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Vorrichtung zur Ermittlung der Tonhöhe oder Tonstärke der von einer
Tonquelle erzeugten Schallenergie. Für akustische Messängen, die sich über einen
längeren Zeitraum erstrecken, ist eine Einrichtung erforderlich, die es gestattet,
einen Ton nach Höhe und Stärke zu jeder Zeit genau zu wiederholen. Ein - solcher
Fall liegt beispielsweise vor, wenn hei der Prüfung des menschlichen Gehörs die
zeitlichen Änderungen der Empfindlichkeit des Ohrs durch Messungen festgestellt
werden sollen. Es genügt zu diesem Zweck nicht, den Schallgeber, beispielsw
eise
eine Telephonmembran, in den verschiedenen Zeitpunkten in gleicher Weise anzuregen,
also die gleiche Membran in der gleichen Befestigung mit dem gleichen Strom in Schwingung
zu setzen, da schon der Einfluß der Temperatur eine genaue Wiedergabe des gleichen
Tones unmöglich macht. Durch Änderung der Temperatur würde die Weite des Fassungsringes
der Membran geändert werden, wodurch z. B. die genaue Wiedergabe der gleichen Tonhöhe
verhindert wird.
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Um eine genaue Wiederholung eines Tones nach Höhe und Stärke in jeder
Zeit zu ermöglichen, müssen Vorkehrungen getroffen sein, um bei jeder Wiederholung
des Tones die Tonhöhe und Tonstärke prüfen zu können. Zu diesem Zweck sind nach
der Erfindung in einem Gehäuse ein oder mehrere mechanisch erregbare Resonatoren
angeordnet, die durch die von der Tonquelle erzeugte Schallenergie in Schwingung
versetzt werden können. Außerdem ist eine Hilfsvorrichtung, z. B. eine durch eine
Glasplatte abgedeckte Schauöffnung sowie eine durch die Schwingungen der Resonatoren
in Wirkung zu setzende Stromschließvorrichtung oder eine Einstellvorrichtung zur
Bewegung verschiedener Resonatoren in eine _@rbeitsstellung und ein -Mikroskop zur
Beobachtung der Schwingungsweite des in die Arbeitsstellung gebrachten Resonators
vorgesehen, um die Schwingungen der Resonatoren außerhalb des Gehäuses überwachen
und hierdurch die Tonhöhe oder Tonstärke der Schallenergie feststellen zu können.
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Auf der Zeichnung ist die neue Vorrichtung in verschiedenen Ausführungsbeispielen
schematisch dargetellt.
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Abb. i ist ein senkrechter Schnitt durch die eine Ausführungsform
nach der Linie A-B der Abb. 2.
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Abb. 2 ist ein wagerechter Schnitt nach cler Linie C-D der Abb. i.
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Abb. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsforte
nach der Linie E-F der Abb. d..
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Abb. d. ist ein wagerechter Schnitt nach der Linie G-H der Abb. 3.
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Abb.5 veranschaulicht eine Einzelheit in wagerechtem, Schnitt nach
der Linie T-K der Abb. 3.
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Abb. 6 ist eine Draufsicht auf eine besondere Ausführungsform eines
Resonators.
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Abb. 7 ist eine Seitenansicht des Resonators nach Abb. 6.
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Abb. 8 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Resonatoren.
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Abb. 9 ist eine Seitenansicht der Resonatoren nach Abb. B.
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Abb. io veranschaulicht eine besondere Schwingungsart der Resonatoren
nach Abb. 8 und 9. Die in Abb. i und 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem
runden Gehäuse i, das am oberen Ende eine durch eine Glasplatte :2 verschlossene
Schauöffnung besitzt. An dieses Gehäuse ist unten ein zum Eintritt der Schallenergie
in das Innere des Gehäuses dienendes Rohr 3 und seitlich ein zum Austritt der Schallenergie
dienendes Rohr .4 angeschlossen. Das Rohr 3 steht mit einer beliebigen Tonquelle
in Verbindung, während das Rohr d. zur Verbrauchsstelle geführt ist. In - die Glasscheibe
2 ist exzentrisch zur Gehäusemitte eine Buchse 5 eingesetzt, die mit einer Gewindebohrung
versehen ist. Durch die Buchse 5 ist eine mit entsprechendem Gewinde versehene Spindel
6 hindurchgeführt. Die Spindel 6 ist am oberen, außerhalb des Gehäuses 2 liegenden
Ende mit einem Einstellknopf 7 versehen. An ihrem unteren, im Innern des Gehäuses
befindlichen Ende trägt die Spindel eine Platte 8, an der unter Zwischenschaltung
einer Isolierscheibe 9 eine Kontaktscheibe io befestigt ist.
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Im Innern des Gehäuses i ist an dessen Seitenwandung unter Zwischenschaltung
eines Isolierringes i i ein Metallring 12 befestigt. Auf diesem Metallring ist ein
Satz Resonatoren befestigt, die aus verschieden langen, in gleicher Höhe liegenden
Metallzungen i2° bis i2"' bestehen. Die Metallzungen sind radial zur Achse der Spindel
6 und somit exzentrisch zur Gehäusemitte angeordnet. Die kürzeste Zunge i2a und
die längste Zunge 12"' liegen einander diametral gegenüber. Die übrigen Zungen sind
abgestuft und so angeordnet, daß abwechselnd auf die kürzeste Zunge i2a entgegen
der Uhrzeigerrichtung die nächstlängste Zunge ub, in derUhrzeigerrichtung die nächstlängste
Zunge i2c folgt usf. Alle Zungen greifen über den Rand der Kontaktscheibe io. Erforderlichenfalls
können an der Unterseite der freien Enden der Zungen besondere Kontaktplatten vorgesehen
sein. Der Metallring 12 ist mit einem Leitungsdraht 13 verbunden. Ein zweiter Leitungsdraht
14 ist an ein isoliertes Metallstück 15 angeschlossen, auf dein eine die Unterseite
der Kontaktscheibe io ständig berührende Metallfeder 16 befestigt ist. Die beiden
Leitungsdrähte 13, 14 sind nach einer außerhalb des Gehäuses angeordneten, nicht
dargestellten elektrischen Signalvorrichtung beliebiger Art, z. B. einem Galvanometer,
und einer Stromquelle geführt. Am Knopf 7 ist ein Zeiger 17 angebracht, der sich
bei der Drehung dieses Knopfes über eine auf der Buchse 5 vorgesehene Gradeinteilung
bewegt.
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Wird die zu messende Schallenergie durch das Gehäuse i geleitet, so
gerät die der Tonhöhe der Schallwellen entsprechende Zunge, z. B. 1211, in Schwingung.
Durch Drehung des i Knopfes 7 wird die Scheibe io aufwärts bewegt, bis sie von der
schwingenden Zunge 12a
be#tirirt': wird. ' -'In diesem. Fälle "erfolgt
ein Stromschluß, so daß- die vorhererwähnte Signalvorrichtung im Wirkung gesetzt
wird.
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Sobald der- Durchgang der Schallenergie durch das Gehäusen unterbrochen
wird und daher die in Schwingung gesetzte Zunge in die Ruhelage gelangt, kann die
Scheibe io mittels des Knopfes 7 weiter aufwärts bewegt werden, bis sie die Zungen
i2a bis 12"'t, die 'sich nunmehr sämtlich in der Ruhelage befinden, berührt. In
diesem Falle wird ein Stromschluß herbeigeführt und daher die Signalvorrichtung
nochmals in Wirkung gesetzt. Durch Beobachtung der Stellung des Zeigers 17 in der
Höhenlage der Scheibe io, in der diese Scheibe mit der schwingenden Zunge in Berührung
gelangt, sowie andererseits in der Höhenlage der Scheibe, in der sie die ruhenden
Zungen berührt, kann die Schwingungsweite der in Wirkung gesetzten Zunge und somit
die Tonstärke der Schallenergie festgestellt werden. Durch die Glasscheibe 2 hindurch
kann beobachtet werden, welche Zunge in Schwingung gesetzt ist, wodurch die Tonhöhe
ermittelt wird.
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Bei der beschriebenen Einrichtung kann nur ein kleiner Teil der das
Gehäuse 2 durchströmenden Schallenergie ausgenutzt werden, um einen der Resonatoren
i2a .usw. in Schwingung zu setzen. Bei der Messung schwacher Schallenergien, um
die es sich besonders bei der Prüfung der Gehörschärfe handelt, ist vorteilhaft
die in Abb. 3 bis 5 dargestellte Einrichtung zu verwenden, bei der nahezu die vollständige
Schallenergie zur Erregung eines Resonators ausgenutzt werden kann.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 bis 5 ist in einem zylindrischen
Bleikasten 18 ein als Schallgeber dienendes Telephon i9 -angeordnet. Der Bleikasten
18 ist mittels Gummifüßen 2o auf dem Boden eines ihn einschließenden Gehäuses 21
angeordnet, das viereckig ausgebildet ist (vgl. Abb.4). Das aus dem Bleilasten herausragende
Schallaustrittsrohr 22 des Telephons ist mit einem Flansch -23 versehen. Mittels
des Rohres 22 und des Flansches 23 ist das Telephon i9 unter Zwischenschaltung von
Gummiringen 24 an der oberen Wand des Bleikastens i8. aufgehängt. Die beschriebene
Anordnung des Telephons hat den Zweck, eine Abgabe der Schallenergie durch die Wandung
des Kastens 18 bzw. des Gehäuses 21 hindurch nach außen zu verhindern. Die Telephonleitung
25 ist durch Bohrungen des Kastens 18 und des Gehäuses 21 nach außen geführt.
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Auf dem Bleikasten 18 ist ein zum Sammeln der Schallwellen dienendes;
kleineres zylindrisches Gehäuse 26 angeordnet, das mit zwei Flanschen 27 und 28
versehen ist. Oben an das Gehäuse 26 schließt sich eine Hülse 29 an, die mit einer
weiten, mit dem- Innern des Gehäuses 26 in Verbindung stehenden Bohrung
30 und einer engen Bohrung 31 versehen ist. In der zylindrischen Wandung,
des Gehäuses 26 ist eine Schallaustrittsöffnung 32 vorgesehen, während die Wandung
des die weite Bohrung 30 -enthaltenden Teils der Hülse 29 mit einer Schallaustrittsöffnung
33 versehen ist. Durch die Öffnung 32 gelangen die Schallwellen nach der noch zu
beschreibenden Prüfeinrichtung. An die Öffnung 33 schließt sich eine Leitung 34
an, die durch eine Öffnung 35 in der Wandung des Gehäuses 21 nach außen tritt und
zur Gebrauchsstelle, z. B. bei Gehörprüfungen zum Ohr, geführt ist.
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Damit stets die gesamte Schallenergie entweder zur Einstellung des
Tones nach Höhe und Stärke oder zur Prüfung des Gehörs verwendet werden kann, ist
die im folgenden beschriebene Vorrichtung zum abwechselnden Offnen und Schließen
der Öffnungen 32, und 33 vorgesehen. In der Bohrung 30 ist ein unten
offenes Rohr 36 drehbar angeordnet, das mit einer der Öffnung 33 entsprechenden
öffnung 37 versehen ist. Am :unteren Rande des Rohres 36 ist rechtwinklig ein Lappen
38 abgebogen, dessen freies Ende ebenfalls rechtwinklig nach unten gebogen ist und
einen an der zylindrischen Wandung des Gehäuses 26 gleitenden Abschlußschieber 39
bildet. Die Bewegung dieses Schiebers ist nach beiden Richtungen durch Anschläge
4o begrenzt. Am oberen Ende ist das Rohr 36 verschlossen und mit einer Spindel 41
verbunden, die in der Bohrung 31 drehbar ist, und deren nach außen ragendes Ende
einen Einstellknopf 42 trägt. Durch Drehen dieses Knopfes kann das Rohr 36 so eingestellt
werden, daß in der einen Endstellung dieses Rohres die Öffnung 33 durch -die Rohrwandung
bedeckt und die öffnung 32 vom; Schieber 39 freigegeben ist, während in der .anderen
Endstellung die Öffnung 37 sich vor der Öffnung 33 befindet und der Schieber 39
die Öffnung 32 bedeckt. Auf diese Weise kann der Austritt der gesamten Schallenergie
in der einen Endstellung des Rohres 36 durch die Öffnung 33 und in der anderen Endstellung
durch die Öffnung 32 erfolgen.
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Als Resonatoren dienen bei der in Abb.3 bis 5 dargestellten Ausführungsform
acht verschieden lange Blattfedern 43a bis 43k, die innerhalb des Gehäuses 21 angeordnet
sind. Jede Blattfeder, z. B. 43a, ist am freien Ende mit einer kleinen Glimmerplatte
44 versehen, die genügend groß ist, um die in nachfolgend beschriebener Weise auf
diese Glimmerplatte zu leitende Schallenergie möglichst vollständig aufzufangen.
Die Blattfedern sind an Stangen 45 angeordnet, die an einem auf dem Gehäuse 26 drehbaren
achteckigen.Körper 46 befestigt
sind. Der Drehkörper 46 trägt ein
Zahnrad 47, das in ein auf einer senkrechten Spindel 48 angebrachtes Zahnrad 49
eingreift. Die Spindel 48 ist am unteren Ende in einem auf dem Boden des Gehäuses
2i angeordneten Spurlagen 5o drehbar angeordnet und ragt mit seinem oberen Ende
aus dem Gehäuse 2 i heraus. Außerhalb dieses Gehäuses trägt die Spindel 48 einen
Knopf 5 i. Auf der Spindel 48 ist innerhalb des Gehäuses 2i noch ein zweites Zahnrad
52 befestigt. das mit einem auf einer Hülse 53 angebrachten Zahnrad 54 in Eingriff
steht. Die Hülse 53 ist auf der Hülse 29 drehbar und durch Stellringe 5 5 gegen
achsiale Verschiebung gesichert. Auf dem oberen, aus dem Gehäuse 21 herausragenden
Ende trägt die Hülse 53 eine mit einer Gradeinteilung versehene Scheibe 56. Die
Gradeinteilung wirkt mit einem ortsfest gelagerten, auf dem oberen Ende der Hülse
29 befestigten Zeiger 57 zusammen. Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß durch Drehen
des Knopfes 51 der Drehkörper 46, auf dem zylindrischen Gehäuse 26 mittels der Zahnräder
47,49 gedreht wird. Der Betrag der Drehung kann auf der mittels der Zahnräder 52,
54 einstellbaren Scheibe 56 abgelesen werden.
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Der Drehkörper 46 ist mit acht radial angeordneten, durch die Drehkörperwandung
hindurchgeführten Rohren 58 versehen. Die äußere Mündung des Rohres 58 liegt gegenüber
der Glimmerplatte 44 j e eines der Resonatoren 43a, 43b usw. Bei der Einstellung
des Drehkörpers 46 werden alle Rohre 58 und alle Resonatoren 43a, 43b usw. herumgeschwenkt.
Die Rohre 58 sind in gleicher Höhe wie die obenerwähnte Öffnung 32 angeordnet, so
daß bei der Einstellung des Drehkörpers 46 nacheinander jedes Rohr 58 vor die Öffnung
32 bewegt wird. Auf diese Weise -,werden die Schallwellen auf das Glimmerblatt
44 des zugehörigen Resonators, z. B. 43a, geleitet, und der Resonator wird
daher gegebenenfalls in Schwingung gesetzt.
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Durch den Deckel des Gehäuses 21 ist ein :Mikroskop 58 hindurchgeführt.
Dieses Mikroskop ist so angeordnet, daß die Glimmerplatte jedes in die Arbeitsstellung
gebrachten Resonators, z. B. 43a, unter das Objektiv, dieses Mikroskops gelangt.
An einem im Mikroskop angeordneten Okularmikroineter 59 kann die Schwingungsweite
des zu beobachtenden Resonators genau gemessen werden.
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Die in Abb. 3 bis 5 dargestellte Einrichtung kann wie folgt benutzt
werden: Zunächst wird durch Einstellung des Knopfes 42 die Öffnung 32 freigegeben
und dieÖftnung33 verschlossen. Die gesamte von dein Telephon i9 erzeugte Schallenergie
kann daher jetzt nur durch die Öffnung 32 aus dein Gehäuse 26 heraustreten. Mit
Hilfe des Knopfes 51 wird der Drehkörper 46 in Drehung gesetzt, bis der der gewünschten
Tonhöhe entsprechende Resonator, z. B. 43a, in die Arbeitsstellung gebracht
ist. Hierauf wird die Höhe des von dem Telephon erzeugten Tones bef gleichgehaltener
Tonstärke durch nicht dargestellte Mittel geregelt, bis durch das Mikroskop 58 das
'Maximum der Schwingungsweite des Resonators 4311 beobachtet wird, wodurch das Erreichen
der gewünschten Tonhöhe festgestellt wird. Alsdünn wird bei gleichgehaltener Tonhöhe
die Stärke des Telephonstrornkreises, beispielsweise mittels eines nicht dargestellten,
in diesen Stromkreis eingeschalteten regelbaren Widcrstandes geregelt und hierbei
durch Messung der Schwingungsweite des Resonators 43a mittels des Okularmikrometers
59 des Mikroskops 58 der Eintritt der gewünschten Tonstärke festgestellt. Ist auf
diese Weise die Schallenergie nach Tonhöhe und Tonstärke geprüft, so wird durch
Drehung des Knopfes 42 die i iffnung 32 verschlossen und die Öffnung 33 freigegeben,
so daß nunmehr die gesamte Schallenergie :nach der Verbrauchsstelle geleitet wird.
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Falls die Schallenergie, die nach der Verbrauchsstelle geleitet werden
soll, zu schwach ist, um die Resonatoren 43a, 43b usw. in Schwingung zu versetzen,
so muß die Schaltenergie zum Zwecke der Messung auf eine größere Stärke eingestellt
und zum Zwecke des Verbrauchs in einem bestimmten, jederzeit wieder leicht herstellbaren
Verhältnis geschwäehtwerden. Die erforderliche Schwächung der Schallenergie kann
durch eine Regelung des Telephonstromkreises, beispielsweise mittels des obenerwähnten
regelbaren Widerstandes, erreicht werden.
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Um die Schwingungsweite der Resonatoren leichter beobachten zu können.
kann das freie Ende jedes Resonators, z. B. 43a (Abb. 6 und 7), mit einer
Aussparung 6o versehen sein, über die ein feiner Quarzfaden 61 gespannt ist. Dieser
Faden wird durch eine Lichtquelle 62 beleuchtet, die in einem mit einer ( ffnung
65 versehenen. innerhalb des Gehäuses 21 (Abb. 3) angeordneten Gehäuse 66
untergebracht ist. Die Breite des durch den beleuchteten Faden 61 bei der Schwingung
des Resonators gebildeten Lichtstreifens kann mit Hilfe des vorher erwähnten Mikroskops
sicher festgestellt werden.
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An Stelle eines einfachen Resonators kann auch ein Schwingungssystem
verwendet werden, das aus zwei mechanisch miteinander gekoppelten Resonatoren besteht.
Eine derartige :Anordnung ist in Abb.8 bis io veranschaulicht. Zwischen dem in Schwingung
zu setzenden, die Glimmerplatte 4.4 tragenden Ende der Blattfeder 43" und einer
an dein Drehkörper
4.6 angeordneten Stange 63 ist ein Faden 64 mit
schwacher Spannung befestigt. Dieser Faden bildet, wenn der aus den Teilen 43' und
64 bestehende Resonator in Schwingung versetzt wird, j e nach der Tonhöhe einer
halben oder ein .ungerades Vielfaches einer halben Welle. Bei Beobachtung eines
Wellenbauches des Fadens durch das Mikroskop ist das sich darbietende Schwingungsbild
leichter ausmeßbar als das sich am beweglichen Ende der Blattfeder 43a darbietende
Schwingungsbild, weil die äußeren Begrenzungslinien des zu beobachtenden Schwingungsbauches
in der Mitte annähernd parallel liegen, während am beweglichen Ende der Blattfeder
die äußeren Schwingungslinien auseinandergehen. Ein weiterer Vorteil der Anordnung
nach Abb. 8 bis io besteht darin, daß das aus der Blattfeder 43' und dem Faden 64
gebildete Schwingungssysternri auf verschiedene Frequenzen anspricht. In Abb.8 und
io ist durch die Darstellung verschiedener Schwingungsknoten des Fadens 64 das Ansprechen
des Resonators auf verschiedene Obertöne eines Grundtones veranschaulicht. Auf dieseWeise
ist der Meßb'ereich der Einrichtung insofern vergrößert, als ohne Erhöhung der Anzahl
der Resonatoren die Prüfung auf eine größere Anzahl verschiedener Tonhöhen ermöglicht
ist.