

I de beskrivna utförandena är rörsliden 15 kopplad rent mekaniskt direkt till membranet 20, men det är också möjligt att anordna förbindningen mellan membranet och rörsliden medelst en elektrisk, pneumatisk eller hydraulisk transmission mellan dessa båda element. Vidare kan den här beskrivna mekaniska matningsenheten med membran ersättas med en elektromekanisk enhet, varvid exempelvis en mikrofon är placerad i resonansrörets bakre ände för att avkänna den stående vägens tryck- variationer och en magnetventil, som reglerar tillförseln av tryckluft till resonansröret (resp evakueringen av detta),styres direkt eller indirekt i takt med den ' stående vägens tryckvariationer via ett bandpassfiiter, I de beskrivna utförandena sker rörslidens 15 åter- gång enbart genom membranets 20 egen fjäderverkan eller genom denna fjäderverkan i kombination med luftfjädringen i kammaren 27, men man kan också tänka sig att anordna en mekanisk fjäder på högra sidan om membranet 20, mot- svarande fjädern 21 i FIG. 2 - 4, såsom nämndes ovan.

Ett rör bildar ett enkelt och billigt resonansorgan men det kan ersättas med andra resonansorgan, exempelvis ett horn eller en Helmholtzresonator.

Claims (16)

1. lo 20 2st 30 40 7905616-4 10 PATENTKRAV l. Lägfrekvensljudgenerator, innefattande ett som ljudsändare anordnat öppet resonansorqan (l0) för alstring av stående gasburna ljudvâgor, vilka ger ett varierande gastryck i resonansorganet, och en med rörligt ventilorgan (15) anordnad matningsenhet (13) för ventilreglerad till- försel av ett modulerat tryckgasflöde till resonansorganet, k ä n n e t e c k n a d av ett som skiljevägg i resonans- organet anordnat fram och åter fjädrande rörligt organ (20), som med avseende på sitt statiska jämviktsläge, i vilket ventilorganet är delvis öppet, är oberoende av den tillförda tryckgasens tryck och är förbundet med ventilorganet (l5) för att tillsamman med detta bilda en rörlig enhet, vars egenfrekvens är högre än frekvensen för resonansorganets (l0) grundton men lägre än frekvensen för första övertonen, för positiv återkoppling av ljudtrycket i resonansorganet till matningsenhetens (T3) ventilorgan (l5) vid enbart en förutbestämd frekvens av resonansorganets resonansfrekvenser.

2. Lâgfrekvensljudgenerator enligt krav l, k ä n ~ n e t e c k n a d av att det fram och åter fjädrande rör- liga organet innefattar ett membran (20), som är kopplat till det rörliga ventilorganet (l5). *

3. Lâgfrekvensljudgenerator enligt krav 2, n e t e c k n a d av att membranet (20) är mekaniskt, elektriskt, hydrauliskt eller pneumatiskt kopplat till ventilorganet (l5).

4. Lâgfrekvensljudgenerator enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att det rörliga ventilorganet (l5) utgöres av en ventilslid, som med avseende på sitt läge är opâverkad av tryckgasen.

5. Lâgfrekvensljudgenerator enligt krav 4, n e t e c k n a d av att ventilsliden är hylsformig och är styrd för axiell förskjutning på ett rör (33), vilket sträcker sig in i resonansorganet (lO) och har åtminstone en öppning (34) för tillförsel av tryckgas, varvid denna öppning är reglerad medelst sliden.

6. Làgfrekvensljudgenerator enligt något av krav 2 - b, k ä n n e t e c k n a d av att ventilorganet (l5) är anordnat att i membranets (20) viloläge upprätthålla en k ä n - k ä n - liten öppning (22) i matningsenheten, så avpassad att vid 10 20 30 35 40 H 7905616-4 ti11förse1 av tryckgas a1stras 1jud i resonansorganet (10).

7. Lágfrekvens1judgenerator en1igt något av krav 2 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att i resonansorganet (10) är me11an membranet (20) och en bakom detta anordnad ändvägg (25) avgränsad en kammare (27).

8. Lågfrekvensïjudgenerator en1igt något av krav 1 - 7, av att resonansorganet (10) utgöres av ett resonansrör, som är öppet i sin ena ände, medan matningsenheten (13) och äterkopp1ingsanord- ningen (20) befinner sig i resonansrörets andra ände.

9. Lâgfrekvens1judgenerator en1igt något av krav 1 - 7, k ä n n e t e c k n a d av att resonansorganet utgöres av en He1mho1tzresonator.

10. Lågfrekvens1judgenerator en1igt krav 7, av att kammaren (27) kommunicerar k ä n n e t e c k n a d k ä n n e_t e c k n a d med den yttre atmosfären.

11. Lågfrekvens1judgenerator en1igt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att kommunikationen me11an kammaren (27) och den yttre atmosfären är anordnad genom 'en e11er f1era utvändiga stutsar (28) på den bakre ändväggen (25), vi1kas yttre ändar är täckta med kåpor (29), som ti11- samman med stutsarna bi1dar en 1abyrintpassage (30).

12. Lâgfrekvens1judgenerator en1igt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att kammaren (27) genom en 1edningsförbindning (36) kommunicerar med resonansrörets (10) öppna ände.

13. Lågfrekvens1judgenerator en1igt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att ti11 kammaren (27) är ans1uten en pu1sator (38) för a1string av tryckgasstötar i kammaren med en frekvens, som är huvudsak1igen densamma som 1judgenera- torns frekvens.

14. Lågfrekvens1Judgenerator en1igt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av en sond (47) för indikering av membranets (20) funktionsti11stånd av röre1se e11er vi1a.

15. Lâgfrekvens1judgenerator en1igt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av en tryckgasbehå11are (51) i mat- ningsenheten för ti11förse1 av tryckgasen ti11 det rör1iga venti1organet (15) via tryckgasbehå11aren.

16. Lågfrekvens1judgenerator en1igt krav 2 e11er 15, 7905616-4 k ä n n e t e c k n a d 'av att matníngsenheten innefattar en ventilanordning (41; 52) för tí11förse1 av tryckgas- flöde L1ï1 resonansorganet (10) aïternativt direkt eïïer via en strypanordning (44; 54).