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Akustische Schwingungseinrichtung Die vorliegende Erfindung bezweckt,
die Technik der Schwingungseinrichtungen für Schallwellen von der Verwendung der
Membranen als elastische Organe zu befreien, indem sie durch Rohre, die durch Einschnitte
geschwächt sind, ersetzt werden, unter Benutzung der Resonanzmethoden durch Fortpflanzung
ähnlich denjenigen, welche durch O u d i n in der Technik der hochfrequenten Wechselströme
eingeführt worden sind, um die Schwingungswelle in Kontakt mit der Luft auf einen
Höchstwert zu bringen.
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In der 'Zeichnung sind einige- beispielsweise Ausführungsformen der
Erfindung schematisch dargestellt.
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Abb. i stellt das Prinzip des Elektromagneten mit Resonanz dar, dessen
Elastizität durch Rohre mit Einschnitten, z. B. in Form von schraubenförmigen Rillen,
erzeugt wird.
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Abb. z ist eine Einzelansicht eines solchen Rohres mit nur einer Rille.
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Abb.3 und q. sind Abänderungen des in Abb. z dargestellten Teiles.
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Abb. 5 und 6 zeigen das Prinzip der Resonanzeinrichtung von O u d
i n für die hohe Frequenz und die Resonanzerscheinung der elektrischen Leitung,
die in Viertelwelle schwingen. Abb.7 stellt die Anwendung der vorhergehenden Prinzipien
auf eine Lautzeicheneinrichtung mit nur einem Trichter dar, welcher gegebenenfalls
mit einem Resonanzgehäuse versehen ist.
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Abb. 8 ist ein Schnitt nach Linie 8-8 der Abb.7, bei welcher die elastischen
Rohre fünffach angeordnet sind, aber auch in irgendeiner anderen Anzahl vorgesehen
sein können.
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Abb.9 ist eine Abänderung der Abb. 7, in welcher der durch Resonanzstangen
getragene Resonanzkolben durch eine mit ihrem Mittelpunkt an einer beweglichen Armatur
befestigte Platte ersetzt ist, die vom Mittelpunkt nach dem Rande zu beinahe in
Viertelwelle schwingt. Das Resonanzgehäuse ist mit mehreren konzentrischen 'Zwischenwänden
versehen, die dazu bestimmt sind, in der Eintrittsebene des Trichters die Schwingungswellen
der verschiedenen Luftteile, denen die Platte ungleichmäßige Wellenbewegungen aufdrückt,
auszugleichen.
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Abb. io zeigt die Verbindung zweier symmetrischer Schwingungseinrichtungen
nach der in Abb.7 dargestellten Art, welche auf die Luftsäulen von symmetrisch angeordneten
Trichtern wirken. Es ist vorteilhaft, daß der
Abstand zwischen den
Achsen ihrer Austrittsöffnungen gleich einer halben Wellenlänge ist, damit die Interferenzwirkung
den Laut in Richtung parallel zu diesen beiden Achsen konzentriert.
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Man kann ebenfalls die Vorrichtung gemäß Abb.9 derart verdoppeln,
daß sie ein symmetrisches Ganzes bildet.
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Abb. i i und 12 sind Änderungen der Abb. 7.
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In den Abbildungen bezeichnet A einen Wechselstromgenerator,
B eine Drosselspule, T den Transformator, S die Erdung, E einen Funkenstrecker,
C einen Kondensator, L, Li, L2 Selbstinduktionsspulen, r, r
fiktive
Widerstände, gleichwertig der Wirkung der durch Entladungen entstandenen Verluste,
A die Länge der Lautwelle in der Luft; i das Joch eines Elektromagneten von beliebiger
Form; 2 die Armatur des Elektromagneten, gleichfalls von beliebiger Form; 3 eine
elastische zusammendrückbare Röhre, deren Elastizität durch Rillen oder ähnliche
Einschnitte erhöht worden ist; 4 schraubenförmige Rillen, welche in beliebiger Anzahl
mehr oder weniger tief (bis zur gesamten Dicke der Rohrwandung durchgehend) in dem
elastischen Rohr eingezeichnet sind; 4' beispielsweise Ausführungen von Einschrnitten,
welche die Rillen ersetzen; 5 ein festes Stück, welches das Magnetjoch i und gegebenenfalls
die elastischen Rohre 3 abstützt; 6 einen Querbalken, fest verbunden mit der Armatur
2, den Rohren 3 und den Stangen oder Röhren 7, die mit runden Vorsprüngen versehen
sind, deren freie Enden Resonanz ausüben. Die beschwerte Röhre trägt Massen T, welche
in Form von Ringen oder Absätzen, welche die Trägheit durch die Längeneinheit erhöhen,
verteilt sind; 8 einen starren Kolben, der aus einer mit Ansätzen versehenen Platte
gebildet ist und die Luftschwingungen in einem Resonanzgehäuse 9 oder in einem Trichter
io hervorruft; 9' und ro' Änderungen der Ausführungsformen 9 und io in punktierten
Linien gezeichnet; i i ein Befestigungsstück, welches den Querbalken 6 mit dem Mittelpunkt
einer biegsamen Platte 12, deren Ränder frei in Resonanz schwingen, vereinigt; 13
gerade oder gebogene 'Zwischenwände als Umdrehungskörper um die Achse einer Resonanzkammer,
die eine verschiedene Verdichtung der Lautwellen hervorruft, je nach der Stellung
der Platte 12, welche die Wellen erregt; 14 ein Haltestück für eine zweitrichterige
Schwingungseinrichtung, welches zugleich die Hülle 15 und die in der Mitte der Stangen
17 befestigten Stücke 16 festhält; an den Stangen 17 sind die Armaturen eines Elektromagneten
18 angebracht; i 9 die Wicklung eines Elektromagneten, welcher mit einer festen
Unterstützung, z. B. dem Haltestück 14, verbunden sein kann; 2o Hohlkörper, angebracht
am Tragbalken 6 für die Armatur 2 und an Ringen oder Tüllen 21, die die Hohlkörper
mit den Stangen 3 und 7 verbinden; 22 einen gegebenenfalls hinzugefügten und durch
eine Stange 23 (punktiert dargestellt) betätigten Stromunterbrecher. Die Stange
ist mit der Armatur 2 oder mit jedem anderen Teil der schwingenden Systeme fest
verbunden.
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In den Abb. 7 bis i i' ist der bewegliche Kontakt der Abb. i nicht
dargestellt. Bei der Erregung durch unterbrochenen Strom wird ein solcher Stromunterbrecher
in irgendeinem Punkte der schwingenden Organe hinzugefügt, indem man die in der
Klaxontechnik bekannten Vorrichtungen nachahmt.
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Wie Abb. i zeigt, besitzen die Schwingungsapparate einen Elektromagneten,
der nach den bekannten Verfahren angeordnet ist, d. h. im allgemeinen ein festes
Joch i und eine bewegliche Armatur 2 umfaßt, deren Beharrungsvermögen man durch
die Elastizität einer Membran auszugleichen sucht.
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Erfindungsgemäß ist die Membran durch elastische Rohre 3 ersetzt,
deren Enden mit dem Joch der Armatur fest verbunden sind. Die elastischen Rohre
bestehen aus einem Metall, das möglichst elastisch ist und die geringste Amortisation
darbietet; sie sind, wie Abb.2 und 3 zeigen, auf einen Teil ihrer Länge mit Aussparungen
oder mehr Oder weniger tiefen schraubenförmigen Rillen nach Art der Schraubengewinde
mit einem oder mehreren Gängen geringerer oder größerer Höhe versehen.
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Diese mit Rillen oder Einschnitten ausgerüsteten Rohre gestatten bei
Anwendung gleicher Kräfte eine größere Verlängerung oder Verkürzung als vollwandige
Rohre. Die Elastizität einer gewissen Anzahl Rohre, ähnlich denjenigen, welche die
in Abb. i dargestellten Teile tragen, kann derart geregelt werden, daß die Eigenschwingungsfrequenz
des Systems in Resonanz mit Schwingungs-oder Wechselfrequenz der Erregerströme des
Elektromagneten ist. Der Strom kann entweder ein durch eine Wechselstrommaschine
erzeugter Wechselstrom oder auch ein fortlaufend unterbrochener Strom sein, bei
welchem die Unterbrechung durch eine Schwingungsvorrichtung mit Kontakt, wie z.
B. die mit 22 bezeichnete Einrichtung, erfolgt, gemäß irgendeiner der bekannten
Arten, die in den elektrischen Klaxons mit schwingender Armatur verwendet werden.
In beiden Fällen kann eine andere Wicklung, die von einem in einer Batterie erzeugten
Gleichstrom durchflossen wird, hinzugefügt werden, um den
Elektromagneten
zu polarisieren oder um den Sättigungsgrad der Kerne zu erhöhen.
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Die Teile i und 2 aus blattartigem Eisen können auf einen Teil ihrer
Oberfläche durch autogene Schweißung in derselben Weise wie ihre Verbindung mit
den elastischen Rohren verdichtet werden.
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Die gewindeartig verlaufenden Rillen sind eine besondere Art von Einschnitten,
die in den Rohren zwecks Schwächung derselben angebracht sind, um ihre elastische
Kraft und demzufolge ihre Länge verringern zu können. Man kann jedoch auch jede
andere Art von gleichwertigen Einschnitten vorsehen. Das Rohr kann z. B., wie Abb.
3 zeigt, teilweise in Querrichtung durch regelmäßig verteilte Schlitze q.' geöffnet
sein, die symmetrisch angeordnet sind und von denen jeder nur .einen Teil des Umfanges
einnimmt. Derartige Schlitze verhindern Torsianswirkungen, welche plötzlich durch
die 'Zusammendrückungen und Ausdehnungen der Rohre gemäß Abb. 2 hervorgerufen werden.
Für diese letzteren verwendet man zweckmäßig und in gleicher Anzahl in jeder Schwingungsvorrichtung
Rohre mit rechts- und linksgängigen Schraubenlinien, damit ein Ausgleich der Spannungen
entsteht.
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In den Abb. 7 bis 12 sind sämtliche mit 3 bezeichneten Rohre solche
mit Einschnitten der einen oder anderen Art. Die Stangen 7 können gegebenenfalls
auch mit derartigen Rohren ausgerüstet sein, aber im allgemeinen sind dies besser
Stangen oder Rohre aus Metall mit verteilter Beschwerung, welche die in Abb. q.
dargestellte Form besitzen, d. h. zylindrische Rohre .oder Stangen, die in gewissen
Entfernungen aufgesetzte Ringe 7' oder durch Abdrehen einer Stange oder eines Rohres
größeren Durchmessers erzielte Vorsprünge besitzen.
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Diese durch derartige zusätzliche Massen beschwerten Stangen oder
Rohre stellen somit eine Aufeinanderfolge von leichten, äußerst elastischen und
schweren, starren Teilen dar und bieten für die Längsschwingungen eine geringere
Fortpflanzungsgeschwindigkeit und demzufolge eine kleinere Wellenlänge als diejenigen
mit gleichförmigem Querschnitt: Die beschwerten Stangen oder Rohre können somit
in der Fortpflanzung der Schallwellen dieselben Wirkungen erzeugen, welche in der
Telephonie die elektrischen Leitungen, die von P u p i n belastet sind, in der Fortpflanzung
der elektrischen Ströme hervorrufen. Man verwendet sie, wie folgt, als tönendeWellenerzeuger,
die in Resonanz ebenso frei schwingend sind wie in elektrischen Strömen von hoher
Frequenz die Resonanzeinrichtungen von 0 u d in. Das Oudinsche Resonanzprinzip
ist in einer seiner gewöhnlichen Ausführungsformen in dem Schema der Abb. 5 dargestellt.
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Ein Transformator T, der durch Drosselspulen B geschützt ist, belastet
mit hoher Spannung einen Kondensator C, welcher sich durch den Funkenstrecken E
entlädt. Der durch den Stromkreis C und L1 (Induktionsspule) gehende Hochfrequenzstrom
versetzt die Induktionsspule L2, welche eine verteilte Kapazität hinsichtlich der
Erde S darstellt, in zwangsweise elektrische Schwingung.
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Es besteht durch den Kondensator ein Zusammenhang zwischen dem StromkreisS,C,L2
und dem Stromkreis L1, E, C. Wenn der Wert von L2 passend gewählt ist, setzt
sich der erste Stromkreis in Resonanz mit denn zweiten, und es ergeben sich alsdann
Schwebungen, die durch die Verkupplung hervorgerufen werden und welche insofern
weniger empfindlich sind, wie diese schwächer ist. Es sei angenommen, daß derartige
Schwebung-en sich in den Lautzeichen erzeugen, welche somit eine charakteristische
Art haben. Die Spule L2 liefert an ihrem oberen Ende eine Energie, die in Form von
Entladungen abgegeben wird.
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Abb.6 zeigt ein ähnliches Prinzip in den Sendeleitungen der Wechselströme
mit hoher Spannung. Der Transformator T belastet die offene Luftleitung H an ihrem
rechten Ende, welche eine verteilte Kapazität hinsichtlich des Erdbodens darstellt.
Wenn diese Leitung ungefähr die Länge einer Viertelwelle hat, schwingt sie in Resonanz
mit der Frequenz des Wechselstromgenerators A und zerstreut infolgedessen eine ziemlich
bedeutende Energie an ihrem Ende durch Entladungen, welche Coronawirkung genannt
werden und welche ebenso Strom verbrauchen wie die großen verteilten Widerstände
y, y. Ordnet man dicht am Transformator einen großen Kondensator C und eine Induktionsspule
L an und stimmt den Stromkreis T, L, C auf Resonanz ab, wobei man die Länge der
Leitung ein wenig verändern muß, damit diese sich gleichfalls in Resonanz setzt,
so ist der Stromkreis H, C, S mit dem Stromkreis L, C durch den Kondensator
C zusammengeschaltet.
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Diese Anordnung sowie die gemäß Abb. 5 gestattet, eine stärkere Spannung
am Ende der Leitung als am Ausgang der Schaltungsorgane zu erhalten und eine größere
Energie in den Entladungen abzugeben.
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Man benutzt dieselbe Methode, um durch die Vorrichtungen der Abb.
7 bis 12 eine große Schwingungswelle des Kolbenorgans ä oder der Platte 12 zu erhalten,
welche die Schwingungen auf die Luft des Trichters fortpflanzt. Zu diesem Zwecke
schaltet man einen ersten Schwingungskreis, der durch
den Elektromagneten
und durch die elastischen Stangen 3 gebildet wird, welche diese beiden voneinandergespreizten
Teile fest zusammenhalten. Man erregt durch diesen geschlossenen Stromkreis einen
tönenden offenen Stromkreis, welcher entweder durch die Gesamtheit der Stangen 7
mit denn. an ihrem Ende befestigten leichten und starren Kolben 8 (Abb. 7, 8, i
o, i i und 1z) oder durch eine dünne Platte i z gebildet wird, welche zwischen ihrem
durch den Teil i i erregten Mittelpunkt und ihren freien Enden schwingt, wo sich
naturgemäß die größte ScUwingungsamplitude bildet (Abb.9).
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In sämtlichen Abbildungen ist der zweite tönende Schwingungskreis
mit dem ersten Stromkreis (Elektromagneten) durch einen Tei16 zusammengeschaltet.
Der Tei16 trägt den schwingenden Teil des Elektromagneten und vereinigt diesen Teil
fest mit den Rohren 3, welche das elastische Organ des .ersten tönenden Stromkreises
bilden. Die Rohre oder Stangen 7 können direkt oder indirekt fest an den Rohren
3 _ angebracht sein. Die Verbindung beider Teile kann sogar durch autogenes Verschweißen
erfolgen (Abb. i2). In einigen Fällen verwendet man, wenn es wünschenswert erscheint,
die gleichen Rohre 3 oder Stangen 7 für die Gesamtheit der beiden elastischen Systeme,
nämlich für den ersten und den zweiten tönenden Stromkreis. Diese Rohre können gegebenenfalls
ganz oder teilweise glatt sein, d. h. entweder von gewöhnlicher Bauart oder besser
nach Art der Rohre oder Stangen 3 und 7, durch welche die Länge der elastischen
Teile vermindert werden soll.
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Betrachtet man. z. B. die Abb. i z, so sieht man, _daß das Armaturstück
6 durch gewöhnliche oder mit Rillen versehene Hohlstangen zo mit den Zwischenstellen
der Stangen 3 und 7 verbunden ist. Diese der Abb. i i gleichwertige Anordnung bezweckt,
ebenso wie die letztere, sofort die Schwingungsamplitude der Armatur z zu erhöhen
und den Schaltungsgrad zwischen den tönenden Stromkreisen zu vermindern.