Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4273
.pdf
[]
[Второе издание.] ]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата проведения конвенции (США): 29 мая 1925 года.
252,657 Дата подачи заявки (в Соединенном Королевстве): сентябрь. 22, 1925. № 23665/25.
Завершено: 22 марта 1927 г.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств или относящиеся к
ним.
Мы, компания WESTERN ELECTRIC COMPANY, LIMITED, расположенная по адресу: Connaught House,
Aldwych, London, W.C. 2, Англия, британская компания, являющаяся правопреемником Генри Г. Карлеса
Харрисона, гражданина Соединенных Штатов Америки, проживающего по адресу: 94, Bay View Avenue, Port
Washington, Nassau County, New York, Соединенные Штаты Америки, настоящим заявляем о характере
данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в
следующем заявлении.
Данное изобретение относится к приборам звукозаписи и воспроизведения звука, и в частности к устройству,
образующему в них линию передачи звуковых волн.
В нашей предыдущей спецификации №
230,876 Мы описали звуковоспроизводящий инструмент, в котором между вибрирующей диафрагмой и узким
концом усилительного рупора расположена воздушная камера, размеры которой и вибрирующей диафрагмы
отрегулированы таким образом, что сопротивление потоку механической вибрационной энергии, обычно
называемое механическим импедансом, обусловленное суммарным воздействием массы вибрирующего
элемента и упругости воздуха в камере, имеет тот же порядок величины, что и сопротивление потоку
механической энергии воздуха в рупоре. (См. также страницу 9, строки 73–89 Спецификации №.)
230,876. В другом, более раннем варианте спецификации. Нет.
231,410 Мы описали звукозаписывающее или воспроизводящее устройство, в котором, помимо обычных
необходимых передающих элементов — иглы, игольчатой планки и диафрагмы — в вибрационную систему
фонографа включен механический волновой фильтр, состоящий из множества сосредоточенных масс,
соединенных между собой упругими элементами. В данной спецификации показано, что механическая
вибрационная система может пропускать с практически одинаковым затуханием полосу частот,
охватывающую частоты, важные для речи и музыки. В той же спецификации было также предложено
выбирать массы и упругость обычных компонентов записывающего или воспроизводящего устройства, таких
как игла, игольчатый стержень и т. д., таким образом, чтобы они были по существу эквивалентны
дополнительным секциям механического фильтра.
Было установлено, что, используя подходящую конструкцию записывающего или воспроизводящего
устройства и правильно подбирая упругие свойства и массы обычных вибрационных компонентов таким
образом, чтобы импеданс каждой секции системы был согласован по всей длине от иглы и через диафрагму
до воздуха, можно обойтись без использования отдельного фильтрующего элемента, состоящего из
сосредоточенных масс и упругих элементов, и при этом система может пропускать широкий диапазон частот с
практически одинаковым затуханием. Термин «характеристическое сопротивление» будет использоваться
ниже в том же значении, что и в электротехнике, а именно, для обозначения сопротивления, которое
присутствовало бы на одном конце сети с сосредоточенным сопротивлением, если бы другой конец сети был
соединен с бесконечным рядом подобных сетей, или для обозначения сопротивления, эквивалентного такому
бесконечному ряду.
Таким образом, согласно настоящему изобретению, устройство включает в себя стилус, предназначенный
для захвата или прорезания канавки в звукозаписывающей пластинке, излучатель или приемник звука,
содержащий диафрагму, и промежуточную механическую вибрационную систему для соединения стилуса с
излучателем или приемником звука, в которой характеристики механической вибрационной системы вместе
со стилусом и излучателем звука вместе с упругостью 25 или приемника образуют механическую линию
передачи звука, в которой характеристики отдельного фильтрующего элемента эквивалентны системе,
приблизительно согласованной от механического полосового фильтра по всей области от кончика иглы до
атмосферы с важным диапазоном частот речи и музыки. 30 - в диапазоне важных частот. Хотя удобно
использовать Это означает, что термин «полосно-пропускающий фильтр b» при определении разделов
изобретения должен иметь импеданс, желаемые заявителями значения которого существенно равны, чтобы
подчеркнуть, что основной целью изобретения является свободная передача звуковой энергии в широком
диапазоне частот без отражения и резонансных пиков, а не устранение или, по сути, то же самое, если на
нежелательных частотах.
Работа любой точки системы нецелесообразна, если использовать устройство в качестве фильтра в строгом
смысле слова. Импедансы той же величины, что и в других частях системы, могут рассматриваться как
непрактичные для такой конструкции, как та, что находится под воздействием сосредоточенных масс,
например, с помощью механического трансформатора, а также упругости.
Было установлено, что эффективные импедансы являются однородными. Это подтверждается на протяжении
всего процесса. Кроме того, согласно величинам, используемым в механических и электромеханических
изобретениях, массы и упругие системы следующие:
Сила Смещение - Скорость колебаний Упругость Трение В диаграммах механического импеданса, которые
будут рассматриваться далее, для обозначения массы, упругости и механического сопротивления
используются те же символы, что и в диаграммах электрического импеданса для индуктивности, емкости и
электрического сопротивления, поскольку эти величины соответствуют друг другу по отношению к накоплению
или рассеиванию энергии и, следовательно, оказывают соответствующее влияние на передачу волновой
энергии. Термин «механический ток» будет использоваться ниже для обозначения среднеквадратичного
значения скорости колебаний в сантиметрах в секунду, а термин «переменная сила» — для обозначения
среднеквадратичного значения силы в динах, стремящейся создать или изменить механический ток.
Предполагается, что движение линейное, а термины «масса» и «упругость» будут использоваться для
обозначения соответственно кинетических и потенциальных свойств накопления энергии деталей в
зависимости от их линейных скоростей и перемещений.
В тех случаях, когда в физической структуре движение носит угловой характер, массы и упругость будут
приниматься равными таковым в эквивалентной линейной системе.
Как и в электрической системе, так и в механической системе согласование импедансов предотвращает
отражение и позволяет связывать реактивные элементы с резистивной нагрузкой, обеспечивая систему,
обладающую характеристиками механического сопротивления. Электродвижущая сила Заряд Ток
Индуктивность Величина, обратная емкости Сопротивление практически постоянно в любом желаемом
диапазоне частот.
В фонографе, изготовленном в соответствии с настоящим изобретением, конструкция которого обеспечивает
согласованное сопротивление от кончика иглы до воздуха, импеданс, следовательно, представляет собой
практически постоянное механическое сопротивление в частотном диапазоне, имеющем важное значение для
речи и музыки, и, следовательно, мощность, отводимая от канавки пластинки, практически пропорциональна
квадрату поперечной скорости канавки, и поскольку вся эта мощность в фонографе с согласованным
импедансом передается в воздух, результатом является точное воспроизведение. Помимо обеспечения
точного воспроизведения, согласование импеданса в механической системе, предусмотренное изобретением,
снижает износ пластинки, поскольку устраняются резонансные точки, связанные с высоким давлением иглы
на канавку пластинки. 110 Важной особенностью изобретения является звуковой излучатель, который
эффективно согласует импеданс воспроизводящего устройства с импедансом свободной атмосферы в
частотном диапазоне 113, имеющем важное значение для речи и музыки.
Если излучателем звука является рупор, то согласование импеданса выводов, то есть импеданса свободной
атмосферы, с импедансом системы передачи 120 расширяется до самых низких важных частот за счет
создания большого отверстия рупора и использования малой степени конусности (определяемой как
процентное изменение площади на дюйм) по всей длине рупора.
В этих условиях импеданс, измеренный на малом конце рупора, практически однороден во всем частотном
диапазоне, и поскольку энергия, передаваемая на рупор, практически вся излучается, импеданс почти
полностью резистивный. Числовое значение импеданса малого конца уменьшается по сравнению с
импедансом свободного воздуха у устья в соотношении площадей отверстий рупора. Резистивное
сопротивление на малом конце рупора можно рассматривать как импеданс той части свободного воздуха,
которая эффективно связана с рупором, измененный в соответствии с преобразующим действием рупора.
Поскольку этот параметр измеряет энергию, передаваемую воздуху, его можно назвать сопротивлением
излучения.
Изобретение будет описано с точки зрения основных принципов конструкции, и будут приведены конкретные
варианты осуществления, в которых эти принципы могут быть реализованы в фонографе общего и хорошо
известного типа, имеющем иглу, стержень иглы и диафрагму для преобразования изменений поверхности
пластинки в колебания воздуха, а также рупор для их передачи в атмосферу.
Обращаясь к чертежам, на фиг. 1 схематически изображен фонограф, воплощающий данное изобретение.
На фиг. 2 представлена диаграмма механического импеданса, обозначенная электрическими символами,
системы передачи механических волн в соответствии с настоящим изобретением.
На рис. 3 схематически показаны измеренные частотные характеристики фонографа, который считался
стандартным в предшествующем уровне техники, и фонографа, воплощающего настоящее изобретение.
На фиг. 4 представлен перспективный вид фонографа, воплощающего данное изобретение.
На фиг. 5 представлен поперечный разрез фонографа, изображенного на фиг. 4, демонстрирующий
конструкцию рупора, пригодную для использования с данным изобретением.
На фиг. 6 представлен вид спереди, частично в разрезе, воспроизводящего и записывающего устройства,
воплощающего данное изобретение.
На рис. 7 представлен поперечный разрез воспроизводящего устройства, показанного на рис. 6.
На фиг. 8, 9, 10 и 11 подробно показана еще одна вибрационная система воспроизведения и записи,
воплощающая изобретение и пригодная для использования в корпусе, показанном на фиг. 6 и 7.
Изобретение схематически проиллюстрировано на фиг. 1 и 2, где фиг. 1 представляет собой схематическое
изображение системы передачи от кончика иглы до атмосферы в механическом фонографе, а фиг. 2 —
диаграмму механического импеданса системы передачи 70. Для удобства описания и по аналогии с линией
или системой электропередачи механическая система передачи будет рассматриваться как «линия»,
имеющая «последовательные» и 75 «параллельных» элементов. Следует отметить, что фонограф изображен
как однолинейная система, в которой ответвления, идущие в основном в свободное пространство, также
задействованы. Свободное пространство в механической системе аналогично бесконечной емкости или
земле в электрической системе. На самом деле, ветви работают в воздухе, но из-за их малого размера по
сравнению с длинами волн в воздухе, характерными для речевых частот, воздух ведет себя как свободное
пространство для большинства частей, поскольку любое рассеяние энергии из-за передачи в воздух
невелико.
Параллельные ответвления линии — это те, по которым скорость колебаний, т.е. механический ток, протекает
от основного последовательного пути. Последовательно включенные линейные элементы — это элементы,
через которые должен проходить весь линейный механический ток. Фонограф, схематически показанный на
рис. 1 (95) и схематически представленный диаграммой импеданса на рис. 2, включает в себя стандартные
элементы, а именно: держатель иглы, диафрагму и рупор, а также воздушную камеру для связи между
диафрагмой и рупором. Кроме того, между иглой и диафрагмой предусмотрено упругое соединение типа
"паук" для более равномерного распределения движущей силы по площади диафрагмы. Для удобства
вибрационную систему можно разделить на четыре части следующим образом:
Первая часть включает в себя игольчатый рычаг и иглу, а также шарнирную опору. Поскольку движение в этой
части является угловым, а движение в остальных частях — линейным, импедансы, представляющие собой
комбинацию на рис. 2, соответствуют импедансам эквивалентной линейной системы. 115 Масса m — это
масса, которая, будучи сосредоточена на конце иглы, обращенном к опоре, имела бы момент инерции
относительно оси вращения, равный моменту инерции иглы и иглы вместе взятых. Коэффициент упругости
120 s8 представляет собой поперечную упругость иглы, определяемую как отношение силы, приложенной к
острию иглы, к линейному перемещению этого острия вследствие изгиба иглы. Коэффициент упругости 93 125
представляет собой соответствующий линейный коэффициент упругости плеча иглы. Упругость кручения
опоры шарнира и упругость соединения между игольчатым рычагом и крестовиной также заменены
эквивалентными линейными упругостями s2 и s4 соответственно.
Функция преобразования скорости игольчатого рычага представлена трансформатором Т1, который показан в
соответствии с общепринятыми электрическими обозначениями.
Вторая часть II включает в себя массу паука m2, упругость плеча паука s, массу диафрагмы mi и упругость
края диафрагмы s.
Под краевой упругостью мы понимаем упругость, которая обеспечивает восстанавливающую силу на краю
диафрагмы или вблизи него.
Третья часть III состоит из упругого элемента воздушной камеры 87 и трансформатора воздушной камеры Т2.
Четвертая часть IV состоит из импеданса рупора Zh.
Пренебрегая последовательными коэффициентами упругости 82, 84 и s%, которые благодаря тщательному
проектированию сделаны очень малыми, из диаграммы видно, что первые три части этой сети представляют
собой систему передачи типа фильтра нижних частот, при условии, что значения последовательных
коэффициентов упругости очень малы, и, следовательно, будут иметь высокую частоту среза.
Последовательные упругие связи, обусловленные шарниром 82, соединением s4 тонарма и центрирующей
шайбы, а также краем диафрагмы s, которые не входят в состав фильтра нижних частот, очень малы и,
следовательно, не будут препятствовать передаче низких голосовых частот. Следует отметить, что система
передачи включает в себя цепь секций, каждая из которых обладает параллельной упругостью и
последовательной массой. Характеристические импедансы этих секций должны быть приблизительно
согласованы, то есть иметь значения, которые практически равны во всем диапазоне голоса и музыки, так что
энергия волны передается без отражений и резонансных пиков, что по сути то же самое, если в какой-либо
точке нецелесообразно использовать импедансы той же величины, что и в других частях системы, импедансы
повышаются или понижаются, в зависимости от ситуации, с помощью механического трансформатора, так что
эффективные импедансы остаются равномерными по всему диапазону.
Для проектирования описанной здесь фонографической системы достаточно знать номинальное значение
характеристического импеданса, который в случае фильтра нижних частот представляет собой импеданс в
нижней части полосы частот, подлежащих передаче.
Для согласования импедансов при наличии трансформатора в линии значения характеристического
импеданса с обеих сторон трансформатора должны быть обратно пропорциональны квадратам скоростей
перемещения с обеих сторон.
Это правило вытекает из естественного требования свободной передачи волновой энергии, согласно
которому кинетическая энергия в последовательно соединенных массах и потенциальная энергия в
параллельных упругих элементах во всех точках вдоль линии должны иметь одинаковые периодические
значения.
Общие принципы и формулы, регулирующие передачу волн в сетях, подобных этой, раскрываются в связи с
аналогичными электрическими линиями в таких книгах, как «Распространение электрических токов в
телефонных и телеграфных проводниках» Дж. А. Флеминга и «Искусственные электрические линии, их
теория, способ построения и применение» А.
Э. Кеннелли.
Формулы, которые могут быть использованы при проектировании фонографа в соответствии с настоящим
изобретением, следующие:
8sO (1) 1 srm Где fi = частота среза сосредоточенной системы передачи в циклах в секунду s = шунтирующая
упругость на участке линии в динах на сантиметр ne = последовательная масса на участке линии в граммах Zo
=m S (2) Где Zo - номинальное значение характеристического импеданса, то есть импеданса, для которого
части линии передачи должны быть согласованы, чтобы обеспечить практически равномерную
характеристику в важном диапазоне.
Для большинства компонентов частоты среза могут быть одинаковыми, в этом случае импедансы могут быть
идеально согласованы в заданном диапазоне.
Объединив формулы (2) и (1), можно получить еще две формулы для характеристического импеданса.
Zo7 = -Tfc n Z = 8 -4Sc Уравнение (3) теперь можно решить и уравнение (4) для s m = 0f JC S =f, Zo (3) (4)
решено относительно mn (5) (6) Для расчета отношения длин плеч на двух концах игольчатого
трансформатора и отношения площадей на двух сторонах трансформатора воздушной камеры потребуется
следующая формула.
ZZl = (I2) = (12)= OF') = (AF() 19 1 (7) g2 \/ _ 1/ -- \ o/\Ao 252,657 Ом на единицу площади бесконечно длинной
цилиндрической трубки. Коэффициент 43 представляет собой числовое значение в единицах СГС
произведения плотности воздуха и скорости звука в воздухе. Значение незначительно изменяется в
зависимости от температуры и атмосферного давления, при этом конкретное значение 43 соответствует
условиям нормального атмосферного давления и нулевой температуры по Цельсию.
Подставляя значения уравнений (8) и (9) в уравнение (7), получаем: Где Z1 = импеданс первичной обмотки
трансформатора в механических омах или сила (в динах) на единицу скорости (в сантиметрах в секунду); Z1 =
импеданс вторичной обмотки трансформатора в механических омах; I1 = механический ток на первичной
обмотке трансформатора в сантиметрах в секунду; I2 = механический ток на вторичной обмотке
трансформатора в сантиметрах в секунду; I1 = длина плеча рычага на первичной обмотке трансформатора в
сантиметрах; I2 = длина плеча рычага на вторичной обмотке трансформатора в сантиметрах; F1 =
переменная сила на первичной обмотке трансформатора с воздушной камерой в динах; F2 = переменная
сила на вторичной обмотке трансформатора с воздушной камерой в динах; A1 = эквивалентная площадь
поперечного сечения поршня воздушной камеры в квадратных сантиметрах; и A2 = площадь отверстия
рупора, работающего на вторичной обмотке воздушной камеры, в квадратных сантиметрах.
Характеристическое сопротивление линии на диафрагме или первичной стороне воздушной камеры будет
иметь номинальное значение.
Z.1 = rfm3 = f AltD (8) Где, m3 = эффективная масса диафрагмы в граммах; A, = эквивалентная площадь
поршня диафрагмы или площадь поршня, которая обеспечила бы такое же объемное перемещение, как и
диафрагма, при равных линейных перемещениях их центров в направлениях, перпендикулярных их
поверхностям.
t = толщина диафрагмы в сантиметрах.
D = удельная плотность диафрагмы.
Импеданс на рупорной или вторичной стороне камеры будет иметь значение Z2=43A2=Zi, (9) Где A2 —
площадь отверстия рупора, а 43 — сопротивление в механическом rrftD A, 43 A2 A1-A2irftD или (10) (11) При
применении приведенной выше формулы к проектированию фонографа желательно в качестве первого шага
определить диапазон частот, которые фонограф 80 должен эффективно воспроизводить. Нижняя предельная
частота определяет определенные размеры рупора, в частности, степень его сужения и ширину раскрытия
мундштука, а верхняя предельная частота в значительной степени влияет на конструкцию механической
вибрационной системы. После определения граничных частот, присвоение определенных импедансов
различным частям системы позволит вычислить коэффициенты всех элементов с помощью формул. Однако
произвольное назначение импедансов часто может приводить к непрактичным пропорциям для некоторых
элементов, и поэтому может потребоваться несколько приближений, прежде чем будет найдена
окончательная конструкция, в которой согласование импедансов достигается с помощью элементов с
практически осуществимыми механическими размерами.
Как правило, целесообразно принимать за основу определенные практически осуществимые пропорции
диафрагмы, например, ее массу на единицу площади, или, альтернативно, ее общую площадь и массу. В
первом случае диаметр малого конца рупора может быть выбран в соответствии с требованиями
акустической эффективности, а диаметр диафрагмы, вместе с коэффициентами колебательной системы 1;J0,
может быть вычислен соответствующим образом. Во втором случае диаметр меньшего конца рога
определяется формулами после выбора диаметра диафрагмы. Эластичность иглы 115 обычно можно принять
за эластичность одной из коммерчески доступных игл. В следующем примере будет сделан первый набор
предположений.
Будут приняты следующие константы: полнотоновая игла с упругостью 80 х 10⁶ дин на сантиметр; верхняя
частота среза 5000 циклов; входное отверстие рупора диаметром 0,7 дюйма, соответствующее площади 2,49
см²; диафрагма из алюминиевого сплава с плотностью (D) 2,8 и толщиной 0,051 сантиметра; игла длиной от
своего конца до верхнего конца 2,54 см.
Таким образом, остается определить характеристики верхней части плеча n, плеч паука и камеры,
прилегающей к диафрагме, массы игольчатого плеча, плеч и диафрагмы, а также длину нижней части
игольчатого плеча.
Для расчета этих параметров будет необходимо определить сопротивление, сопротивление диафрагмы и
характеристические импедансы частей s3, соединенных трансформаторами.
Эластичность иглы, являющейся концевым элементом, должна быть вдвое выше эластичности всего участка,
чтобы обеспечить среднюю или концевую часть. Под термином «средний шунтирующий элемент» понимается
элемент, полученный путем разделения системы в шунтирующем элементе сечения, причем разделенные
части представляют собой идентичные концевые элементы, которые, если бы они были одинаковыми,
образовали бы исходный шунтирующий элемент. Однако иногда предпочтительнее делать концевой элемент
упругим, равным 30,8 от упругости полного сечения, чтобы получить наиболее плоскую характеристику
передачи. Предполагается, что важный диапазон музыкальных и частотных характеристик составляет от 100
до 4700 Гц, и, следовательно, частота среза в 5000 Гц будет удовлетворительной.
Эта частота среза и игла имеют жесткость 80 x 10⁶ дин на сантиг, что делает иглу упругой. 8. Упругость в
полном сечении анодного фильтра. Характеристический импульс Zo2 на стороне иглы трансформера может
быть рассчитан по уравнению (4): 8 x 80 x 10⁶ 407 Zo2 = -X500 = 407. Следующая часть — плечо иглы.
уравнение (5), эквивалентная масса острия иглы или масса (обозначаемая Al = 77 x 2,49 x 5000 x 0,005 A, = 4
43 Если предположить, что вся площадь A движется равномерно как поршень, эффективная масса
диафрагмы будет равна фактической площади поршня, или m3 = 13,0 x 0,0051 x 2,8 = 0,186 грамма.
В представленных фонографах это условие в основном достигается путем формирования диафрагмы
способом, который будет описан позже, где она включает жесткую центральную часть, закругленную узким
гибким фланцем, обладающим практически незначительной эластичностью.
которая, будучи помещенной в острие иглы, будет иметь ту же кинетическую энергию в рассматриваемом
диапазоне скоростей, что и плечо иглы, определяется формулой 4075 мл U- 157;08 -.259 грамм (13).
Фактическую массу плеча иглы можно легко получить из этого значения, помня при этом, что момент инерции
плеча иглы должен быть равен моменту инерции эквивалентной массы Inci-, полученному в уравнении 13. На
практике оказывается целесообразным сначала спроектировать иглу рычага таким образом, чтобы она
обладала требуемой упругостью, а затем получить требуемый момент инерции путем добавления массы в
точках, где это не нарушит ранее полученную упругость.
Следующая часть — это паук, но расчеты по нему лучше проводить после расчета параметров диафрагмы.
Диафрагма работает в рупорном корпусе и должна быть согласована с ним по импедансу через
трансформатор воздушной камеры, как это объяснено в нашей технической спецификации №.
nent- 230,876.
Размер отверстия рупора, как предполагается, не настолько мал, чтобы вызывать значительные искажения
или потери из-за высокой интенсивности и скорости звука, и не настолько велик, чтобы требовать диафрагмы
практической легкости. Предполагая, что рупор имеет достаточно малую степень конусности и широкое устье,
чтобы эффективно передавать и излучать весь акустический диапазон в упругий воздух, его
характеристическое сопротивление будет меньше, чем у цилиндрической трубки бесконечной длины.
Импеданс такой трубки составляет 43 механических Ома на единицу площади, следовательно, импеданс
рупора будет равен 2,49 x 43 = 107 механических Ом. Выбрав алюминиевый сплав, в котором D=2,8, в
качестве материала для диафрагмы и в качестве (12) первого испытания, предполагая, что толщина
диафрагмы будет 0,0051 сантиметра, требуемый эквивалентный плунжер t площадь диафрагмы можно
рассчитать -млн) из уравнения (11) 1 x 2,8 = 13,0 квадратных сантиметров (14) центральная часть действует
как жесткий поршень, и ее фактическую площадь и массу можно принять 110 в качестве эффективной
площади и эффективной массы без существенной погрешности.
В соответствии с приведенными выше расчетами эффективный радиус диафрагмы в конкретном примере
составляет 115 Н 13 = _.03 см, или 0,80 дюйма (16). Следует отметить, что выражения «эффективная масса»
и «эквивалентная площадь поршня» используются со ссылкой на диафрагму. В общем случае, из-за изгиба
диафрагмы эффективная площадь поршня и эффективная масса, как известно, связаны с фактической
площадью и фактической массой всей диафрагмы отдельными коэффициентами, которые можно назвать
соответственно «коэффициентом формы» и «коэффициентом массы». Обсуждение этих факторов в связи с
общепринятой формой плоской диафрагмы приведено в приложении II, стр. 309, учебника «Электрические
вибрационные приборы» Кеннелли, изданного в 1923 году компанией Macmillan, а также в статье «Звуковые
поля и звуковые антенны» В. Хальмнемана и Х. Хехта, опубликованной в журнале «Engineering» (Лондон) 14
февраля 1919 года, стр. 224.
Для диафрагм описанного здесь типа эффект изгиба или гибкого края заключается в том, что эффективная
площадь поршня становится немного больше фактической площади жесткой центральной части, при этом
эффективная масса практически не изменяется.
Характеристическое линейное сопротивление Z. на стороне диафрагмы определяется уравнением (3)
Z01=7r5000x.186=2920 механических (17) Ом. Рассмотрим далее подвес, его масса должна быть равна массе
диафрагмы.
Правильную упругость шунта паука можно рассчитать по уравнению (6) =ff x 5000 x 2920 =45,8 x 10⁵ дин на
сантиметр (18). Если взять игольчатую часть, то упругость ее верхнего конца должна иметь такое же
значение, а. =45,8 x 100. Предполагая, что расстояние этого наконечника от оси вращения составляет 2,54 см,
правильное расстояние L кончика иглы от оси может быть рассчитано из уравнения (7) с использованием
значений характеристического импеданса, полученных в уравнениях 12 и 17: 4075 (2,54)2 2920 = - = 1,4 2,541
= 1,18 L = 2,15 см L = 0,846 дюйма. Принимая за последнюю часть воздушную камеру между диафрагмой и
рупором, ее упругость s7 при воздействии диафрагмы должна быть приблизительно в два раза больше
упругости шунта по всей длине сечения или 91,6 x 10⁶ дин на сантиметр.
Поскольку площадь A диафрагмы составляет 13,0 квадратных сантиметров, а модуль Юнга S для воздуха
равен 1,4 × 10⁶ дин на сантиметр, объем воздуха V1 должен быть V1 = A A15 = 13,0 × 1,4 × 10⁶ = 258 см³ 23 '
916 × 10⁵ (21) В приведенных выше вычислениях ряды упругости 82, 84 и 8 были проигнорированы. На
практике эти коэффициенты эластичности можно сделать настолько малыми, что игнорирование их не
приведет к существенной ошибке. На рис. 3 B обозначает характеристику.
А) А) кривая отклика общепризнанного стандартного фонографа из предшествующего уровня техники и А)
кривая отклика фонографа, воплощающего изобретение.
На графиках в логарифмическом масштабе показано изменение давления звуковой волны в устье рога в
зависимости от частоты при постоянной скорости колебаний кончика иглы. Орбиты представлены в единицах
передачи (ТУ), а нулевая отметка на ординатах является довольно произвольной; цель кривых состоит в том,
чтобы показать относительные, а не абсолютные значения волнового давления. Следует отметить, что при
частоте ниже 1000 Гц эффективность фонографа, известного по существу, очень быстро снижается, а при
частоте ниже 250 Гц передача звука практически отсутствует, в то время как эффективность фонографа,
сконструированного в соответствии с настоящим изобретением, не показывает заметных изменений уже при
частоте 125 Гц, и даже ниже этой частоты воспроизведение остается хорошим. Эти кривые наглядно
показывают, что не только наблюдается значительное улучшение качества, но и существенное повышение
эффективности практически во всем диапазоне частот. Хорошо известно, что низкие частоты речи и большей
части музыки составляют основную часть акустической энергии.
Следует отметить, что характеристические кривые, представленные на рис. 3, построены с использованием
единиц передачи (ТУ), значение которых описано в статье У. Х. Мартина, опубликованной в журнале
Американского института электротехников в июне 1924 года. Разделения на этом рисунке представляют
собой шаги ТУ. Значение кривых 105 станет лучше понятным, когда станет ясно, что среднестатистическое
ухо не способно обнаружить изменения менее чем на 5 ТУ, так что даже при изменениях амплитуды до 8 ТУ
достигается высокое качество воспроизведения 110.
Обращаясь теперь к фиг. 6 и 7, на которых изображен воспроизводящий или записывающий аппарат, хорошо
подходящий для реализации изобретения, 11 представляет собой перфорированную чашеобразную
переднюю панель или корпус в 115 (19) (20) 252,657, в котором установлена диафрагма 12 между гибкими
прокладками 13 и удерживается внутри задней пластиной 14, которая, в свою очередь, прижимается к
прокладкам 13 контргайкой 15, имеющей резьбовое соединение с корпусом 11. Диафрагма 12
предпочтительно изготавливается из легкого тонкого материала, такого как упомянутый выше алюминиевый
сплав, и упрочняется путем формования любым подходящим способом. Как показано на рисунке, он снабжен
рядом сравнительно глубоких концентрических гофрировок различной высоты. На диафрагме установлен
кронштейн 16, имеющий полусферическую центральную часть 17 и множество гибких рычагов 18, радиально
отходящих от его периферии и закрепленных на гребне одной из гофр диафрагмы любым подходящим
способом, например, с помощью клепки, точечной сварки или склеивания.
К передней части корпуса 11 с помощью винтов 19 крепится кронштейн 20, несущий пластину 21, имеющую
два выступающих внутрь рычага 22 и 23, концы которых снабжены острыми лезвиями 24 и 25.
Через прорезь в кронштейне 20 и между плечами пластины 21 выступает стилус 27, верхний конец которого
удерживается в шарнирном зацеплении с центром крестовины 16 с помощью U-образной пружины 26, одно
плечо которой входит в предусмотренную для этого выемку, а другое — в перфорированный выступ 28 в
центре крестовины. Нижний конец стилусного рычага 27 снабжен гнездом 30 и установочным винтом 31 для
удержания иглы или стилуса 32.
Крепление в виде поперечной планки 33 предусмотрено для рычага стилуса 27. Предпочтительно, чтобы эта
поперечная планка была установлена с приводом в предусмотренное для этого отверстие в рычаге стилуса.
— В том же отверстии, где находится крепежный элемент 33, закреплен упругий стержень 34, расположенный
практически параллельно крепежному элементу 33.
-В верхней части крепления предусмотрены углубления или пазы для размещения лезвий ножей 24 и 25, с
которыми оно контактирует посредством упругого стержня 34. -Для этой цели концы стержня 34 обычно слегка
загнуты вниз, так что при зацеплении концов с поворотными винтами 35 и 36, установленными в выступах 37 и
38 соответственно кронштейна 20, центральная часть стержня будет стремиться быть выше концов, и на
лезвия ножей будет оказываться давление. Концы упругого стержня имеют идеально коническую форму, а
поворотные винты снабжены коническими углублениями, так что давление на лезвия ножей можно легко
регулировать, закручивая или выкручивая винты. Для обеспечения минимальной упругости в точках опоры
точки опоры 65 упругого элемента 34 должны быть в основном совпадать с точками опоры между кромками
ножа и креплением 33.
Задняя часть 14 воспроизводящего устройства снабжена фланцевым отверстием для подключения к тонарму
40 и рупору 41, как показано на фиг. 4 и 3. 42 представляет собой звуковой ящик. Внутренняя поверхность
задней пластины снабжена гофрированием, соответствующим гофрированию диафрагмы 75, но с
уменьшающимся наклоном, чтобы фактически создать коническую камеру, обеспечивающую постоянную
скорость. Желательно, чтобы звуковой канал от отверстия воспроизводящего устройства до большого
отверстия 80 рупора имел равномерную степень сужения. Степень сужения и ширина отверстия мундштука
должны быть пропорциональны в соответствии с правилами, изложенными в британском патенте № 213528, в
порядке 85, чтобы характеристическое сопротивление рупора соответствовало сопротивлению свободного
воздуха в области отверстия мундштука во всем диапазоне звуковых частот. Например, для обеспечения
эффективного излучения всех частот до 200 циклов в секунду формула показывает, что следует использовать
конусность 2,0% на дюйм, и, предполагая малый диаметр конца 0,7 дюйма, длина рупора должна составлять
приблизительно 34 дюйма, чтобы обеспечить надлежащую площадь устья.
Если требуется передавать данные со скоростью всего 100 циклов в секунду, степень конусности следует
уменьшить примерно до 9,8% на дюйм, а длину 100 мм, при условии сохранения прежнего малого диаметра
конца, следует увеличить примерно до 83 мм.
Рог 41, отчетливо показанный на фиг. 4 и 5, представляет собой складной тип 10a, описанный в британском
патенте № 213528, и имеет указанные выше размеры.
Колоколообразная часть разделена на две неравные прямоугольные секции 43 и 44.
Площадь участка 43 немного меньше, чем площадь участка 44, однако эффективная длина в обоих случаях
практически одинакова. Преимущество такой конструкции заключается в том, что меньшая секция немного
благоприятствует более высоким частотам 115, а большая — более низким частотам. Оно обладает еще
одним, второстепенным преимуществом, если необходимо установить подставки для пластинок в устье
валторны.
Более крупные записи могут храниться в нижнем разделе (120 записей), а более мелкие — в верхнем разделе
(120 записей). Следует понимать, что изображенный рог сам по себе не является частью настоящего
изобретения и что складной рог не является обязательным для достижения желаемых результатов, поскольку
прямой рог надлежащей длины может быть использован с такими же хорошими результатами.
На фиг. 8, 9, 10 и 11 показана еще одна форма вибрационной системы и крепления стилуса 130 2529,657
252,657, особенно хорошо подходящая для данного изобретения. Для большей ясности, корпус звуковой
колонки не указан. Стилусная планка 50 шарнирно закреплена на шарикоподшипниках в U-образном
кронштейне 51 из магнитного материала, прикрепленном к корпусу любым подходящим способом. Каждый
рычаг кронштейна снабжен коническим шарикоподшипником, отходящим от рычага стилуса 50, который
установлен на постоянно намагниченном креплении 52. Каждый конец крепления 52 слегка сужается, а
шарики 53, образующие подшипники, плотно удерживаются на месте силой намагничивания самого
крепления.
Эта сила автоматически компенсирует любой износ шарниров. Торцевые крышки 54 могут использоваться
для предотвращения смещения шариков под воздействием резких толчков и для предотвращения
чрезмерного бокового смещения крепления.
Верхняя часть стилусного рычага 50, закрепленного на креплении 52, выполнена из тонкого листового
материала, имеющего форму U-образного канала. Диафрагма предпочтительно изготавливается из
указанного выше алюминиевого сплава толщиной около 0,0017 дюйма и имеет концентрическую
гофрированную структуру, обеспечивающую существенную жесткость ее центральной части 56.
Зажимная кромка 55 плоская, а часть 57 между зажимной кромкой и центральной частью снабжена рядом
конических гофр, которые практически касаются внешней гофры центральной части. Было установлено, что
подобная гофрировка делает диафрагму в этом месте очень гибкой и уменьшает любую тенденцию к
резонансу этого края в пределах голосового диапазона. Верхний конец стилуса имеет фланец и снабжен
упругим раздвоенным выступом 58, расположенным перпендикулярно диафрагме.
Это разветвление имеет выемку снаружи, ближе к концу. Диафрагма имеет подвес 59, аналогичный подвесу
16 на рис. 7, за исключением того, что он имеет большое центральное отверстие для приема раздвоенного
выступа стилуса. Край отверстия в подвеске входит в зацепление с выемками на выступе стилуса. В этой
точке образуется самоподдерживающийся шарнир в форме лезвия ножа, обладающий незначительной
последовательной упругостью.
Хотя две описанные здесь формы вибрационных систем особенно хорошо подходят для реализации
изобретения, очевидно, что могут быть легко разработаны и другие формы, при этом существенными
моментами являются согласование импеданса по всей системе и поддержание последовательных упругих
характеристик на уровне, соответствующем коммерческим конструкциям. Мы не претендуем на авторство
конкретных конструкций, изображенных и описанных здесь, за исключением случаев, когда указанные
конструкции используются в усовершенствованной системе согласно настоящему изобретению.
Система передачи звуковой энергии, подобная описанной, в которой импедансы 70 согласованы по всей
длине, будет передавать энергию в любом направлении без существенных потерь на отражение, и описанный
здесь фонограф подходит как для записи звуков, так и для их воспроизведения.
В настоящем документе мы не заявляем никаких прав на что-либо, заявленное или описанное в описании
нашего патента № 230,876.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_252658.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=252658&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB252658A
Соседние файлы в папке патенты