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Schwingungsgebilde für elektroakustische Wandler Die Erfindung betrifft
eine besondere Ausgestaltung von Schwingungsgebilden für elektroakustische Wandler.
Das Schwingungsgebilde eines elektroakustischen Wandlers besteht bekanntlich aus
zwei Massen, die miteinander durch eine Elastizität verbunden sind und auf Grund
irgendwelcher Erregung, beispielsweise magnetostriktiver oder elektromagnetischer
oder sonstiger Art, gegeneinanderschwingen. Hierbei wirkt der Schwinger normalerweise
als Schwinger nullter Ordnung, wobei sich beide Massen geradlinig und parallel zu
sich selbst abwechselnd aufeinander zu und voneinander fortbewegen. Sofern das Schwingungsgebilde
jedoch die geringste Unsymmetrie aufweist, wirkt er außerdem als Schwinger erster
Ordnung, wobei sich der eine Rand jeder Masse vorwärts bewegt, während sich der
andere gegenüberliegende Rand rückwärts bewegt, und umgekehrt. Zwischen beiden Rändern
bildet sich dabei ein Schwingungsknoten aus.
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Die Schwinger nullter und erster Ordnung sind bei den bekannten Schwingungsgebilden
genau auf die gleiche'Frequenz abgestimmt, die durch die Gesamtmasse und die Elastizität
bestimmt ist. Ist nun einerseits der elektroakustische Wandler darauf berechnet,
als Schwinger nullter Ordnung ausgenutzt zu werden, und wirkt er anderseits infolge
irgendeiner Unsymmetrie auch als Schwinger erster Ordnung mit der gleichen Frequenz,
so
bildet sich eine gekoppelte Schwingung aus, die die Amplitude des Schwingers nullter
Ordnung herabdrückt und den Wirkungsgrad des elektroakustischen Wandlers vermindert.
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Es sind bereits Schwingungsgebilde für Schallempfangsapparate bekanntgeworden,
bei denen die Membran mit besonderen Versteifungen durchzogen ist, wodurch das Wirken
des Schwingungsgebildes als Schwinger erster Ordnung unterdrückt werden soll. Die
Resultate waren bei diesen bekannten Anordnungen jedoch nicht befriedigend.
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Bei den bekannten, Kolbenschwingungen ausführenden Schwingungsgebilden
für elektroakustische Wandler, deren Elastizität über eine größere Fläche verteilt
ist und aus mehreren Einzelelastizitäten besteht, wird nun gemäß der Erfindung der
geschilderte Übelstand dadurch vermieden, daß sie als Schwinger nullter und erster
Ordnung auf verschiedene Frequenzen abgestimmt sind.
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An Hand der Zeichnung, in der eine Ausführungsform der Einrichtung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt ist, sei der Erfindungsgedanke näher
erläutert.
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In Abb. i ist ein magnetostriktiv erregbarer Schallschwinger bekannter
Bauart dargestellt. i bedeutet eine den Schall abstrahlende Masse, die auf zwei
durch eine Spule erregbaren, als Elastizitäten wirkenden Stäben 3 und .I ruht. Auf
der anderen Seite der Stäbe 3 und 4. ist eine Gegenmasse 5 angeordnet.
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Die zu dem in der Abb. i dargestellten Schwinger gehörige Resonanzkurve
ist in Abb. 2 dargestellt und mit 6 bezeichnet. Es hat sich nun herausgestellt,
daß sich oftmals, nämlich bei niedrigen Erregungen des Schwingers, nicht die Resonanzkurve
6, sondern eine in Abb. 3 dargestellte Kurve 7 ausbildet. Die Kurve 7 ist die Frequenzkurve
einer gekoppelten Schwingung mit drei Maxima und kommt dadurch zustande, daß zwischen
den Stäben 3 und 4 gewisse zufällige Unsymmetrien auftreten, deren Wirkungen sich
derart während des Betriebs aufschaukeln, daß die Platte i in zwei gedachte Abschnitte
8 und 9 zerfällt, welche mit gleicher Frequenz, aber in entgegengesetztem Sinne
schwingen und auf diese Weise eine Knotenlinie in. der Mitte der Platte zur Ausbildung
bringen.
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Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, den Schwinger derart auszubilden,
daß auf jeden Fall die Schwingung, die er als Schwinger erster Ordnung ausführt,
die in dem Gegentaktschwingen der Abschnitte 8 und 9 besteht, von der eigentlich
gewollten Schwingung, die er als Schwinger nullter Ordnung ausführt, verschieden
ist. Dies kann grundsätzlich entweder dadurch geschehen, daß die Elastizitäten beispielsweise
von der Mitte des Schwingungsgebildes aus zum Rand hin verschieden ausgebildet werden
oder daß die für die Schwingung maßgebliche Masse längs der Stirnfläche ungleichmäßig
ausgebildet wird. In dem Ausführungsbeispiel, welches nur zwei Elastizitäten, nämlich
die Stäbe 3 und .I, aufweist, ist man darauf angewiesen, insbesondere die Masse
von der Mitte zum Rande hin verschieden zu wählen. Es ergibt sich hierbei gemäß
der Erfindung die in Abb. d. gezeigte Form der Masse i, welche eine dachförmige
Gestalt aufweist, wodurch der Schwinger erster Ordnung auf eine höhere Frequenz
als in nullter Ordnung abgestimmt ist.
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Die hierzu gehörige Resonanzkurve ist in Abb. 5 als gestrichelte Kurve
io dargestellt, welche zwei weit auseinanderliegende Maxima verschiedener Höhe aufweist,
die einander nicht mehr stören, sondern nur eine geringe Verschiebung des gewollten
Maximums der Kurve 6 ergeben. Die Abstimmung des Schwingungsgebildes muß gemäß der
Erfindung derart bemessen sein, daß die Verschiebung des Hauptmaximums der Kurve
io gegenüber der Kurve 6 innerhalb der zugelassenen Fehlergrenzen liegt. Gegebenenfalls
kann von vornherein die Gesamtmasse derart gewählt sein, daß die zu einem abgedachten
Schwingungsgebilde gehörige Resonanzkurve mit ihrem Hauptmaximum genau in der zu
den bekannten Sendern gehörigen Resonanzkurve 6 liegt.
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Gegebenenfalls ist es zweckmäßig, gerade die die Schallenergie abstrahlende
Stirnfläche eben auszubilden und entweder der Rückseite dieser Masse oder auch einer
der beiden Begrenzungsflächen der Gegenmasse 5 eine dachförmige Gestalt zu geben.
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Die in dem Ausführungsbeispiel v orgeschlagene Dachform kann selbstverständlich
durch eine beliebige andere Ausgestaltung der Massen ersetzt werden, die unter Umständen
auch konkav verlaufen kann, wodurch das Maximum der in zweiter Ordnung auftretenden
Schwingung nach kleineren Wellenlängen verlegt wird. Ebenfalls liegt es im Rahmen
der Erfindung, daß gegebenenfalls mit der besonderen Ausgestaltung der Massenverteilung
eine entsprechende Ausbildung der Elastizitäten verbunden ist, wie es sich unter
Umständen bei elektromagnetischen oder elektrodynamischen Schwingungsgebilden leicht
ausführen läßt.