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Verfahren zur 1Hessung von Schallenergien. Es sind Schallmethoden
bekannt geworden, bei denen die Schallwellen eine Membran in Schwingungen versetzen.
Die Größe der Membranbewegung dient dann als Maß - für die Schallenergie. Diese
Methoden besaßen große Nachteile. Z. B. übte die Membran stets, da sie während der
Messung in Bewegung war, eine Rückwirkung auf das Schallfeld aus. Weiter war die
Messung kleiner Schallenergien schwierig, da dann die Bewegung .der Membran nur
gering war. Vor allem aber komplizierten die Dämpfung und die Eigenschwingung der
Mebran Messungen, insbesondere solche über ein größeres Frequenzgebiet, in unzulässiger
Weise.
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Alle diese Nachteile werden erfindungsgemaß
durch
ein Kompensationsverfahreil verlllieden, mittels dessen eine Messtlllg selbst Kleiner
Schallenergien in absoluten Einheiten lllöglicli ist. Das lIeßverfahren besteht
darin, (1aß inan die Schallwellen auf ein Organ, beispielsweise eine --letallineilillrail,
fallen läßt und null die Schwingungen dieses Organs dadurch verhindert, (Maß man
in iedein Flächenelement des Organs in jedem _lugenblick eitle genau gleich große
Gegenkraft einwirken läßt. Die regelbare Größe dieser Gegenkraft ist ein absolutes
Maß für die Schallenergie. Ist beispielsweise (las Organ, auf das die Schallwellen
auftreffen, eitle Membran - aus einem magnetischen ,Metall, so kann nlan als Gegenkraftquelle
ein regelbares Wechselstronlniagnetfeld vorsehen, in dessen Wirkungsfeld (nie Membran
hei der -Iesstlilg angeordnet ist.
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Wählt man die Membran aus uninagnetischeni Metall, so empfiehlt sich
eine elektrische Gegenkraftquelle, zweckmäßig regelbarer echselstroin, der über
die Meinbran geleitet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb. i dargestellt. Ein
rechteckiges Metallband ist auf einen Isolator h, beispielsweise auf eiileHartgtinliniplatte,
aufgeklebt und zuin größten Teil unbeweglich. Etwa in der ,litte besitzt der Isolator
einen Durchbruch voll beliebig gestaltetem Umfang. Der über diesem Durchbruch liegende
Teil 11, die :Membran, liegt in einem in der Abbildung nicht dargestellten homogenen
Felde eines Permanentillaglleteil, dessen Kraftlinien parallel zur Meinbranel)ene
und senkrecht zur Längsrichtung des Bandes verlaufen. Schickt inan nun mittels der
Kleininklötze hl und h, einen Str(ini durch (las Band Mit, so werden elektromagnetische
Kräfte auf (las Band ausgeübt, deren Richtung senkrecht zur Membran 1I stellt. In
der ,Membran tritt daher in jeder Flächeileinheit eine gleich große Kraft auf, (legen
Größe voll der Größe der Membran, der magnetischen Fellstärke und der Stärke des
elektrischen Stromes abhängt. Alle drei Größen sind der 'Messung leicht zugänglich.
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Wird die -Membran null beispielsweise von siiltisf;irilligen Schallwellen
getroffen, so benutzt inan zweckmäßig einen sinttsförmigen Wechselstrom, dessen
Phase und Stärke inan leicht so einstellen kann, (Maß die von ihm an der ,Membran
hervorgerufenen sinusförinigen Druckschwankungeil die ebenfalls sinusförinigeil
Druckschwankungen des Schalls kompensiereil.
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Ist hingegen die altkommende Schallwelle nicht sinusfö rnlig, so wird
die Intensität ihrer Komponenten (furch Regelung des Stromes bestimmt.
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Für stärkere Scllalleil,ergien kann die Beobachtung der Membran mit
denn Auge geilügell. Handelt es sich indessen um genauere ,Messung, insbesondere
kleiner Intensitäten, s(7 empfiehlt e5 sich, die in Abb.2 dargestellte Anordnung
zu benutzen. Die' Membran dl, die wie in Abb. i ausgeführt ist, liegt in
dein Zweig CIl der an sich bekannten Brückenschaltung .-I B C h. Die Brücke
ist abgeglichen, wenn die Membran in Ruhe ist. Alle vier Zweige der Brücke wirken
als gleiche Ohmsche Widerstände. Wird null die 'Ieinbrall 11 von Schallwellen getroffen,
so ist das Gleichgewicht gestört, weil durch die lleinbranbewegung in dem Zweige
Ch eine zusätzliche elektromotorische Kraft bestellt, so (Maß in einem Telephon
T, (fas in an sich bekannter ''eise mittels eines Transformators Ti- all der Brücke
DB liegt, ein Ton hörbar ist. Zweckmäßig verwendet inan zur Erhöhung der
Genauigkeit noch einen Verstärker l'. Der Briiclceilspeisestroin wircIllu i so lange
geregelt, bis gerade kein Ton mehr iln Telephon hörbar ist. Der Kompensationsstrom,
der mit dein Speisestrom in Phase und dessen Stromstärke die Hälfte des Gesamtstrohes
ist, bietet dann ein absolutes Maß für die zu messende Schalleilergie.
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Dieses -Meßverfahren besitzt eine ausge-(lehnte Anwendbarkeit. Beispielsweise
können Untierwasserschallmessungen in dieser Weise ausgeführt werden, bei denen
zweckmäßig die Membran etwas stärker ausgebildet und mit einem isolierenden Anstrich
versehen wirr,. Weiter eignet es sich z. B. für Telephonuntersuchungen. Abb.' ä
zeigt eile Ausführungsbeispiel eines für diese Zwecke geeigneten Apparates, der
eitle betriebsmäßige Untersuchung erin;iglicht.
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Das zu prüfende Telephon Tp wird ztuläcIlst auf einen Gtiininiring
G aufgesetzt, der einerseits auf einem Plattenpaket lagert, (las aus drei verschiedenen
Sorten von Platten bestellt. Auf eine ,Messingplatte P., sind Eisenplatteil P1 abwechselnd
mit Filzplatten P_ aufgeschichtet. Das Plhttenpaket wird durch die schallisolierten
Bolzen B finit den Schrauben C zusammengehalten. ,Mittels einer nicht dargestellten
Zentriervorrichtung wird das Teleplloil luftdicht befestigt, so daß die Schallöffnung
genau über einem Gummirohr R liegt, (las in seinen Abmessungen (lein äußeren Gellörgang
entspricht Es führt durch (las Plattenpaket hindurch auf die auf dein als Block
ausgebildeten Isolat(-)r I. angeordnete Meinhran 11, die dein Trommelfell entspricht
und deren wirksamer Teil in dein homogenen Felde des Pernlanentma-neten
.-1 liegt. -Mittels der Klemmen h, und K_ wird ein "-echselstroin durch die
-leinbran ill geschickt. Hinter der -Membran ist entweder, wie in der Abbildung
dargestellt, luftdicht ein durch eine Bohrung des Isolationsblockes geführtes Hnrrollr
Il allgeschlossen,
durch das unmittelbar abgehört «erden
kann; ob die Membran in Ruhe ist, oder aber die Membran wird nach Art der Abb. a
in den Zweig einer Brücke gelegt, was vor allem bei der genauen Messung kleiner
Schallenergien zweckmäßig ist. Der ganze Apparat befindet sich in einem mit Filz
ausgelegten Kasten, aus dem nur die Stromzuführungen Z,. und Z, sowie das Hörrohr
H bzw. das Hörtelephon T heraustreten.
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Als Stromquelle kann dann beispielsweise ein Doppelgenerator dienen
mit zwei voneinander unabhängigen Ankern, deren Phasenverschiebung während des Betriebs
meßbar veränderlich ist. Die Messung erfolgt dann in der `leise, daß der eine Anker
der Maschine das zu prüfende Telephon Tp speist, wobei die Stromstärke auf den gewünschten
Wert eingestellt wird, während der in dem anderen Anker erzeugte Strom die Membran
M durchfließt. Werden nun die Klemmenspannung und die Phasenverschiebung des erstgenannten
Stromes gemessen und der die Membran durchfließende Strom so lange geregelt, bis
im Hörrohr H bzw. in dem Telephon T kein Ton mehr vernehmbar ist,
so läßt sich aus dem Scheitelwert dieses Stromes, der Feldstärke des Permanentmagneten
und der Größe der Membran wiederum .die Druckschwankung an der Membran bestimmen.
Statt des luftdichten Abschlusses mittels des Gummiringes G wird für manche Messungen
mit Hilfe von Distanzstückchen ein Luftspalt von etwa i mm hergestellt. Da die beiden
letztgenannten Größen Apparatkonstanten sind, so läßt sich leicht die Güte verschiedener
Telephone durch Verg1eich der unter sonst gleichen Biedingungen gemessenen Scheitelwerte
des Stromes vergleichen.