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Elektrischer Bodenschallempfänger bzw. Sender.
Für die Aufnahme von Bodenschall, insbesondere von Körperschall, zum Zwecke der Auskultation von Herz und Lunge ist ein Empfänger notwendig. der völlig schwellenfrei arbeitet und einen Frequenzgang besitzt, der innerhalb des in Frage kommenden Frequenzgebietes keine Resonanzen besitzt.
Man hat bisher den Aufgaben der Herztonverstärkung in befriedigender Weise nur mit Luft- schallempfängern hoher Übertragungsqualität gerecht werden können. So wird beispielsweise ein Hochfrequenzkondensatormikrophon benutzt, das auf die Brustwand aufgesetzt wird und den auffallenden Luftsehall in bekannter Weise in elektrische Schwingungen umsetzt. Ein solches Gerät benötigt einen relativ grossen Aufwand wegen der erforderlichen hohen Verstärkung und ist überdies leicht Störungen ausgesetzt, die durch die leichte Beeinflussbarkeit der Hoehfrequenzsehaltung. insbesondere bei hohen Verstärkungen, gegeben ist, ferner aber auch durch den Umstand, dass das Mikrophon eine sehr hohe akustische Empfindlichkeit besitzt, also auf äussere Nebengeräusche ebenfalls leicht anspricht.
Der letztere Umstand ist bei derartigen Empfängern grundsätzlich ein Nachteil, wenn es sieh darum handelt, Auskultationsphänomene in demselben Raum mittels Lautsprecher wiederzugeben, oder auch z. B. in demselben Raum Oszillogramme aufzunehmen, da die Motorgeräusehe des Oszillographen auf dem Luftwege auf das Mikrophon übertragen werden.
Bei dem neuen Empfänger wird ein elektromagnetischer Empfänger mit einer vor einem Magnetsystem mit Wicklung befindlichen Membran benutzt. Methoden, Telephone zum Abhören von Herzbzw. Lungensehall zu benutzen, sind an sich bereits bekannt, jedoch sind sie bisher in keiner Weise den Übertragungen mit Qualitätsempfängern, in erster Linie dem Kondensatormikrophon, ebenbürtig gewesen. Die Schwierigkeiten sind im wesentlichen die folgenden :
Die Membran eines normalen Telephons besitzt wegen ihrer grossen Masse eine sehr ausgesprochen Eigenfrequenz, die zu Verzerrungen Anlass gibt. Diese Eigenfrequenz wird durch das Aufsetzen des Telephons auf die Brust nicht gedämpft, da die Rückwirkung der Luft auf die schwere Membran zu klein ist.
Der Wirkungsgrad der Anordnung ist ferner wegen der erheblichen Masse der Membran schlecht, so dass wiederum erhebliche Verstärkungen erforderlich sind, und daher keine Vorteile in dieser Beziehung gegenüber dem Kondpnsatormikrophon erzielt werden. Man hat nun versucht, die Übertragungbedingungen zu verbessern, indem man zwischen die Metallmembran und die Brustwand Kopplungsglieder eingefügt hat. Ein solches Kopplungsglied besteht beispielsweise aus Weichgummi. Es gelingt auf diese Weise, die Empfindlichkeit des Empfängers zu steigern, jedoch ergeben sich wenig definierte Verhältnisse. Durch das Kopplungsglied wird die Membran beim Aufsetzen auf die Brust mehr oder weniger stark durchgebogen.
Hiedurch ändert sich die Empfindlichkeit des Telephons stark. Überdies ist die rhythmische Bewegung der Brustwand im Rhythmus des Herzschlages beim direkten Aufsetzen eines solchen Empfängers so gross, dass der Empfänger bei normaler Justierung bereits elektromagnetisch übersteuert ist. Seine Empfindlichkeit ändert sich periodisch entsprechend der rhythmischen Annäherung bzw. Entfernung von dem Magnetsystem. Ein weiterer Übelstand ist die schwer übersehbare Änderung des Frequenzganges des Empfängers. Ein Gummipolster verschluckt nämlich die hohen Frequenzen, so dass eine starke Verfärbung der Schallphänomene eintritt.
Der neue Empfänger vermeidet diese Übelstände. Er besitzt als charakteristisches Merkmal ein mechanisches Aufnahmeorgan von relativ grosser Masse bei hoher Rückstellkraft. Ein solches Organ
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kann beispielsweise aus einer dünnen Metallfolie mit aufgesetztem zentralen, starken Eisenanker bestehen.
Die Membran besitzt einen kleinen Durchmesser von beispielsweise 20 mm und ist sehr stark gespannt. Die Spannung und das Gewicht des Ankers sind so bemessen, dass die Rückstellkraft, bezogen aus l mm
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Eigenton der Membran ergibt, der dem Empfänger die gewünschte Frequenz verleiht. Für den Empfang von Herzschall wird zweckmässig auf 1000 Hertz abgestimmt. Die Membran befindet sieh unmittelbar vor einem Magnetsystem, das zweckmässig konzentrische oder doch wenigstens auf einen engen Querschnitt zusammengeführte Polsehuhe besitzt, so dass das System günstig auf den Eisenanker arbeiten kann. Die Wicklung ist so bemessen, dass sie für die Zwecke der Verstärkung eine möglichst hohe Induktionsspannung liefert.
Sie besitzt beispielsweise 5000 Ohm Gleichstromwiderstand.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Rand der Membran 1 ist am Empfängergehäuse 2 befestigt. Sie wird mit Hilfe des Versehraubungsringes. 3 stark gespannt. Auf ihr ist der Anker 4 und mit Hilfe des Stiftes 5 der hohle Anlegekörper 5 befestigt. Der Magnet 6, zweckmässig aus Legierungen von Kobalt, Chrom, Eisen hergestellt, um sein Gewicht und Volumen klein zu halten, mit Polschuhen 7 trägt die Wicklung 8. Der Magnet sitzt in dem ringartigen, etwa aus Messing hergestellten Gehäuse 10, das vorn und hinten mit einer Schutzplatte verschlossen sein kann. Durch eine Öffnung 11 in den Deckplatten kann ein Riemen gezogen werden zur Befestigung und Aufdrücken des Gerätes auf dem zu untersuchenden Objekt.
Der Vorteil des beschriebenen Empfängers beruht darauf, dass er den Bedingungen des Bodenschalls günstig angepasst ist. Bei Bodenschall bzw. Körperschall stehen relativ grosse Kräfte bei kleinen Amplituden zur Verfügung. Man kann daher bei günstiger Ankopplung mit kleinen Verstärkungen auskommen, wodurch die Störungsfreiheit wächst und der Bereich der noch auflösbaren Schallphänomene nach unten erweitert wird. Verwendet man dagegen Luftschallempfänger, so sind die übertragenen Energien ungleich kleiner. Von besonderer Bedeutung ist der Umstand, dass durch die optimale Anpassung an die Bedingungen des Bodenschalls eine weitgehende Unempfindlichkeit gegen Luftschall erzielt wird, da ein Empfänger der beschriebenen Art praktisch schallhart ist.
Der beschriebene Empfänger erfüllt die oben gestellten Bedingungen. Wird er auf die Brust aufgesetzt, so ergeben sich keine Empfindlichkeitsbeeinflussungen, da Verbiegungen des Diaphragmas erst bei sehr hohen Auflegedrueken eintreten würden. Es ergibt sich durch die hohe RÜckstellkraft des Diaphragmas automatisch eine starke Amplitudenuntersetzung-mit Untersetzung ist die Umwandlung grosser Werte in kleinere Werte bezeichnet-derart, dass auch die periodischen Bewegungen der Brust von hoher Amplitude den Empfänger nicht übersteuern. Die Membran, die mit Hilfe eines starren Kopplungskörpers, der zweckmässig aus einem Aluminiumhohlkörper besteht, der direkt auf die Brust
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Das Magnetsystem des Empfängers hat dementsprechend einen sehr kleinen Abstand von dem Eisenanker.
Der Eisenanker ist mehrere Millimeter stark gegenüber einigen Zehntelmillimetern der normalen Telephonmembran, so dass er nicht magnetisch übersättigt ist und die Flussänderungen bei Bewegungen des Ankers in den Spulen möglichst gross werden. Gegen Luftschall ist der Empfänger weitgehend
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Masse des Systems relativ gross ist.
Der Empfänger hat ferner eine Eigenschaft, die ihn besonders für die Zwecke der Auscultation geeignet erscheinen lässt. Bei der Benutzung von frequenzunabhängigen Empfängern, besonders in Verbindung mit Oszillographen, werden die bei hohen Frequenzen liegenden besonders wichtigen Ge-
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Die Anforderungen an den Verstärker werden überdies durch diesen Umstand sehr hoch, weil der Verstärker bis zu den sehr beträchtlichen Amplituden der tiefsten Frequenzen übersteuerungsfrei arbeiten muss. Die so erhaltenen Oszillogramme sind mit dem subjektiven durch das Stetoskop gewonnenen Auskulatationsbefund nicht vergleichbar, da das Ohr wegen seiner starken Frequenzabhängigkeit im wesentlichen die höheren Frequenzen aufnimmt. Es hat sieh daher gezeigt, dass man einen Frequenzgang ähnlich dem des Ohres künstlich erzeugen muss.
Das ist an sich durch geeigneten Bau des Verstärkers möglich. Der neue Empfänger liefert dagegen automatisch einen besonders günstigen Frequenzgang.
Da die mechanischen Schwingungen durch induktive Wirkungen in elektrische Schwingungen umgesetzt werden, so ist der Empfänger ein Geschwindigkeitsempfänger. Seine Empfindlichkeit nimmt daher an sieh schon proportional mit der Frequenz zu.
Ein weiterer Anstieg der Empfindlichkeit nach hohen Frequenzen ist ausserdem durch die Lage der Resonanz gegeben, die für Herzsehallphänomene zweckmässig auf 1000 Hertz gelegt wird, für Lungen- sehall zweckmässig darüber, etwa auf 1500-2000. Natürlich kann auch bei dem neuen Empfänger eine
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Frequenzgang gegeben werden kann.
Der Empfänger ist auch in hohem Masse von äusseren elektrischen Störungen frei, da lediglich eine Niederfrequenzverstärkung selbst bis zum Verstärker metallisch gekapselt sein kann.
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Die Ausführung des Erfindungsgedankens ist in der mannigfaltigsten Weise möglich. So können insbesondere hochwertige Magnete aus Kobaltchromstahl zur Reduzierung der Dimensionen und des Gewichtes des Empfängers bei möglichst grosser Leistung benutzt werden. Die Polschuhe können konzentrisch angeordnet sein oder auch unter einem spitzen Winkel auf einen engen Raum zusammengeführt werden. Das mechanische Organ kann abweichend von der beschriebenen Ausführung auch aus einer besonders robusten Zunge bestehen, die sowohl einseitig angeregt werden kann als auch sich symmetrisch zwischen den Polen des Magnetsystems befinden kann.
Der beschriebene Empfänger kann selbstverständlich auch als Geber benutzt werden. Er stellt in diesem Falle ein günstiges elektromagnetisches Umwandlungselement dar, um Schwingungen bei kleiner Amplitude mit grosser Kraft zu übertragen, wie es für feste Medien zweckmässig ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektromagnetischer Empfänger oder Geber für Körperschall mit mechanischer Kopplung zwischen Medium und Diaphragma, insbesondere zur Aufnahme von Auskultationsphänomenen, gekennzeichnet durch ein Diaphragma sehr hoher Rückstellkraft (minimal 50 kg bezogen auf 1 mm Durchbiegung).