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Schallapparat mit einem mit bestimmter-Eigenfrequenz begabten mit
dem Strahlergebilde zusammenwirkenden Schwingungsgebilde. Sowohl bei der Übertragung
von Schallenergie auf eine an das Schallmittel anstoßende Membran wie bei der Entnahme
von Schallenergie aus einer an ein Schallfeld anstoßenden Membran ist es in der
Regel erwünscht, daß das Verhältnis der Membranamplituden zu den Amplituden des
Organs, das die Schwingung erzeugt oder aufnimmt, von Eins verschieden sei. Wird
die verlangte Amplitudenübersetzung in bekannter Weise dadurch angestrebt, daß zwischen
die Membran und das die Schwingung erzeugende oder aufnehmende Organ ein sogenannter
Tonpilz, d. h. ein aus getrennten Massenteilen und einem dieselben verbindenden
elastischen Stab bestehendes System (vgl.Patent z97999), eingeschaltet wird, so
tritt die Schwierligkeit auf, daß die Strahlungsdämpfung des erhaltenen Systems
unmittelbar von der gewählten Amplitudenübersetzung abhängig ist, da beim Tonpilz
sowohl die Amplituden der beiden Massen, wie die darin schwingenden Energiemengen
sich umgekehrt verhalten, wie die beiden Massen.
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Es ist wiederholt vorgeschlagen worden, die verlangte Amplitudenübersetzung
dadurch zu erzielen, daß an Stelle eines Schwingungsgebildes ein Hebelsystem zwischen
die Membran und das Aufnahme- oder Abgabeorgan eingeschaltet wird. Diese Maßregel
würde aber den verlangten Erfolg nur bringen, wenn die Teile des Hebelsystems starr
und masse.-los wären, und diese Bedingung ist bei den bisher vorgeschlagenen Hebelsystemen
mit genügender Annäherung um so weniger zu erfüllen, j e größer die Schalleistungen
und je höher die Frequenzen sind, so daß beispielsweise für Unterwassermembransender
diese Art der Amplitudenübersetzung bisher nicht ausführbar erschien. Sie gelingt
mit Hilfe der Erfindung.
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Im weitesten Sinne besteht die Erfindung darin, daß an Stelle des
bisher fast ausschließlich in Form eines Wagebalkens ausgeführten Hebelsystems ein
Kniehebelsystern verwendet wird, das aber nicht, wie es in statischen Konstruktionen
gebräuchlich ist, aus gelenkig zusammengesetzten Teilen besteht, sondern aus elastischen
Balken, die im stumpfen Winkel geknickt oder entsprechend gekrümmt sind. Ein solcher
Balken läßt sich leicht so abmessen, daß seine transversale Eigenschwingung in der
Knickebene wesentlich tiefer liegt als seine longitudinale, d. h. als die transversale
und longitudinale Eigenfrequenz jedes seiner Schenkel. Wird er so verwendet, daß
die transversale Abstimmung mit der verlangten Betriebsfrequenz zusammenfällt, so
wirkt er longitudinal näherungsweise wie ein starrer Kniehebel.
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Die übersichtlichste Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erhalten,
daß man in einem Tonpilzsystem .den bisher gebräuchlichen elastischen geradlinigen
Stiel durch
zwei Stiele ersetzt, die an einander gegenüberliegenden
Stellen stumpfwinklig geknickt sind und an der Knickstelle das Magnetsvsteni, das
Mikrophon o. dgl. befestigt, das bestimmt ist, die Schwingung zu erzeugen oder aufzunehmen.
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Die Abb. i der Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines solchen
Ausführungsbeispiels.
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Auf der Nabe einer Membran < 1 sind zwei stumpfwinklig geknickte
Stiele B, B befestigt, die an ihrem oberen freien Ende eine Masse C tragen.
An der Knickstelle tragen die Stiele die beiden Hälften D, D eines Elektromagneten.
Die zur Erregung des Elektromagneten mit Wechselstrom dienende Spule E wird durch
zwei Träger F in ihrer Lage gehalten, die in der Zeichnung durch Schraubenfedern
angedeutet sind, um anschaulich zu machen, daß sie wesentlich tiefer abgestimmt
sein müssen als die Betriebsfrequenz. Die Befestigung der Spule kann naturgemäß
auch in anderer Weise erfolgen, vorzugsweise so. daß sie das Schwingungssystem nicht
stört.
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Die Abmessungen der beiden Stiele werden so gewählt, daß ihre Transversalabstimmung
mit der Betriebsfrequenz zusammenfällt. Die Longitudinalabstimmung die einer Schwingungsform
entsprechen würde, bei der alle vier Massen sich konphas einwärts und auswärts bewegen,
liegt dann meistens von selbst wesentlich höher, und es ist leicht möglich, durch
geeignete Wahl der Form des Stielquerschnitts das Verhältnis der Longitudinalzur
Transversalabstimmung innerhalb weiter Grenzen nach Wunsch zu ändern.
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Das Verhältnis der Amplituden der -lassen D_ , D, zu denen
der Membran A und der Masse C ist dann nur noch von dein Winkel des Knicks bei D
abhängig, und man ist daher frei, die Strahlungsdämpfung innerhalb weiter Grenzen
durch beliebige Wahl der Massen, vorzugsweise der Masse C, nach Wunsch zu verändern.
Wenn das Kniehebels_vstem so arbeiten soll, daß der Punkt bei C praktisch ruhig
steht, so kann das einerseits erreicht werden durch seine Befestigung an einem starren
Widerlager. Man kann aber auch an Stelle dieses Widerlagers dort eine sehr große
:Masse C anbringen, wobei die Größe der Masse sich natürlich nicht in absoluten
Massen ausdrücken läßt, sondern abhängig ist von den übrigen Massen des Systems.
Sie soll sehr groß sein im Verhältnis zu den übrigen Massen des Systems.
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Das beschriebene System kann ohne weiteres als Schallsender oder als
Schallempfänger gebraucht werden, und der Elektromagnet als erregendes oller aufnehmendes
Organ kann im ersteren Falle durch irgendeinen anderen Vihrator, beispielsweise
einen elektrodynaniischeu oder rein mechanischen ersetzt werden, und im letzteren
Falle auch durch ein 'Mikrophon oder eine rein akustische Aufnahmevorrichtung.
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Am Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn an Stelle des in
der Ausführungsform nach Abb. i gewählten Paares von zwei Kniehebeln ein einziger
angewendet wird, der einer unbeweglichen Masse gegenüber angeordnet ist. Man erhält
dann etwa die Anordnung nach Abb. a. In Abb. 2 sind die analogen Teile mit denselben
Bezugsbuchstaben bezeichnet wie in Abb. i. Auf den Rand der Membran A ist ein massiger
Bügel G aufgesetzt, der gleichzeitig die Gegenmasse C der Anordnung nach Abb. i
ersetzt und die eine Hälfte DZ des Elektromagneten trägt. An Stelle des Kniehebelpaäres
B; -B
tritt ein einziger Kniehebel B, welcher den Anker Dl des Elektromagneten
trägt.
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Das erzielte Übersetzungsverhältnis zwischen den 1lembranamplituden
und den Ankeramplituden ist einerseits von dem Knickwinkel des Kniehebels abhängig.
Ist die Gegenmasse C (Abb. i) v erschie(len von der am Membranende des Kniehebels
angreifenden Masse A, so verteilen sich die Amplituden der Massen C und .d umgekehrt
proportional ihrer Größe, und da es für die Leistung der Vorrichtung nur auf (las
Arnplitudenverhältnis von D, D zu A ankommt, so kann es unter Umständen vorteilhaft
sein. auch zwischen den Massen C und A eine Amplitudenübersetzung herzustellen,
die je nach Bedarf gleich Eins oder größer oder kleiner als Eins gemacht werden
kann.
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Die Erfindung läßt sich auch anwenden, wenn eine umgekehrte Amplitudenübersetzung
gefordert wird, wie es z. B. der Fall sein kann, wenn das Schallmittel nicht Wasser,
sondern Luft ist. Alsdann muß der stumpfe Winkel des Kniehebels nicht am erregenden
oder aufnehmenden Organ angreifen, sondern an der Membran, und man erhält etwa eine
Anordnung wie sie in Abb. 3 schematisch dargestellt ist.
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In Abb. 3 ist IL die Mantelwandung einer zylindrischen Kapsel, deren
Stirnseiten durch zwei Membranen L, L verschlossen sind. Die stumpfen Winkel
eines Kniehebelpaanes B, B
greifen an den Naben der beiden Membranen an, und
seine spitzen Winkel tragen die Anker Dl, Dl von zwei Elektromagneten, deren Felder
D2, DZ aneinander gegenüberliegenden Punkten der Kapselwandung befestigt
sind.
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Die Amplituden der Elektromagnetanker «erden in diesem Falle vergrößert
auf die Meinbrannaben übertragen.
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Dem Wesen der Erfindung wird auch genügt, wenn in der Ausführungsform
nach
Abb. 3 der eine der beiden Vibratoren oller Detektoren Dl,
D2 weggelassen und die betreffende Ecke des Kniehebelsvstems fest mit dem ihr gegenüberliegenden
Punkte des Gehäuses K verbunden oder durch eine entsprechend abgemessene freischwingende
Gegenmasse ersetzt wird.
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In Abb. q. ist eine abgeänderte Ausführ ungsform der Erfindung dargestellt,
bei der die beiden Teile Dl und D2 des Magnetsystems in bekannter Weise durch elastische
Stiele N miteinander verbunden sind, so daß sie auch für sich genommen ein Schwingungsgebilde
darstellen. Im übrigen sind sie in das Kniehebelsystem nach Abb. i eingebaut. Die
Gesamtwirkung dieser Anordnung ist von der Ausführungsform nach Abb. i nicht wesentlich
verschieden. Anstatt eines einfachen Schwingungsgebildes sind zwei miteinander gekoppelte
Schwingungsgebilde angewendet, wobei in manchen Fällen die Abmessungen der einzelnen
Teile günstiger ausfallen können.
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Der Gedanke, ein solches System zur Amplitudenübersetzung im aufsteigenden
oder a bsteigeanden Sinne zu benutzen, ist an sich nicht Gegenstand der Erfindung,
sondern nur insofern, als er unter Verwendung eines der geschilderten Übersetzungsgebilde
oder eines ähnlichen Gebildes ausgeführt wird.
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In der Abb. 5 bezeichnet A wiederum eine Hembran, B, B die Schenkel
des Gliedersystems,, Massen an den Ecken des Gliedersystems. Mit dem Gliedersystem
gedoppelt ist ein als Mikrophon ausgebildetes Schwind ngsgebilde, bestehend aus
den als Massenteile wirkenden Elektroden 3h, 1#i2, die durch die elastischen Glieder
P1, P2 verbunden sind.
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An dem Wesen der Erfindung wird auch nichts geändert, wenn man den
Kniehebel nicht aus zwei geradlinigen, unter einem Winkel aneinanderstoßenden Teilen
herstellt, sondern aus einem einzigen entsprechend gekrümmten Teil. Wesentlich für
der. Erfolg ist nur, daß die Transv ersalabstimmung des Systems erheblich tiefer
als seine Longitudinalabstimmung und gleich der Betriebsfrequenz gemacht wird.