Akustische Einrichtung. Die Erfindung bezieht sich auf eine akn- stische Einrichtung, die als Sch.allaussender verwendbar ist. Sie bezweckt, der Einrich tung wenigstens für einen grossen Teil des Frequenzbereiches für Sprache und Musik einen hohen und im wesentlichen gleich mässigen 'irkungsgrad zu geben.
Gemäss der Erfindung besitzt die aku stische Einrichtung eine ebene, dünne Mem bran von solcher Grösse, dass dieselbe direkt als Schallaussender wirken kann. : Die.3Tem- bran ist. vorteilhaft so starb gespannt-, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit quer zur Membranebene verlaufender - Schwingungs wellen grösser ist als ein Viertel der Schä.ll- gesGhwindigkeit in der Luft und sich vor zugsweise dem Wert derselben nähert.
Die Membran wird vorzugsweise aus einem leich ten Material hergestellt, beispielsweise nus einer Legierung, .die hauptsächlich Alumi nium enthält. Bei einer speziellen, in vor liegender Anmeldung dargestellten beispiels weisen Ausführungsform .der Erfindung be- steht die Membran aus einer kreisrunden Blechplatte aus einer Aluminium-Mangan- legierung von 0,05 mm Stärke und 73 cm Durchmesser.
Der Rand dieser Platte ist mit einem Metallring verbunden, der die Platte unter einer Spannung von etwa 10 kg je Zentimeter hält. - Sie wird von einem elek- trodynamischen - System betätigt, dessen Spule sehr leicht ist und vorzugsweise mit der Membran an einer Stelle in Verbindung steht, die etwas ausserhalb der Membranmitte liegt.
Hierdurch wird .die Verzerrung ver ringert, die entsteht, wenn reflektierte Wel len die Antriebseinheit erreichen. _ Es wurde gefunden, ,dass ein Schallaus strahler dieser Art, wenigstens für einen grossen Teil des für Sprache und Musik in Betracht kommenden Frequenzbereiches einen im wesentlichen gleichmässigen Wirkungs grad besitzt. Dies ist, zum mindesten teil weise, auf die Wirkung der grossen Luft menge zurückzuführen, die bei niedrigen Frequenzen mit der Membran gekuppelt wird. Die Membran kann derart in einen Schrank eingesetzt werden, 4-ass diese Wir kung erhöht wird.
Es wurde auch gefunden, dass der Wirkungsgrad der Einrichtung ge mäss der Erfindung sehr hoch ist.
Die beigelegten Zeichnungen zeigen einige Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes.
Fig. 1 zeigt perspektivisch ein Ausfüh rungsbeispiel eines Schallaussenders gemäss rler Erfindung; Fig. 2 ist eine Rückansicht eines Sehall ausstrahlers, der aus dem in der Fig. 1. dar gestellten Schrank entfernt-ie Fig. 3 ist ein Schnitt nach- der Linie 3-3 ider Fig. 2; Fig. 4 zeigt perspektivisch und in grösse rem Massstabe die Antriebsspule der Mem bran;
Fig. 5 stellt ebenfalls in grösserem Ma-ss stabe einen Schnitt nasch der Linie 5-5 in Fig. 2 dar; .
Fig. 6 ist eine Rückansicht eines Scha.ll ausstrahlers, der eine Modifikation der Ein richtung nach der Fig. 2 darstellt; Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6;
,die Fig. 8, 9 und 10 zeigen teilweise im nicht ändert. Ein zweckmässiges ,Schnitt verschiedene Ausführungsformen einer Dämpfungseinrichtung, die in Verbin dung., mit .dem Schallaussender nach Fig. 6 und 7. verwendet wird; Fig. 11 zeigt schematisch eine geänderte Ausführungsform der Membran.
In & n Fig. 1 bis 5 ist 10 eine Membran, die nach allen Richtungen unter gleichmässi ger 'Spannung gehalten wird. Als Spann mittel für die Membran dienender Tragrah men- 11 und der Klemmring 12, der mittelst Schrauben 27 mit dem Rahmen verbunden ist. Rahmen und Ring sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches densel ben Ausdehnungskoeffizient wie das Mem- branmaterial hat, so dass die Spannung der Membran -bei Temperaturänderungen sich ist eine Legierung aus etwa 98,5 Aluminium und 1,5 % Mangan, welches Membranmaterial auf eine Stärke von etwa 0,025 bis 0,05 mm ausgewalzt ist.
Die obigen Zahlen für die Stärke sind nur spezielle Werte, Hauptsache-ist, - dass die Stärke weni ger als 0,125 mm ist. Eine solche Membran aus genannter Legierung hat sich sehr zweckmässig gezeigt, .doch können auch be friedigend wirkende--Membranen ,aus andern Materialien hergestellt werden, die ähnlich Eigenschaften wie die obige Legierung haben.
Es ist bei einer Membran von Wich tigkeit, dass ihre Masse klein und die Zug festigkeit gross ist, so dass die Membran, ohnc dass ihre Elastizitätsgrenze überschritten wird, bis zu einer solchen Steifheit ge- streckt werden kann, @dass .die Geschwindig keit der Schwingungen senkrecht zur Ebene der Membran wenigstens ein Viertel der Schallgeschwindigkeit in Luft- beträgt. Vor zugsweise wird die Geschwindigkeit .dieser Schwingungen gleich der Geschwindigkeit des Schalles in Luft gemacht.
Das erwähnt Material besitzt je Flächeneinheit eine B ringe Masse, die bei Material von etwa 0,125 mm Stärke etwa. 0,036 gr und bei Ma terial von 0,05 mm Stärke etwa 0,014 gr beträgt. Die Steifheit ist sehr gering, das heisst -las Material ist sehr biegsam, bevor es gestreckt wird. Die Steifheit wurde ermit telt, indem ein Streifen eines 0,125 mm dicken und zirka 25 mm breiten Bleches der art festgeklemmt wurde, dass ein zirka 25 mm langes Stück frei lag.
Darauf liess man eine gleichmässig verteilte Kraft längs des Ran des des Streifens gegenüber dem festgehal tenen Rand wirken, worauf die Biegung be obachtet wurde. Für Kräfte innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials betrub die Steifheit etwa 54,6 gr je Zentimeter Abbie gung. Auf Grund des geringen innern-Wi- derstandes dieses Materials wird praktisch keine Energie in der Membran selbst ver nichtet.
Geringer innerer Widerstand wurde auch bei andern Metallen beobachtet, wenn sie nicht über ihre Elastizitätsgrenze bean- sprucht wurden. Die geringe Masse und die hohe Span nung .der Membran ermöglichen dem Schall aussender, wirksam auf den Frequenzen des höheren Sprech- und Musikbereiches anzu sprechen. Es ist schon früher versucht wor den, Schallaussender mit stark gespannten Membranen zu verwenden. Die bis jetzt be kannten Einrichtungen dieser Art haben sich.
jedoch in der Praxis wenig brauchbar ge zeigt, - da in denselben die Frequenz- Ansprechcharakteristik im untern Teil des Frequenzbereiches nicht gleich war wie im höheren Teil.
Es wurde nun beobachtet, dass, wenn die Grösse der stark gespannten Membran in ausreichendem Grade erhöht wird; die Vorteile, die mit der hohen Span nung oder Streckung verbunden sind, noch vorhanden sind, und da.ss gleichzeitig die Membran gleichmässig über einen sehr aro- ss'en Teil des Bereiches der erwünschten Fre quenzen anspricht, wobei zugleich .der Be- reich-der untern Frequenzen sich nach unten zu bedeutend erweitert.
Dies scheint darauf zu -beruhen, .dass die grosse Membran mit einer Luftmenge gekuppelt ist, die imstande ist. .diese Erweiterung des Bandes der aus gestrahlten Frequenzen herbeizuführen, ohne dass die Kennzeichen für den obern Teil des Frequenzbereiches in ungünstiger Weise be- einflusst werden. Die Erweiterung .des Ban des an der Niederfrequenzseite ist vielleicht auch zu einem grossen Teil darauf zurück zuführen, dass die natürliche Grundfrequenz der Membran in der Luft auf Grund der Belastung, die die Luft in der Nähe der Membran darstellt, herabgesetzt wird.
Befriedigende Ergebnisse wurden mit einer Zugbelastung von etwa 7 kg je Zenti- meter -auf die Membran erreicht (wobei man eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleieh etwa die Hälfte .der Schallgeschwindigkeit in Luft erhält). Hierbei war der Durch messer .der Membran etwa 72,5 cm und ihre Fläche etwa 4125 .cm2. Dieser -Spannungs- grad liegt weit unterhalb der Elastizitäts grenze des Materials, welches eine Zug festigkeit von etwa. 13 kg je Zentimeter be sitzt.
Die Herabsetzung des untern Grenz punktes der Frequenz-Ansprech-Charak- teristik einer stark gespannten Membran der beschriebenen Art kann noch dadurch er höht werden, dass die Luft in der Fähe der Membran teilweise eingeschlossen wird. Man kann zum Beispiel, wie in Fig. 1 @darge- stellt, die Membran in ein Gehäuse einset zen, so dass zwischen Membran und Gehäuse ruck- bezw. vorderwand je ein keilförmiger Raum entsteht.
Gemäss Fig. 1. ist die im Schrank 13 angeordnete Membran 10 in eine -Rolz'Vsrand 29 eingesetzt, die mit .der senk rechten Ebene einen Winkel bildet: Die Membran kann dabei schräg zur Ebene der Holzwand 29 angeordnet sein. Schutz schirme 28, beispielsweise aus Seide, die von einem zweckmässigen Rahmen getragen wer den, sind in .den Öffnungen an der Vorder- bezw. an der Rückseite des Schrankes 13 angeordnet. Diese Schirme üben eine äusserst geringe, möglicherweise auch keine Wir kung auf die Frequenz-Ansprech-Ch.arak- teristik des fertigen Apparates aus.
Da durch, ;dass die Luft vor oder hinter, oder sowohl vor wie hinter der Membran teil weise eingeschlossen ist, scheint die Anord nung teilweise als ein Horn und teilweise als ein Leitkörper in der Ebene der Mem bran zu wirken. Wenn erwünscht, kann im Schrank Raum für eine Sprechmaschine oder für einen Radioapparat geschaffen werden, der in Verbindung mit dem Schä.ll- aussender benutzt werden kann.
Die untere Grenzfrequenz eines Schall aussenders mit einer Membran von 72,5 cm Durchmesser, die unter einer Spannung von etwa<B>7 kg</B> je Zentimeter steht, beträgt etwa 100 Perioden je Sekunde, wenn kein Leit- körper öder keine Schallkammer irgend wel cher Art verwendet wird. Diese Grenzfre- quenz kann um weitere 10 % herabgesetzt werden, wenn ein Leitkörper in der Ebene der Membran verwendet wird, oder wenn die Membran in einen Schrank von geringer Tiefe eingesetzt wird.
Ein Schallaussender mit einer Membran der beschriebenen Art, der in einen tieferen Schrank eingesetzt wird, beispielsweise in den in Fig. 1 gezeig ten, dessen offene Seiten 55 cm voneinander entfernt liegen, hat eine untere Grenzfre- quenz von etwa. 75 Perioden je Sekunde.
Einen Scha.llaussender mit einer untern Grenzfrequenz von etwa 250 Perioden je Sekunde erhält man, wenn man in freier Luft eine Membran benutzt, die eine Fläche von etwa 230 cm' hat und so stark gespannt ist, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit etwa ein Viertel der Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt (Spannung etwa 2.7 kg je Zentimeter).
Die Membran 10 wird mittelst einer elektrodynamischen Einheit 16 (Fig. 2) an getrieben, die von den Querteilen des Rah mens 11 getragen wird, welche vorzugsweise mit dem Rahmen aus einem Stück gegossen sind. Die Spule 19 (Fig. 5) der elektro- dynamischen Einheit 16 ist derart mit der Membran verbunden, dass diese nach einer kreisförmigen Linie betätigt wird. Die Spule ist zwischen den ringförmigen Pol flächen 20 und 21 angeordnet.
Die polari sierende Wicklung 22 ist innerhalb des hoh len, aus magnetischem Material bestehenden Gebildes angeordnet und füllt den grössten Teil .desselben .aus. Befriedigende Ergeb nisse wurden auch erreicht durch Verwen dung eines permanenten Kobaltstahlmagne- tes von ähnlicher Form wie der gezeigte Elektromagnet. Der permanente Magnet wird zweckmässig aus Lamellen zusammen gesetzt. Die magnetische Einrichtung hat eine solche Form, dass sich .der Raum zwi schen ihrer Aussenwand und dem angrenzen den Teil der Membran von der mittleren Öffnung nach aussen erweitert.
Die mittlere Öffnung in der magnetischen Einrichtung erweitert sich ebenfalls nach aussen nach Art eines Trichters. Durch diese Anordnung sol len die _N\'irkungen von eingeschlossenen, Resonanz hervorrufenden Luftkörpern ver :nieden werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Spule 19 aus einem dünnen Bandleiter hergestellt. Das Band ist vorzugsweise aus Kupfer, hat eine Stärke von etwa 0,05 mm und eine Breite von 0,35 mm und wird derart gewik- kelt, dass die Ebene .des Bandes senkrecht zur Spulenachse steht.
Die benachbarten Windungen des Bandleiters können vor oder nach der Aufwicklung der Spule dadurch voneinander isoliert werden, dass man das Band. mit einer dünnen Schicht einer Lösung- vo.n Bakelit in Aceton oder mit einem an dern zweckmässigen Isolationsmaterial ver-. sieht. Diese Schicht dient jedoch nicht nur als Isolation, sondern gibt der Spule nach der Trocknung eine gewisse Festigkeit.
Ein derartiges Isolationsmaterial nimmt so wenig Platz ein, dass der Luftzwischenraum zwi schen den Polflächen im wesentlichen von dem leitenden Material der Spule ausgefüllt ist, wenn diese zwischen die Polflächen 20 und 21 der magnetischen Einrichtung der elektromagnetischen Einheit 16 eingescho ben wird. Ein Streifen 30 aus geölter Seide oder aus einem andern leichten Stoff wird mit dem einen Rand an die Innenfläche der Spule geklebt. Der entgegengesetzte Rand des 'Streifens wird, wie aus Fig. 5 ersieht lieh, mit :der Membran verbunden und der Streifen wird mit einer Schicht der Bakelit lösung versehen, um seine Festigkeit zu er höhen.
Für eine Membran, die bis zu einem 7ewissen Grade gespannt ist, sind die Masse und die Grösse der antreibenden 'Spule wich tige Faktoren für .die Bestimmung der .obern Grenzfrequenz des Schallaussen.ders. Unter "oberer Grenzfrequenz" ist hier .diejenige Frequenz gemeint, bei welcher der Aus strahlungswirkungsgrad plötzlich von einem hohen auf einen verhältnismässig geringen Wert herabsinkt. Zwischen dieser obern Grenzfrequenz und der untern Grenzfre quenz ,des Schallaussenders ist der AusstralL- lungswirkungsgrad hoch und im wesent lichen gleichmässig.
Befriedigende Ergeb nisse wurden erzielt mit einer Spule, deren Durchmesser 5 .cm war. Die Gesamtmasse muss geringer als 5 gr. vorzugsweise etwa 1,4 gr, sein. Die Masse je Längeneinheit des Spulenumfanges muss somit geringer .als 0,36 gr je Zentimeter, vorzugsweise etwa 0,09 gr je Zentimeter, sein.
Es wurde ge- funden, da.ss die Masse der Spule, die für den Antrieb einer unter einer gewissen Span nung stehenden Membran dient, bis zu einem gewissen Grade erhöht werden kann, ohne dass die obere Grenzfrequenz des Schallaus senders sinkt. Dabei muss selbstverständlich die Grösse der Spule entsprechend gesteigert werden. Einen Schallaussender mit einer obern Grenzfrequenz von etwa 1050 Perio den je Sekunde erhält man durch .die Ver wendung einer Membran mit einer Spannung von etwa 2,2 kg je Zentimeter und einer An triebsspule, deren Durchmesser 5 cm und deren Gewicht etwa 5 -r beträgt.
Das Ver hältnis zwischen .der Spannung der Mem bran und der Masse .der Spule je LTmfangs- längeneinheit ist dabei etwa 8500. Zweck mässig wird eine Membran verwendet, -die unter einer Spannung von etwa 7 kg je Zentimeter steht. Die Spule hat dabei einen Durchmesser von 5 cm und ein Gewicht von etwa 1,4 gr. Ein derart bemessener Schall aussender hat eine obere Grenzfrequenz von etwa 5000 Perioden je Sekunde.
Die Enden 25 und 26 der Spulenwick- lllng werden in zweckmässiger Weise mit dem Klemmenblock 24 verbunden. Die Spule 19 wird zweckmässig an einer Stelle mit der Membran verbunden, die in einem gewissen Abstand von dem Membranzentruni liegt, so dass die vom Rand der Membran reflektierten Schwingungswellen die An triebseinheit nicht gleichzeitig erreichen. Wenn der Abstand zwischen der Membran mitte und der Spulenmitte etwa 1/l0 oder 2/1o so gross wie der Membrandurchmesser ge macht wird, so werden gute Ergebnisse er zielt.
Bei einer solchen Anordnung ist die Anzahl der 'Spitzen und Tiefen in ,der Fre- quenzansprcehkurve gering. Mit zunehmen dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der Membran und der Kurve nimmt die An zahl der Spitzen und Tiefen in .der An sprechkurve zu, aber .die Amplituden sinken bis -zu einem -gewissen Grade.
Es sind verschiedene Verfahren vorge schlagen worden; um die Membran am Rah men 11zu-befestigeri. - Ein .Verfahren,. das sieh als zweckmässig erwiesen hat, ist das folgende Eine Platte aus einer Aluminiumlegic- rung wird zwischen Klemmringen einge setzt, deren Innendurchmesser etwas grösser als die Aussendurchmesser des Rahmens 11 und des Ringes 12 ist. Die Klemmringe sind aus Eisen, Invarstahl oder einem an dern Material hergestellt, .dessen Ausdeh- ungskoeffizient im Vergleich mit dem Aus dehnungskoeffizient des Membra.nmaterials niedrig ist.
Die Ringe aus Invarstahl oder Eisen, sowie :die Membran werden jetzt in einen Ofen eingesetzt und auf eine hohe Temperatur gebracht, auf welcher sie einige Zeit gehalten werden. Darauf wird,die Tem peratur herabgesetzt und dabei die Membran unter Spannung gebracht, indem das Mein- branmaterial sich stärker zusammenzieht als die Klemmringe. Wenn .die Membran 10 ab gekühlt ist, wird der Rahmen 11 auf .die Innenseite der Eisen- oder Invarstahlringe gesetzt. Gleichzeitig wird der Klemmring 12 auf die Innenseite der zuerst erwähnten Ringe gebracht.
Der Rahmen 11 und der Ring 12 haben denselben Ausdehnungskoef fizienten wie ,das Membranmaterial. Nach dem sowohl der Rahmen 11 wie der Klemm ring 12 eingesetzt sind, werden .diese Teile miteinander und mit der Membran verbun den, zweckmässig mittelst Schrauben 27. Die Ringe aus Eisen oder Invarsiahl werden darauf entfernt und die Membran kann in die Trennwand 29 des Schrankes 13 einge setzt werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen einen 'Scha.llaus- sender, der sich von dem in den Fig.. 1 bis 5 gezeigten .dadurch unterscheidet, dass Mit tel vorgesehen sind, um Schwingungsenergie zu zerstreuen, die von dem Tragkörper -re flektiert wird, der den -Rand der Membran trägt. Für den Antrieb und für die Dämp fung der reflektierten Wellen in der Mem bran 47 werden zwei .gleiche elektrodyna- #,nische Einheiten 40 und 41 verwendet.
Diese Einheiten werden -von den Winkel stäben 34 und 35, sowie von den mit ihnen verbundenen. Querstäben 36 bis 39 getragen. Die beweglichen Spulen 42 und 43 dieser Einheiten sind derart mit der Membran 47 verbunden, .dass die Mittelpunkte der Spulen auf einem Durchmesser der Membran liegen und in gleichen Abständen von der Mem- branmitte angeordnet sind. Die Spulen lie gen zwischen .den ringförmigen Polflächen der Magnetkörper der Einheiten 40 und 41 und die Batterie 44 liefert Strom an die Po larisierungswicklungen 45 und 46 dieser Einheiten.
Eine elektromagnetische Sprech- maschine-oder ein Ra,dioempfangsapparat ist über die Verstärkereinrichtung 56 mit den Leitungen 51 und 52 der Spule 42 verbun den. Die Leitungen 53 und 54 der Spule 43 sind mit dem äussern Widerstand 57 verblin den, der vorzugsweise einen solchen Wert hat, -dass die Impedanz der elektrodynami schen Dämpfungseinheit 41 im wesentlichen ein reiner Widerstand ist. Die Impedanz der Einheit 41 ist ferner so gewählt, dass sie gleich der Impedanz der Membran ist in .dem Punkt, in welchem die 'Spule 43 befestigt ist.
Die Spule 43 in der Dämpfungseinheit 41 kann auch aus einem gesehlossenen, festen, metallischen Ring bestehen. In die sem Falle kann der äussere Widerstand 57 wegfallen. Der Widerstand des Metallringes und die Dichte des Überga.ngs-Kra.ftlinien- flusses bestimmen die -Dämpfung. Anstatt elektrodynamischer Einheiten können auch elektromagnetische oder andere Einheiten für-den Antrieb und für die Dämpfung der Membran benutzt werden.
In einigen Fällen ist es vorteilhaft, eine Dämpfungseinheit zu verwenden, die der Antriebseinheit ähnlich ist. In andern Fäl len kann es zweckmässig sein, andere'Dämp- fungsmittel zu verwenden. Solche Dämp- fungsmittel werden beispielsweise in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt. Gemäss Fig. 8 sind die entgegengesetzten Flächen eines porösen Materials 59 (beispielsweise Filz) mit einer Membran 60 und mit einem Tragkörper 61 verbunden.
Wenn die Membran schwingt, wird Luft abwechselnd in die Poren :des Materials hineingesaugt bezw. aus diesem berausgepresst ' und hierdurch und durch die Deformationsarbeit werden die Schwingun gen gedämpft, die diesen Teil der Membran erreichen.
Auch Fig. 9 zeigt eine Bremseinrieli- tung, welche zur Dämpfung der Schwingun gen einer Membran dient. Ein ringförmiger Teil 62 ist mit der Membran 63 verbunden und in eine Aussparung 66 im -Teil 64 ein gepasst, der mit einem Tragteil 65 verbun den ist. Wenn die Membran 63 schwingt, wird Luft in die Kammer<B>80</B> durch die Aussparung 65 hineingesaugt bezw. aus der Kammer herausgepresst. Hierdurch werden Schwingungen in dem Teil der Membran 63 gedämpft, der mit der Bremseinrichtung in Verbindung steht. In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, mehrere konzentrische.
ringförmige Teile und mehrere mit diesen zusammenwirkende Aussparungen zu ver wenden. Eine starke Dämpfung kann mit telst einer kleinen Dämpfungseinheit erzielt werden; wenn der ringförmige Teil und der mit :diesem zusammenwirkende Schlitz spi ralförmig sind.
Gemäss Fig. 10 ist ein zylindrischer Teil 67 mit einem Tragteil 68 derart verbunden. dass eine der ebenen Flächen. des Zylinder 67 parallel mit und in dichter Nähe der Oberfläche der Membran 69 liegt. Mittelst dieser Anordnung werden in ähnlicher Weise wie mittelst der Anordnung gemäss Fig. 9 die Schwingungen der Membran dadurch gedämpft, dass Luft durch den Zwischen raum zwischen Membran 69 und Zylinder 67 hinausgepresst bezw. eingesaugt wird.
Wenn indem Schallaussender eine kreis förmige Membran verwendet wird, die in der oben beschriebenen Weise angetrieben unc? gedämpft wird, so bewegen sich die in der Membran entstehenden Wellen in allen Rich tungen gegen .den unterstützten Rand der Membran und werden von dort wieder re flektiert.
Diese reflektierten Wellen gelangen in einen Brennpunkt, der innerhalb einer !,lei nen Fläche in der Membran liegt. In dieser Fläche sind Dämpfungseinrichtungen _ ange- ördnet, um die reflektierten Wellen abzti- dämpfen. Anstatt kreisförmiger Membranen können Membranen anderer Form benutzt werden, beispielsweise elliptischer Form, die in einem Brennpunkt angetrieben werden und 'bei welchen die reflektierten Wellen in die Nähe des andern Brennpunktes werden.
In diesem Punld iverde#i darauf die refleldierten Wellen abgedämpft:. Die Membran 70, die in der Fig. 11 schematisch gezeigt ist, hat einen Umfang, der aus Teilen von vier Ellipsen gebildet ist. die einen gemeinsamen Brennpunkt 71 be sitzen, in welchem die Membran angetrie ben wird, und ausserdem vier zugehörige Brennpunkte<B>72,</B> 73, 74 und 75 aufweisen, in welchen Dämpfungsmittel für die reflek tierten Wellen angebracht sind.
Die gestri chelten Linien 76 sollen andeuten, dass die Membran gleichwertig isl: mit vier Überein ander angebrachten Ellipsen, die einen (ye- meinsamen Brennpunkt besitzei!. Die Linien 7 7 stellen verschiedene Halbmesser einer kreisförmigen Schwingungswelle dar, die in dem gemeinsamen )Ve llenpunkt 71 entsteht. Diese Wellen werden von dem festen Rind der Membran reflektiert und gelangen als kreisförmige Wellen in den zugehörigen Brennpunkt.
Dies ergibt sich atis den fol genden Tatsachen: Dass der Weg vom ge- ineinsamen Brennpunkt zu irgend einem der zugehörigen Brennpunkte längs einer Linie senkrecht zur Wellenfront konstant ist; dass für jede Ellipse Geraden, die von einem be liebigen Punkt am. Umfang züi den beiden Brennpunkten gezogen werden, den gleichen Winkel mit- der Tangente in .diesem Punkt bilden; dass ,die Fortpflanzungsgeschwindig keit quergellender Wellen in jedem Punkt in der Membran dieselbe ist.
Wenn eine kreis förmige Membran, wie in Fig. 6 in einem Punkt .angetrieben wird, welcher - mit dein Zentrum nicht zusammenfällt, so werden die vom Umfang reflektierten Wellen nicht an einen Brennpunkt gelangen, wie bei der elliptischen Membran, sondern sich inner halb einer kleinen Fläche schneiden, in wel cher die Dämpfungsmittel zur )Virkung ge bracht werden.
Den beschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung liegt folgende Theorie zu grunde: @Yenn die Membran in Schwingung ver setzt wird, so ist praktisch keine Schneide wirkung zwischen benachbarten Flächenele menten vorhanden, die einen Widerstand ausübt, so dass quergehende Schwingungs energie zerstreut wird. Wenn die metallische Membran sehr dünn ist und aus einem Ma terial von geringer Dichte besteht, so ist in der Membran praktisch genommen keine Steifheit vorhanden, und die Mässe der Membran ist im Verhältnis zu der Luft- menge, .die die Membran bei niedrigen Fre quenzen in Bewegung setzt, sehr gering.
Bei geringen Schwingungsfrequenzen ist die wirksame Masse der Luft, die mit einer Membran gekuppelt ist, durch die folgende Formel gegeben: MA D3.
Hierbei ist die Dichte der Luft gleieh 0,00129 gr je Kubikzentimeter; D ist der Durchmesser der Membran in Zentimeter.
Für eine Membran mit einem Durchmes ser von 73 cm wird dann 11A=348 gr. Die Luftmasse je Flächeneinheit .der Membran ist also etwa. 0,000081 kg,"em2.
Die Masse je Quadratzentimeter der Membran selbst (das Membranmaterial hat eine Stärke von 0,05 mm) ist gleich der Mässe je Raumeinheit, multipliziert mit der Stärke, also 2,85 . 0,005 = 0,0144 er je Quadratzentimeter. Bei niedrigen Schwin gungsfrequenzen beträgt also die Masse je Flächeneinheit der Membran etwa 17 % der Masse ,der Luft, welche mit der Flächenein heit der Membran gekuppelt ist.
Die Spule, die vorzugsweise für den An trieb der Membran benützt wird, hat einen Durchmesser von etwa 5 :cm und ein Ge wicht von etwa 1,36 gr. Bei der Errechnung des Ausstrahlungswirkungsgrades des Schall aussenders für niedrige Frequenzen kann diese Spule vernachlässigt werden. Bei höheren Frequenzen ist aber die mit der Membran gekuppelte Luftmenge verhältnis mässig - klein, weshalb die Spulenmasse bei der Bestimmung der obern Grenzfrequenz des 'Schallaussenders ein wichtiger Faktor ist. Die obere Grenzfrequenz eines Schwin gungssystems ist eine Funktion des Verhält nisses zwischen der Steifheit und der Masse des Systems.
Die Steifheit des Schallaus senders ist proportional mit seiner Span nung. Die Masse des Schallaussenders bei hohen Frequenzen ist im wesentlichen gleich der Masse der Spule allein, und wenn die Membran derart gespannt ist, dass ihre Fortpflanzungsgeschwindigkeit etwa halb so gross wie die Schallgeschwindigkeit in Luft ist und die Spule ein Gewicht von etwa <B>1,36</B> gor hat, so ist die obere Grenzfrequenz etwa 5000 Perioden je Sekunde.
Da bei niedrigen Frequenzen der Steifheitsfaktor wieder proportional der 'Spannung ist, unter welcher die Membran steht, und da die Masse bei niedrigen Frequenzen im wesent lichen gleich der Masse .der mit der Mem bran gekuppelten Luft ist, so ist ,der untere Grenzpunkt von dem Flächeninhalt der Membran abhängig. Bei einer Membran, die unter einer solchen Spannung steht, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit gleich der Hälfte,der Schallgeschwindigkeit in Luft ist und die einen Durchmesser von etwa 73 .cm hat, liegt die Niederfrequenzgrenze etwa bei<B>1000</B> Perioden je Sekunde.
Wird die Spannung der Membran verringert, so dass dieselbe eine Fortpflanzungsgeschwin digkeit gleich etwa einem Viertel der Schall geschwindigkeit in Luft hat und wird gleichzeitig die Masse der antreibenden Spule auf etwa 5 gr erhöht, so erhält man eine obere Grenzfrequenz von etwa<B>1050</B> Perioden je 'Sekunde.
Die ausstrahlende Wirkung des Schallaussenders nimmt bei der Grenzfrequenz rasch ab, möglicherweise um etwa 10 Mertragungseinheiten, worauf sie weiter mit steigender Frequenz nur langsam abnimmt. Wird gleichzeitig :die Membran fläche auf etwa 290 .cm' herabgesetzt, so steigt die untere Grenzfrequenz bis zu etwa 250 Perioden je Sekunde.
Selbst-wenn befriedigende Ergebnisse er zielt werden können, wenn die Membran in der Mitte angetrieben wird, so hat es sich doch gezeigt, dass der Ausstrahlungswir kungsgrad des Schallaussen.ders für eineu weiten Frequenzbereich gleichmässiger wird, wenn die antreibende Einheit in einem ge wissen Abstande von der Mitte angeordnet ist. Dies ist möglicherweise darauf zurück zuführen, dass Schwingungswellen, die vom Rand der Membran reflektiert werden, nicht in einem Brennpunkt an der treiben den Einheit zusammentreffen, sondern in einer kleinen Flächeneinheit gesammelt wer den, die von der antreibenden Einheit ent fernt ist.
Weitere Verbesserungen der Fre- quenz-Anspreclicharakteristik des Schall aussenders wurden durch die Verwendung von Dämpfungseinrichtungen in dieser Flä cheneinheit erzielt, indem die hier zusam menströmenden, reflektierten Wellen da durch zerstreut wurden.
Wie erwähnt, soll die Impedanz :der für die Dämpfung der reflektierten Schwingun gen benutzten Mittel ein im wesentlichen reiner Widerstand sein. Ferner soll die Grösse dieser Impedanz gleich der Grösse der Impedanz des Schallaussenders in dem Punkte sein, in welchem die Dämpfungsmit- tel auf die Membran einwirken. Wenn dies der Fall ist, so findet eine maximale Dämp fung statt.
Ist der Widerstand des Dämp- fungselementes zu hoch oder zu niedrig, so gehen von diesem und von dem festgehal tenen Rand der Membran unerwünschte ZV el- lenreflektionen .aus. In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, mehrere in Phase mit einander arbeitende Antriebseinheiten zu verwenden. Hierbei dämpft jede der 1n triebseinheiten reflektierte Schwingungen, die in den übrigen Einheiten entstehen.
Die in den Zeichungen ,dargestellte Ein richtung wurde in der obigen Beschreibung als ein Schallaussender beschrieben, doch kann :dieselbe auch als Schalldämpfer be nutzt werden.