DE651418C - Elektromagnetischer Druckluftlautsprecher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Druckluft betriebenen Lautsprecher.

Der Luftgleichstrom, der bei Druckluftlautsprechern zur Schallübertragung benötigt wird, kann auf verschiedene Weise beeinflußt werden. Es ist' vorgeschlagen worden, die Regelung bzw. Drosselung des Luftstromes mit einer Vorrichtung vorzunehmen, die nur ein sehr kleines Wegstück steuert bzw. deren Ausdehnung in Richtung des geführten Luftgleichstromes sehr kurz ist. Als Regeleinrichtung kommen in diesem Fall Schneiden-, Loch- oder Gitterventile zur Anwendung, die den Vorzug haben, daß eine einfache Steuereinrichtung angewendet werden kann und nur geringe Massen für die Steuerung in Bewegung gesetzt werden. Bei Verwendung derartiger Ventile ist aber eine einwandfreie Wiedergabe nicht zu erzielen, weil die gesteuerte Weglänge des Luftstromes zu klein ist. Es bilden sich an den Steuerstellen starke Wirbel aus, wie sich aus der Schneidentheorie nachweisen läßt, so daß ein ständiges Zischen unvermeidlich ist.

Diese Nachteile werden bei anderen bekannten Lautsprechern dadurch vermieden, daß die Regelung des Luftstromes auf einer verhältnismäßig langen Wegstrecke erfolgt. Es läßt sich in diesem Fall eine laminare Strömung erzielen, falls der Durchmesser der geregelten Luftstrecke kleiner oder möglichst klein gegenüber ihrer Längenausdehnung ist. Die Regelung wird in der Weise vorgenommen, daß ein Gummischlauch, durch den die Luft strömt, im Takte der Sprache durch ge- '35 eignete Steuerorgane auf eine verhältnismäßig große Länge radial zusammengequetscht oder gedehnt wird. Der Nachteil dieser Ausführung ist, daß¹ sich nur geringe Luftmengen steuern lassen oder daß beim Parallelschalten zahlreicher Luftwege, um größere Leistungen zu erzielen, die Steuerorgane sehr schwierig zu betätigen sind, weil j«de Luftstrecke für sich gesteuert werden muß. Weiterhin sind für derartig atmende Ventile einwandfreie Abdichtungen praktisch nicht zu erreichen, ein Nachteil, der auch bei Zungenventilen eintritt, die im Leitungszuge der Luft angeordnet sind. Bei derartigen Anordnungen treten infolge der undichten Stellen Störungen als Zischgeräusche auf," da die Luft durch die undichten Stellen um die Steuerorgane herumströmt und diese anregt.

Weiterhin ist es bekannt, die Regelung des Luftstromes auf einer verhältnismäßig langen Wegstrecke dadurch zu erreichen, daß ein scheibenförmiges, mittels eines elektromagnetischen Systems angetriebenes Ventil, welches vor einer Leitfläche angeordnet ,ist, in der Mitte vom Luftstrom beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck ist der Teil der Leitfläche gegenüber der Mitte des Ventils-durchbohrt. Die Luft breitet sich, von einer radialen Hin- und Rückführung um das scheibenförmige Ventil abgesehen, praktisch nur in einer festen geraden Richtung aus. Auf der von der Leitfläche abgelegenen Seite des scheibenförmigen Ventils vor dem Eintritt der Luft in den

Trichter ist ein Raum vorgesehen, welcher möglichst groß sein muß, da bei einem Heranrücken der Begrenzungsflächen dieses Raumes an das scheibenförmige Ventil bei der radialen Rückführung der Luft zum Trichteranfang eine Steuerwirkung eintreten würde, welche der bei der radialen Hinführung entgegengesetzt ist. Es würde sich also kein Schall ausbilden. Aus der Theorie des an einen ίο Trichter angeschlossenen Systems mit Kompressionsraüm ist es bekannt, daß der Kompressionsraum vor dem Trichteransatz ein möglichst kleines Volumen haben soll, da sonst, die Abstrahlung, insbesondere der mittleren und hohen Frequenzen, verhindert wird. Bei den bekannten Ausführungen von Drucklvtftlautsprechern ist der große schädliche Raum zwischen Steuerorgan und Trichteransatz aus den vorher erwähnten Gründen außerordentlich nachteilig.
: Diese den bekannten . Ausführungen anhaftenden Mangel werden dadurch beseitigt, daß bei elektromagnetischen Druckluftlautsprechern mit scheibenförmigem Hubventil, welches eine Abdrosselung des Luftstromes an der Stelle der durch das Ventil hervorgerufenen Richtungsumleitung bewirkt, ohne jedoch' den Luftstrom ganz zu unterbrechen, gemäß der Erfindung eine Mehrzahl' teils der Luftzufuhr und teils der Luftabfuhr dienender, parallel- oder nahezu parallellaufender Kanäle auf einer Seite des sich auf die öffnungen der Kanäle zu und von diesen fortbewegenden Ventils angeordnet sind, wobei eine teilweise Abdrosselung des Luftstromes an der Stelle der Richtungsumkehr erfolgt.

Durch die Richtungsumkehr der Luft unmittelbar auf der einen Seite der Ventilfläche ist es möglich, selbst bei großen Leistungen mit kleinen Steuerorganen auszukommen, da die Luft lediglich an der Stelle der Umlenkung beeinflußt wird. Eine laminare Strömung wird nun dadurch erreicht, daß der Ventilhub vom Stillstand bis zur Betriebsstellung sehr klein ist, während die Luftwege, auf denen die Umlenkung während der Steuerung erfolgt, demgegenüber verhältnismäßig lang sind. Es sind somit bei einer Ausführung des Lautsprechers gemäß der Erfindung die Bedingungen für eine laminare Strömung erfüllt, so daß irgendwelches Zischen die Wiedergabe nicht stören kann.

Die senkrecht zur Richtung des Kanalluftstromes, welcher zur Zuführung der Luft zum Lautsprecher dient, angeordneten Luftführungskanäle sind als den Strom der Luft in einzelne dünne Schichten zerteilende FUh-' rungsstücke ausgebildet. Die Führ ungs stücke der Luftabführungskanäle sind in ihrer Ebene nach Exponentialfunktionen ausgebildet.

Durch die Unterteilung des Luftstromes in eine Reihe dünner Schichten, durch welche be- ;., wirkt wird, daß die Luft ihre Richtung um-"kehrt, wird in der gemeinsamen Drosselkam-. m<er ein Vorspanndruck erzeugt, welcher durch 'ein pneumatisches Ventil geregelt wird, .das "-' in die Atmosphäre mündet. Die aus der Drosselkammer ausströmende Luft expandiert exponential in eine gemeinsame Leitung, welche ihrerseits exponential in die freie Luft mündet.

Vorteilhaft werden das Antriebssystem und das Ventil so gebaut, daß das ganze Antriebssystem eine Eigenschwingung hat, welche an der oberen Grenze des wiederzugebenden Frequenzbandes liegt.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in drei Figuren dargestellt. Fig. 1 ist eine Seitenansicht, Fig. 2 in größerem Maßstab ein Schnitt nach II-II der Fig. 1. Fig. 3 zeigt die wesentlichen Teile des Lautsprechers auseinandergerückt.

ι ist die Ventilkammer, die in das kleinere Ende eines Exponentialhorns 3 einmündet und einen Ventilsitz 5 und Ventilkopf 7 enthält. Dieser Kopf ist mit dem vibrierenden Element der Antriebsvorrichtung 9 durch eine Stängel ι verbunden, die an einer Platte 19 sitzt, die einen biegsamen Teil 21 enthält. Zwischen- dem beweglichen Ende der Platte und der Grundplatte 17 liegt eine elastische Scheibe 23, die durch die Schraube 25 gegen die Platte angedrückt wird.

Zur Unterteilung des Luftstromes in die dünnen Schichten und zur Wiedervereinigung dieser Schichten in eine gemeinsame Exponentialleitung dienen die Platten 27, 29, 31 und 33, die eine Reihe von Luftkanälen bilden, die ihre Richtung in einer gemeinsamen Drosselkammer 35 umkehren, deren eine Seite durch den Ventilkopf 7 gebildet wird.

Die bevorzugte Gestalt der Scheidewände und die Stromrichtungen aus dem Einlaßrohr zur gemeinsamen Auslaßleitung erkennt man aus Fig. 3, wobei zu beobachten ist, daß die Platten 33 Stromlinienform haben.

Damit das Ventil 7 im Betrieb ausgeglichen wird, ist eine besondere Einrichtung vorgesehen. Diese Einrichtung besteht aus einer Auslaßleitung 39, die aus dem Ventilraum ins Freie mündet, durch welchen Raum unter Regelung durch ein einstellbares Ventil 41 so viel Luft austreten kann, daß dauernd hinter dem Ventilkopf ein etwas kleinerer Druck besteht als vor dem Ventilkopf.

Durch eine mit der Einlaßleitung 37 in Verbindung stehende Leitung 43 kann man den Einlaßluftdruck über ein nicht gezeichnetes Reduzierventil einstellen.

Zur Verhinderung von Eigenschwingungen des Ventils werden zweckmäßig Dämpfungs-

einrichtungen vorgesehen, bestehend aus-einer Gummiplatte 45, die mittels einer Platte 47 und Schraube 49 an das Ventil angedrückt wird. " ,

Das Spiel des Ventils gegenüber dem Ventilsitz wird zuerst durch den Kopf 53 der Schraube 49 und durch die Überwurfmutter 41 des Ausgleichsventils eingestellt. Das Ventilspiel ist im allgemeinen eine Funktion folgender Größen:

ι. Einlaßluftdruck, geregelt durch ein nicht gezeichnetes Reduktionsventil.

2. Vordruck, der sich in der Ventilkammer unter Regelung durch das Ausgleichsventil aufbaut.

3. Der durch die Dämpfungseinrichtung unter Regelung der Schraube 53 erzeugte Druck.

4. Die Einstellung des Ankers, geregelt durch die Schraube 25.

Die Kombination dieser Einstelleinrichtungen ergibt ein optimales Arbeiten über einen großen Bereich von Luftdrucken und einen so elastischen Lautsprecher, daß er gleich gut bei Drucken arbeitet, die zwischen null und mehreren Atmosphären liegen.

Die Wirkungsweise der gesamten Einstelleinrichtung erkennt man am besten, wenn man das Arbeiten jeder einzelnen Einstellung besonders betrachtet und dabei berücksichtigt, daß die Steifheit des vibrierenden Systems in hohem Maße der komprimierten Gummischeibe zuzuschreiben ist, die den' Ventilkopf bedeckt.

Wenn kein Einlaßluftdruck vorhanden ist, liegt das Ventil auf -seinem Sitz auf und der Anker der Antriebsvorrichtung befindet sich außerhalb der Mittelstellung. Durch Zulassen von Einlaßluftdruck in die Ventilkammer wird das Ventil von seinem Sitz etwas angehoben, und der Anker gelangt in seine Mittelstellung. Der Sprechstrom verursacht eine Ablenkung des Ventilkopfes um einen geringen Betrag.

Im Betrieb wird Luft mit einem Druck von einigen Atmosphären einer nicht gezeichneten Hilfsdruck- oder Ausgleichskammer zugeführt, die neben der Einlaßleitung 37 liegt und den Einlaßdruck annähernd konstant halten soll.

Wie die Pfeile in Fig. 2 und 3 erkennen lassen, teilt sich der eintretende Luftstrom in eine Reihe dünner Schichten, die in die Ventilkammer fließen, dort ihre Richtung umkehren und nach außen zu dem Horn fließen.

Das durchschnittliche Spiel zwischen dem Ventil und seinem Sitz, das etwa 0,025 mm beträgt, ist beträchtlich "kleiner als die Dicke ' einer der Luftschichten, und: es hat infolgedessen die Luft in der Ventilkammer eine größere Geschwindigkeit als in den durch die Platten 29 bis 33 bestimmten Kanälen. Dieses Ventilspiel kann, wie oben erwähnt, durch pneumatische und mechanische Mittel eingestellt werden.

Bei geringen Einlaßdrucken wird das Ausgleichsventil auf eine' bestimmte Öffnung eingestellt, während es, wenn ein sehr hoher Einlaßdruck verwendet wird, ganz geschlossen werden kann. Dieses Ausgleichsventil gestattet eine ideale pneumatische Einstellung des anfänglichen Ventilspiels und der Gleichstromkompftnente der Luftströmung.

Eine andere Funktion der Ausgleichsventileinstellung ist die Unterdrückung von Selbstschwingungen, indem eine geringe Verdrehung der Einstellschraube schon die Selbstschwingung zum Aufhören bringt. In erster Reihe wird jedoch diese Selbstschwingung durch die Gummischeibe 45 unterdrückt, die vermittels der Schraube 53 und der Gegenscheibe 47 gegen die ganze Rückseite des Ventilkopfes angedrückt wird. Man kann auch die Selbstschwingungen dadurch unterdrücken, daß man in die Ventilkammer hinter den Ventilkopf Luftpulsationen einführt, die aus der Eingangsleitung abgezweigt werden und deren Phasen durch geeignete Vorrichtungen um i8o° verschoben werden.

Wenn man das Ventil vibrieren läßt, wird der Luftstrom im Ventilraum proportional zur Bewegung der» Platte abgedrosselt, aber niemals vollständig zum Stillstand gebracht. Das Drosseln verlangt nur einen kleinen Aufwand an Kraft, da das Ventil teilweise durch den Rückdruck ausbalanciert ist, der durch das Ausgleichsventil 41 bestimmt wird/ da der Luftstrom durch die Ventilkammer sehr hohe Geschwindigkeit hat. Infolgedessen kann man mit dem Lautsprecher gemäß der Erfindung eine große Lautstärke ohne jegliche Verzerrung erhalten, wobei der Betrag der ausgestrahlten akustischen Leistung ein Vielfaches der elektrischen ist, die zur Betätigung des Antriebsmechanismus erforderlich ist.

Von den prinzipiellen Vorteilen der vorliegenden Erfindung seien folgende aufgezählt:

1. Der Ventilmechanismus benötigt keine Quereinstellung. Das bekannte Parsons-Ventil verlangt eine sehr sorgfältige Quereinstellung, damit die rechteckigen Stäbe des rostförmigen Ventilkopfes und die Schlitze des Ventilsitzes zueinander richtig eingestellt werden.

2. Infolge der verhältnismäßig langen Droiselwege rührt die Drosselwirkung des vorliegenden Ventils bei laminarer Strömung in der Hauptsache von dem inneren Reibungswiderstand der Luftteilchen (Zähigkeit) her, im Gegensatz zu dem vorherrschend turbulenten Luftflußwiderstand beim Parsons-Ventil, durch den ein großer Energieverlust

bedingt ist. Die Modulation einer Luftströmung durch Änderung eines Widerstandes mit innerer Reibung der Luftteilchen ergibt eine bessere Tonqualität als eine Modulation durch Änderung eines turbulenten Widerstandes.

3. Die Belastbarkeit des vorliegenden Ventils ist größer als bei den bisherigen.

4. Durch richtige Einstellung des Ventilspiels kann man den Luftverbrauch wesent-

•10 Hch kleiner machen als bei den bekannten Konstruktionen.

5. Der Ventilkopf ist von einer sehr widerstandsfähigen Konstruktion im Gegensatz zu den bisher bekannten Gitterkonstruktionen.

6. Das Ventil und sein Sitz kann den verschiedenen Zwecken leicht angepaßt werden. Man kann das Ventil, mit einer Reihe von geraden oder kreisförmigen Kanälen beliebiger Form versehen und die Enden der Scheidewände 29 bis 33 diesen Kanälen anpassen.

7. Das Ventil ist billig.

8. Die Anordnung von Ausgleichs- oder Vorspannu'ngseinrichtungen. Wenn das Ventil gemäß der Erfindung im Freien betätigt wird, so daß- also der Atmosphärendruck nur auf die Rückseite des Ventilkopfes wirkt, würde der Luftdruck das Ventil vom Sitz abheben. Durch Einführen eines einstellbaren Druckabfalls zwischen der Hochdruckseite des Ventils und seiner Rückseite kann man die resultierende Kraft, die das Ventil vom Sitz abzuheben sucht, so einstellen, daß das Ventil in der Stellung gehalten wird, wo die Sprechwirkung am besten ist.

9. Wenn durch den primären Luftstrom das Ventil zur Eigenschwingung angeregt wird,

- kann durch die Einstellung eines entsprechenden Druckes in der Ventilvorspannkammer diese Schwingung gedämpft bzw. vermieden werden..

ιθ. Die Anordnung der einstellbaren Dämpfungsplatte am Ventil verhindert das Ventil an Selbstschwingungen.

11. Man kann eine maximale akustische Abstrahlung erhalten, da es keine Schwierigkeiten macht, eine Leitung zu konstruieren, deren Querschnitt von der Drosselöffnung bis zur Mündung des Horns exponential zunimmt.

12. Das Ventil kann bei höheren Luftdrucken, als bisher üblich, betrieben werden und ist infolgedessen selbstreinigend.

Claims (8)

1. ₅- Patentansprüche:

   i. Elektromagnetischer Druckluftlautsprecher mit scheibenförmigem Hubventil, welches eine Abdrosselung des Luftstromes an der Stelle der durch das Ventil hervorgerufenen Richtungsumleitung bewirkt, ohne jedoch den Luftstrom ganz zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl teils der Luftzufuhr, teils der Luftabfuhr dienender, einander parallel oder nahezu parallel verlaufender Kanäle auf einer Seite des sich auf die - öffnungen der Kanäle zu und von diesen fortbewegenden scheibenförmigen Ventils angeordnet sind, wobei eine teilweise Abdrosselung des Luftstromes an der Stelle der Richtungsumkehr erfolgt."
2. 2. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Richtung des Kanalluftstromes angeordneten Luftführungskanäle als den Strom der Luft in einzelne dünne Schien¹ ten zerteilende Führungsstücke ausgebildet sind, von denen die Führungsstücke der Luftabführungskanäle in ihrer Ebene nach Exponentialfunktionen durchgebildet sind.
3. 3. Lautsprecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Luftstrom steuernde Ventil in einer Druckkammer angeordnet ist.
4. 4. Lautsprecher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer mit einem Ausgleichsventil zur Einstellung des Spiels des den Luftstrom steuernden Ventils, versehen ist.
5. 5. Lautsprecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsventil so eingestellt ist, daß nur so viel Luft austreten- kann, wie erforderlich ist, um dauernd hinter dem Ventilkopf einen etwas kleineren Druck zu erhalten als vor -dem Ventilkopf des den Luftstrom steuernden Ventils. ·
6. 6. Lautsprecher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem den Luftstrom steuernden Ventil eine einstellbare Dämpfungsvorrichtung vorgesehen ist.
7. 7. Lautsprecher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung mittels einer Schraube gegen die Rückseite¹ des den Luftstrom steuernden Ventils drückbar angeordnet ist.
8. 8. Lautsprecher nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mjt dem den Luftstrom steuernden Ventil zusammenwirkende Antriebsvorrichtung derart gelagert ist, daß die Eigenschwingung des Steuersystems, welche zweckmäßig an der oberen Grenze des Hörbereichs liegt, einstellbar ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen