Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_4399
.pdf
Усовершенствования в беспроводных и аналогичных приемных системах, оснащенных звукофильтрующими
устройствами, или относящиеся к ним.
Я, Оскар Кристиан Рус, проживающий по адресу: Джером Авеню, 1581, город, округ и штат Нью-Йорк,
Соединенные Штаты Америки, гражданин Соединенных Штатов Америки, инженер-электрик, настоящим
заявляю о характере данного изобретения и о способе его осуществления, которые будут подробно описаны и
установлены в следующем заявлении:
Мое изобретение относится к беспроводным и подобным приемным системам, снабженным устройствами
фильтрации звука, и, в частности, к таким системам, в которых воздействие на сигналоиндикаторное
устройство электрических колебаний, создаваемых в системе резкими или импульсными электрическими
силами, такими как, например, так называемые «статические помехи» или электрические колебания,
создаваемые в системе интерферирующими сигнальными волнами, устраняется или сводится к минимуму,
так что отношение сигнал-помеха является максимальным.
Мое изобретение основано на открытии того, что нерегулярные немузыкальные шумы или негармонические
колебания, производимые устройством индикации сигнала, таким как телефонная трубка, при воздействии на
приемную систему резких или импульсных электрических сил, могут быть преобразованы в
пространственно-периодические колебания.
Настоящее изобретение по существу состоит в беспроводной или аналогичной приемной системе,
снабженной устройствами звукофильтрации и средствами преобразования электрических колебаний,
возникающих в указанной системе под действием резких или импульсных электрических сил, а также
электрических колебаний, возникающих в ней под действием сигнальных волн, в неэлектрические колебания,
например, звуковые колебания, использовании средств пространственной обработки и дефазировки
указанных неэлектрических колебаний, устройстве, связанном с указанными средствами таким образом,
чтобы амплитуда неэлектрических колебаний, возникающих в результате сигнальных волн, была велика по
сравнению с амплитудой неэлектрических колебаний, возникающих в результате резких или импульсных
электрических сил, и устройстве индикации сигнала, оперативно соединенном с указанным устройством.
Термин «пространственная обработка» в данном контексте означает создание стоячих волн в вибрирующей
системе, акустическая длина которой равна четверти длины волны или более одной или нескольких
стационарных волн, возбуждаемых с заданными частотами. Проще всего это сделать, соединив
пространственную среду, например, воздушный столб, с реверберирующим или резонансным телом,
например, другим воздушным столбом, который одновременно вибрирует на двух частотах, на обе из которых
настроена пространственная камера.
Термин «дефазировка» в данном контексте (6b) используется для обозначения пространственного изменения
фазы и является следствием процесса пространственной локализации. Это соответствует циклическим
изменениям амплитуды вдоль прохождения стационарных акустических волн, а 70 показывает постепенную
разницу в пространственно-фазовом соотношении двух частот. При исследовании двух стационарных волн
вдоль акустического пути они расходятся по фазе, образуя «петлю» в начале координат, до тех пор, пока одна
из них не окажется на 75°90° впереди другой, то есть не достигнет узла, в то время как другая будет иметь
вторую петлю.
В рамках осуществления моего изобретения я предлагаю средства для преобразования электрических
колебаний, возникающих в приемной системе 80 под действием резких или импульсных электрических сил, и
электрических колебаний, возникающих в ней под действием электромагнитных волн, энергия которых
должна быть принята, в дефазированные пространственно-неэлектрические колебания, такие как, например,
звуковые колебания, создаваемые в воздушном столбе; устройство, связанное с указанными средствами
таким образом, чтобы амплитуда неэлектрических колебаний, возникающих в результате 90 255,163 волн,
энергия которых должна быть принята, была велика по сравнению с амплитудой неэлектрических колебаний,
возникающих в результате резких или импульсных электрических сил; и сигнально-индикаторное устройство,
связанное с указанным устройством. Неэлектрические колебания, поступающие в указанное устройство, могут
быть преобразованы в электрические колебания любым подходящим способом, и в таком случае к указанному
средству функционально подключено сигнальное устройство.
Мое изобретение включает в себя средства для преобразования нерегулярных сложных шумов,
производимых устройством индикации сигналов, таким как телефонная трубка, когда на приемную систему
воздействуют резкие или импульсные электрические силы, в четко определенные устойчивые акустические
колебания любой удобной высоты тона. Такие средства состоят, например, из резонансной воздушной
камеры, сконструированной таким образом, что когда заключенное в ней воздушное пространство
подвергается ударному воздействию и начинает колебаться с собственным периодом, будет производиться
акустическое колебание, отличающееся по высоте тона от сигнала, причем высота тона этого сигнала
полностью контролируется оператором с помощью гетеродина.
Сложный звук, состоящий из акустических колебаний, производимых сигнальными волнами, и немузыкального
шума, создаваемого электрическим возмущением, которое вводится в воздушную камеру, будет производить
результирующие сложные колебания, представляющие собой тончайшую совокупность своих компонентов, но
которые, будучи слышимыми по высоте тона, отличаются по звучанию от каждого из них.
Мое изобретение также включает в себя средство для пространственного разделения двух звуковых волн,
составляющих результирующую акустическую вибрацию, причем такое средство, например, представляет
собой резонансную воздушную камеру таких размеров, что два набора колебаний будут создавать в ней
стационарные звуковые волны, которые, будучи разных частот, будут рассинхронизированы. Предусмотрены
средства для регистрации стационарной звуковой волны, создаваемой сигнальными волнами, в точке, где ее
амплитуда велика по сравнению с амплитудой стационарной звуковой волны, создаваемой электрическим
дисплесом, например, в контуре давления первого и в узле давления второго.
Разделив два набора звуковых волн и выделив часть энергии стационарной звуковой волны, образованной
колебаниями сигнала, я могу использовать её для генерации сигнала или использовать устройство, такое как
электромагнитный телефонный передатчик, для преобразования таких звуковых волн в электрические
колебания и передачи последних на сигнальное устройство. В ходе миссии ftrans6.5, посредством
последовательного использования нескольких стационарных устройств разделения волн, может быть
достигнуто дальнейшее разделение сигнальных и интерференционных колебаний.
Мое изобретение предусматривает использование устройства отражения или преломления звука 71,
благодаря которому звуковые колебания, производимые сигнальными волнами после отделения от звуковых
колебаний, производимых электрическими помехами, могут быть сконцентрированы на аппарате, который
преобразует их обратно в электрические колебания 71.
Очевидно, что принцип, лежащий в основе моего изобретения, может быть реализован в самых
разнообразных устройствах, и что различные схемы 8( могут быть использованы в связи с этим для
преобразования энергии электромагнитных волн в звуковые колебания на одном конце моего устройства и
для преобразования звуковых колебаний в читаемые сигналы 8t на другом конце; поэтому следует понимать,
что различные варианты осуществления моего изобретения, описанные ниже, являются лишь
иллюстративными, а не ограничительными. 9 На чертежах, прилагаемых к настоящему описанию и
являющихся его неотъемлемой частью,
На рисунке 1 представлена схема системы приема электромагнитных волн, воплощающей мое изобретение,
причем некоторые ее части обозначены цифрой 9.
показано в продольном вертикальном разрезе; Рис. 2 представляет собой схему, иллюстрирующую
расположение цепей, которые могут быть использованы в связи с моим изобретением для преобразования
электрических импульсов 10 в звуковые волны; рис. 3 представляет собой схему, представляющую
расположение цепей, которые могут быть использованы в связи с моим изобретением для обратного
преобразования звуковых волн в электрические колебания 10, а последних — в читаемые сигналы; рис. 4, 5, 6
и 7 представляют собой схемы дефазированных пространственно-звуковых колебаний, упомянутых далее при
объяснении работы моего изобретения; рис. 8 представляет собой продольный вертикальный разрез
модификации отражательно-поглощающей камеры; рис. 9 представляет собой продольный вертикальный
разрез 11 другой модификации, в которой отражательно-поглощающая камера расположена между
реверберационной камерой и камерой разделения стационарных волн; рис. 10 представляет собой
вертикальный продольный разрез еще одной модификации, в которой отражательно-поглощающая камера
используется вместо ударной и реверберационной камер; рис. 11 представляет собой схему Система приема
электромагнитных волн, воплощающая мое изобретение, в которой используется противофазная трубка для
передачи энергии колебаний сигнала на устройство индикации сигнала, а также некоторые части 130 антенны,
соединенные с землей в точке E через индуктивность L, зашунтированную конденсатором C, благодаря чему
система настроена на частоту волн, энергию которых необходимо принять.
К приемной антенне 70 подключен радиочастотный усилитель 3, входные клеммы a, b которого соединены с
клеммами индуктивности L или функционально связаны с антенной 75 любым подходящим образом, а
выходные клеммы c, d указанного радиочастотного усилителя соединены с входными клеммами e,]
аудиочастотного усилителя K, который включает в себя детектор колебаний 80. Выходные клеммы g, h
аудиочастотного усилителя подключены к электротрансляционному устройству 1, преобразующему
электрические колебания, возникающие в приемной системе под действием 85 резких или импульсных
электрических сил, а также электрические колебания, возникающие в ней под действием волн, энергия
которых должна быть принята, и колебания, создаваемые в системе интерферирующими 90 сигнальными
волнами, в неэлектрические колебания.
В данном случае преобразующее устройство 1 представлено в виде громкоговорящей телефонной трубки, с
помощью которой указанные выше электрические колебания преобразуются в звуковые колебания.
Разумеется, следует понимать, что для вышеуказанной цели может быть использован любой подходящий
радиочастотный и аудиочастотный усилитель, и я не ограничиваюсь хорошо известным типом таких
устройств, схематически представленным на рис. 2, для полноты изложения.
В указанном устройстве трехэлектродный вакуумный ламповый детектор соединен с антенной А посредством
шести резистивно связанных высокочастотных ламп, а выходная цепь указанной детекторной лампы
индуктивно соединена с трехкаскадным звуковым усилителем K, состоящим в данном случае из трех
индуктивно связанных низкочастотных ламп, причем выходные клеммы g, h указанного звукового усилителя l1
соединены, как указано выше, с устройством генерации звука 1.
Любая подходящая передающая система может использоваться совместно с моей усовершенствованной
приемной системой при условии, что при использовании телефонной трубки в качестве указанного
преобразующего устройства 1, передающая система заставит указанную трубку воспроизводить звуковые
сигналы.
Предпочтительно к приемной системе подключен гетеродин 125, как показано на рис.
2
На схеме и на рис. 1 показан гетеродинный генератор, индуктивно связанный с индуктивностью TL первичной
обмоткой I, при этом указанный гетеродинный тяжелый элемент показан в продольном вертикальном разрезе:
Рис. 114 представляет собой продольный вертикальный разрез модификации аппарата, показанного на рис.
11, в которой отношение сигнальных колебаний к колебаниям, возбуждаемым ударной волной, составляет 2 к
1; рис. 12 представляет собой продольный вертикальный разрез другой модификации системы i 0, показанной
на рис. 11, в которой отношение сигнальных колебаний к колебаниям, возбуждаемым ударной волной,
составляет 3 к 2; рис. 13 представляет собой продольный вертикальный разрез дальнейшей модификации
системы, показанной на рис. 11, в которой ударная камера состоит из двух относительно подвижных трубок;
рис. 14 представляет собой продольный вертикальный разрез, иллюстрирующий применение противофазной
трубки к системе, показанной на рис. 1; рис. 15 представляет собой продольный вертикальный разрез,
показывающий дальнейшую модификацию аппарата, представленного на рис. 14; рис. 16 представляет собой
вертикальный продольный разрез, показывающий дальнейшую модификацию системы, изображенной на рис.
11; На рис. 17 представлена схема системы приема электромагнитных волн, иллюстрирующая еще одну
модификацию системы, показанной на рис. 11, в которой используется комбинированная
ударно-реверберационная камера, некоторые части которой показаны в вертикальном продольном разрезе;
на рис. 18 представлен вертикальный продольный разрез, иллюстрирующий устройство для усиления
максимальной концентрации потенциальной энергии акустических стационарных волн в пространственной
трубке:
Рис. 19 представляет собой вертикальное продольное сечение, иллюстрирующее модификацию системы,
показанной на рис. 1, в которой предотвращается образование стационарных волн заметной амплитуды от
ударно-возбужденных колебаний в камере, в которой пространственизируются акустические сигнальные
волны; рис. 20 представляет собой вертикальное продольное сечение другой модификации, в которой
используется открытая пространственная трубка, возбуждаемая с обоих концов обоими наборами колебаний;
рис. 21 представляет собой вертикальное продольное сечение дальнейшей модификации, в которой 56
закрытая пространственная трубка возбуждается с обоих концов обоими наборами колебаний; рис. 22
представляет собой план, частично в разрезе, аппарата, воплощающего мое изобретение, в котором в
качестве акустического пространственного модулятора используется тороидальная трубка; рис. 23
представляет собой вертикальное сечение, взятое по линии 23-23 на рис. ; 22.
На отдельных чертежах, выбранных для более полного раскрытия принципа, лежащего в основе моей
конструкции A, изображен обычный конденсатор Cl, регулируемый рукояткой Hl, и регулируемый конденсатор
C2. В данном случае, приводящее в движение устройство 1 функционально связано с ударной камерой 2 и
установлено в отверстии в торцевой стенке 3 трубки 4. Внутри трубки 4 скользящим образом расположена
трубка 5 с торцевой стенкой 6, благодаря которой можно изменять длину столба воздуха между торцевой
стенкой 6 и перегородкой 7, регулируемо расположенной внутри трубки 4 и имеющей центральное отверстие
8.
Телескопические трубки могут быть металлическими, а их торцевые стенки 3 и 6, а также перегородка 7,
предпочтительно представляют собой деревянные диски, плотно прилегающие друг к другу и обмотанные
легкой тканью, например, войлоком.
Камера 9, расположенная между дисками 6 и 7, представляет собой реверберационную камеру, и в данном
случае трубчатая стенка ударной камеры 2 является неотъемлемой частью трубки 4, хотя, разумеется,
следует понимать, что указанная ударная камера может быть полностью отделена от камеры 9. Соединение
реверберационной камеры со стационарной волноразделительной камерой 10 осуществляется с помощью
элемента, показанного в данном случае как состоящий из двух телескопических трубок 11, 12, которые
предпочтительно изготовлены из металла толщиной не менее одного тридцати второго дюйма и имеют
гораздо меньший диаметр, чем камеры 9 и 10.
36 Каждая трубка закрыта с внешнего конца пробкой 13, 14 соответственно, которая может быть выполнена из
дерева, и снабжена вблизи внешнего конца несколькими радиальными отверстиями 15, 16, каждое из которых
имеет диаметр, равный примерно половине диаметра трубки.
Каждая трубка снабжена двумя захватывающими дисками 17, 18 и 19, 20 соответственно, расположенными,
как показано на рисунке, по обе стороны от радиальных отверстий 15, 16, причем указанные диски
предпочтительно изготовлены из дерева и расположены таким образом, чтобы перемещаться вдоль трубки в
продольном направлении, изменяя эффективное раскрытие указанных отверстий и расстояние между каждой
парой дисков.
Камера 10 для разделения стационарных волн состоит из двух телескопических трубок 21, 22, каждая из
которых предпочтительно изготовлена из металла и имеет торцевые стенки 23, 24 соответственно, которые
предпочтительно представляют собой деревянные диски.
Посередине между торцевыми стенками камеры 10 может быть установлена перегородка 25,
предпочтительно деревянная, снабженная рядом отверстий 26, заполненных пучками волос, войлоком или
другим звукопоглощающим пористым материалом 27.
Стационарную волноразделяющую камеру с отражательно-поглощающей камерой 28 соединяет пара
телескопических трубок 29, 30, во всех отношениях аналогичных трубкам 11, 12 соответственно, причем
указанные трубки снабжены рядом радиальных отверстий 31, 32 и приемными дисками 33, 34 и 35. 36.
Отражательно-поглощающая камера 28 состоит из двух секций, предпочтительно из древесины 7C,
внутренние поверхности которых представляют собой эллипсоиды или парабалоиды вращения, которые
могут быть слегка разнесены, а между ними может быть помещен лист войлока 37 или подобного материала,
или диафрагма, подобная диафрагме 25, 7V.
Каждая секция камеры 28 снабжена заглушкой 38, 39, регулируемой вдоль главной оси указанной камеры, при
этом соприкасающиеся поверхности 38, 39 предпочтительно идентичны поверхностям секций камеры, в
которых они размещены.
К верхней стенке камеры 28 любым подходящим способом подвешено 8 поступательное устройство,
способное преобразовывать звуковые волны в электрические колебания, причем это устройство размещено
своим приводным элементом в фокусе указанной камеры. В данном случае переводное устройство 9(
показано как электромагнитный телефонный передатчик 40, подвешенный на проводах, проходящих через
штекер 41, который вставляется в отверстие в верхней части камеры. 9, Передатчик 40 подключен к входным
клеммам mn, n аудиочастотного усилителя M, а его выходные клеммы o, p подключены к устройству
индикации сигнала T, к клеммам которого может быть подключен измеритель слышимости N.
Разумеется, следует понимать, что детали аудиочастотного усилителя М, показанного на рис., Изображения I
0 и 3 приведены исключительно в иллюстративных целях, и я не ограничиваюсь их использованием.
Выше приведено краткое описание одной из точных конфигураций 11 аппаратов и схем, в которой я воплотил
свое изобретение на практике. Далее будет приведено подробное описание устройства с указанием размеров
и пропорций деталей, которые, как было установлено, дают хорошие результаты, а также принцип его работы
и лежащая в его основе теория.
Схема аппаратуры и цепей, показанная на рис. 1, представляет собой полный акустический фильтр,
состоящий из семи элементов, начиная с генератора акустических колебаний и заканчивая устройством
индикации сигнала, предназначенным для использования акустических колебаний, составляющих сигнал 121,
при его приеме после фильтрации от нежелательных акустических колебаний, создаваемых электрическими
помехами или мешающими сигналами, следующим образом:
I, система приема электромагнитных волн, включающая громкоговорящий телефон 1 или другой генератор
акустических колебаний; II, фильтро-связующее устройство или ударную камеру 2; III, реверберирующее
устройство или эхо-камеру 9; IV, резонансное фильтро-связующее устройство 11, 12; V, устройство
разделения стационарных волн или камеру стационарных волн 10; VI, фильтро-связующее устройство,
включающее трубки 29, 30 и отражательно-поглощающую камеру 28; VII, индикаторное или регистрирующее
устройство, включающее преобразовательное устройство 40, реусилитель M, если он используется, и
устройство индикации сигнала T.
Как указано выше, мой элемент может представлять собой любую подходящую систему приема
электромагнитных волн, снабженную громкоговорителем, например, воспроизведение, зарегистрированное
под торговой маркой «Magnavox», которое, как я счел, хорошо подходящим для моих целей.
- Элемент II, или ударная камера, представляет собой звуковую камеру в форме цилиндра, длина которого
мала по сравнению с длиной волны акустических колебаний, проходящих через аппарат. Поскольку скорость
звука в воздухе составляет примерно 13 500 Гц, отсюда следует, что звуковая волна с частотой 1000 циклов в
секунду будет иметь длину 13,5 Гц. Следовательно, если конструкция аппарата предусматривает создание
резких или импульсных электрических воздействий, вызывающих акустические колебания указанной частоты
в реверберационной камере, расстояние между двумя стенками 3, 7 ударной камеры должно быть небольшим
по сравнению с 13,5 Гц. В общем случае, его длина никогда не должна превышать четверть длины волны
колебаний с самой низкой частотой, проходящих через систему.
Элемент III, или реверберационное устройство, состоящее, как указано выше, из телескопических трубок 4, 5,
имеет внутренний диаметр около трех дюймов и отверстие размером не менее трех восьмых дюйма в центре
торцевой стенки 6, причем отверстие 8, аналогично расположенное в торцевой стенке 7, имеет
приблизительно тот же размер b(). Телескопические трубки 4 и 5 имеют длину от семи до десяти дюймов, при
этом трубка 4, являющаяся частью ударной камеры, в данном случае немного длиннее трубки 5 M5.
Расстояние между торцевыми стенками 6 и 7 реверберационной камеры регулируется таким образом, чтобы
заключенный внутри объем воздуха резонировал по меньшей мере с двумя заданными частотами, которые
предпочтительно находятся в соотношении 1 к 2 или 2 к 3.
Общее правило, которого я придерживаюсь при использовании этого прибора, следующее:
(1) Выберите звуковую частоту, совпадающую с частотой помех, создаваемых громкоговорителем телефона
(биений или искр), и выберите частоту вибраций, которые необходимо устранить.
(2) Настройте реверберационную камеру 9, сдвинув трубку 5 относительно трубки 4 на указанную звуковую
частоту.
(3)
Выберите частоту для прохождения через весь прибор, половина длины волны которой является
целочисленной суммой, кратной половине длины волны 75 Гц частоты, которую необходимо устранить.
Например, если частота, которую необходимо устранить, равна 500 Гц, то частота, которая должна
передаваться через прибор, может быть 1000, 2000, 8000 Гц и т. д. 80 Когда реверберирующее устройство 9
представляет собой цилиндр, оно будет пропускать все такие частоты, если его настройка такова, что
основная частота равна 500 Гц. Или, в качестве альтернативного и более конкретного утверждения, выбрав
звуковую частоту, как указано выше в пункте (1), мы можем (2) отрегулировать реверберационную камеру 9,
перемещая трубку 5 относительно трубки 4, до тех пор, пока указанная трубка не будет иметь свою основную
или верхнюю гармоническую резонансную частоту, равную указанной звуковой частоте, а затем (3) выбрать
частоту для прохождения через весь аппарат, значение которой является целым кратным самой низкой
резонансной частоте 95 камеры 9 и которая путем вычислений или проб показывает максимальную амплитуду
в 9 для энергии сигнала «стационарного» состояния в том же месте, где амплитуда акустического сигнала,
возбуждаемого ударной волной, минимальна.
Когда внезапные или импульсные электрические силы вызывают неимпульсное акустическое возмущение в
громкоговорящем телефоне 1, большая часть энергии возникающей сложной вибрации рассеивается в
ударной камере 2, а оставшаяся в ней энергия вызывает ударное возбуждение воздуха в реверберационной
камере 9, которая будет вибрировать на своей основной частоте и всех ее гармониках. Поскольку
подавляющая часть энергии указанных колебаний, создаваемых в реверберационной камере, содержится в
её основной частоте 115, гармониками этой основной частоты можно пренебречь, так как любая энергия,
содержащаяся в этих гармониках, возбуждаемых акустическим воздействием на реверберационную камеру,
может быть отфильтрована фильтрующими связями IV и VI, а любая неконвертированная энергия от этих
импульсов, слышимая на выходе, будет замаскирована сигналом, поскольку она будет иметь настолько
малую амплитуду, что коэффициент помех сигнала будет очень высоким.
Разумеется, крайне важно, чтобы частота колебаний, возбуждаемых ударной волной, отличалась от частоты
полезных или сигнальных колебаний, и последние могут быть выбраны 130 1 5 255,163 B 55L163 так, чтобы
соответствовать верхней гармонике реверберационной камеры 9 в конфигурации, показанной на рисунке 1,
или, как поясняется в связи с рисунком 11, они могут соответствовать основной частоте указанной
реверберационной камеры. В любом случае частота колебаний сигнала, в случае аппарата, показанного на
рис. 1, должна достаточно отличаться от основной и верхних гармоник реверберационной камеры, чтобы
предотвратить ее существенное возбуждение в указанной камере акустическими ударами.
16 Как видно на рис. 4, длина реверберационной камеры составляет около 6,75 дюймов, и, следовательно, её
основная частота равна 1000 циклам.
Кривая Kn' представляет собой пространственно-ориентированное акустическое движение, составляющее
кинетическую энергию стационарной волны, возникающей в реверберационной камере 9 под действием
негармонического акустического возмущения, создаваемого в ударной камере 2 телефонным
громкоговорителем 1, а также, например, при прерывании цепи, включающей указанный приемник и батарею,
примерно двенадцать раз в секунду, а кривая 1Pm представляет собой изменение пространственного
давления потенциальной энергии указанной волны. Очевидно, что нерегулярные негармонические
возмущения, создаваемые приемником 1 при воздействии на приемную антенну А резких или импульсных
электрических сил, будут преобразованы в !
5
Пространственно-периодические колебания, имеющие в данном случае частоту 1000 циклов в секунду, будут
иметь приблизительно форму, показанную кривыми Kn', Pn', указанными выше.
Частота колебаний акустического сигнала, производимого указанным приемником 1 при воздействии
электромагнитных сигнальных волн на антенну А, контролируется оператором, который, регулируя гетеродин
H, в данном случае может установить указанную частоту колебаний равной 2000 колебаний в секунду. На рис.
4 кривые Kn и Pn представляют собой кривые пространственного движения и давления колебаний указанного
акустического сигнала, и, поскольку два набора акустических волн имеют разные частоты, они, конечно же,
циклически дефазируются вдоль оси реверберационной камеры.
Для улавливания звуковой волны, создаваемой колебаниями сигнала, в точке, где ее амплитуда велика по
сравнению с амплитудой звуковой волны, создаваемой электрическим возмущением, в сочетании с
реверберационной камерой может быть использовано любое подходящее устройство. Например, приемная
трубка 12 может быть расположена относительно реверберационной камеры таким образом, что ее отверстия
находятся в контуре давления или в точке максимальной ординаты кривой Pn и в узле давления кривой Pnl,
так что звук, слышимый на внешнем конце указанной трубки, будет в значительной степени состоять из тона,
производимого колебаниями сигнала, причем энергия p стационарной волны P1n, образованной
возмущениями, будет в значительной степени замаскирована тоном сигнала. Следовательно, при желании на
внешнем конце указанной трубки 12 может быть размещено переводное устройство любого подходящего
типа. Однако я предпочитаю, как указано выше и как будет более подробно объяснено ниже,
отфильтровывать большую часть энергии электрических возмущений 80 путем последовательной передачи
через несколько стационарных устройств разделения волн и преобразовывать акустические сигналы
колебаний обратно в электрические колебания, которые используются для приведения в действие 85
сигнального индикаторного устройства. На рис. 5, где длина камеры 9 показана как 13,5 дюйма, основная
частота реверберационной камеры составляет 500 и соответствует полуволновой длине 90 13,5g.
В этом случае сигнальный тон может иметь частоту 1500, как показано на кривых Pn и Kn.
Трубка 12 расположена таким образом, что ее отверстия 15 находятся в максимуме кривой 95 Pn, в которой
ордината кривой Pnm, хотя и не равна нулю, значительно меньше ординаты кривой Pn. В таком случае
отношение сигнал-помеха может быть достигнуто на желаемом уровне путем последовательных 100 передач
двух наборов волн через стационарные волноразделительные устройства.
На рис. 6 основная частота реверберационной камеры, как и прежде, принята равной 500 Гц, а частота
колебаний сигнала выбрана равной его октаве. В данном случае отверстия 15 трубки 12 могут располагаться
в контуре давления колебаний сигнала и в узле давления колебаний, создаваемых возмущениями.
Разумеется, следует понимать, что приведенные выше значения и размеры являются лишь примерами
различных способов, которыми может быть сконструирован и использован мой аппарат.
Элемент IV, или резонансный фильтр связи, состоящий из двух телескопических трубок 11, 12, внутренний
диаметр которых может составлять от четверти дюйма до половины дюйма, настроен таким образом, чтобы
не создавать препятствий для прохождения звуковых волн с частотой колебаний сигнала и препятствовать
прохождению звуковых волн других частот, таких как звуковые волны, создаваемые в реверберационной
камере электрическими возмущениями. Отверстия 15, 16 вблизи концов этих трубок в данном случае имеют
диаметр не менее одной восьмой дюйма, чем более одной четверти дюйма, и предпочтительно четыре таких
отверстия расположены на расстоянии от южного конца каждой трубки, меньшем ее диаметра. Диаметр
звукоснимающих дисков 17, 18 и 19, 20, а также дисков, расположенных на концах трубок 29, 30 или вблизи
них, предпочтительно составляет приблизительно пятьдесят пять процентов от диаметра реверберационной
камеры 9 или камеры разделения стационарных волн 10.
Расстояние между каждой парой дисков может варьироваться от одной четверти до общего диаметра
отверстий 15, 16, 31, 32. Чем меньше это расстояние, тем сильнее способность акустического фильтра
различать желаемые и нежелаемые стационарные волны. Наименьшее рекомендуемое расстояние
составляет одну шестнадцатую дюйма. Отверстия 15, 16 служат акустическими связями между колебаниями,
возникающими в воздушном столбе реверберационной камеры 9, и колебаниями, возникающими в воздушном
столбе камеры 10, разделяющей стационарные волны. Когда отверстие 15 находится в поперечном сечении
камеры 9, где наблюдается незначительное движение частиц воздуха и значительные колебания давления,
оно передает это давление через трубки 11, 12.
Это произойдет, как показано на рис. 4, на концах камеры 9 или вблизи них при любых условиях и на
расстоянии от любого из концов, равном целочисленному кратному половине длины волны любой
акустической стационарной волны, образованной в ней периодическими колебаниями, которые необходимо
принять.
В данном случае фильтрующая связь 11, 12 настроена на 2000 Гц, и поэтому ее длина составляет
приблизительно 13,5 дюймов между плоскостями, проходящими через отверстия двух рядов отверстий 15, 16.
Очевидно, что чем короче полуволновая длина между точками q, r на рис. 4, где кривая стационарной волны
давления Pn пересекает нулевую ось, тем меньше будет смещение отверстий T)iek-up 15 от максимальной
ординаты 5( указанной кривой, где достигается максимальное действие в трубках 11, 12, до указанных точек
q, r, где создается минимальное действие, — другими словами, настройка стационарной волны более резкая
с точки зрения смещения тела соединительного устройства 11, 12 вдоль оси реверберационной камеры.
Кроме того, звучание улучшается за счет уменьшения расстояния между приемными дисками 17, 18, но при
этом снижается энергия, передаваемая в фильтрующую муфту. Благодаря этому факту становится
возможной широкая настройка с помощью Т-образных звукоснимателей, что будет объяснено далее, когда в
реверберационной камере будут созданы вынужденные акустические колебания, не имеющие постоянной
частоты 66.
Резонансный фильтр-связующее устройство, такое как трубки 11, 12, не является абсолютно необходимым,
но я предпочитаю использовать его для передачи максимально возможного количества энергии колебаний
желаемой частоты на следующий элемент системы, устройство разделения стационарных волн 10.
Элемент V, или разделительная камера для стационарных волн 75, имеет практически ту же конструкцию, что
и эхокамера 9, и должна быть длиной не менее половины длины волны колебаний самой низкой
используемой частоты в воздухе. Его длина регулируется, как более подробно описано ниже, до тех пор, пока
в отверстии, через которое проходит трубка, не будет обнаружен максимальный уровень звука как для
желаемой, так и для нежелаемой частот с помощью стетоскопа или другого устройства для прослушивания. В
этой связи следует помнить, что закрытая трубка, возбуждаемая ударной волной с одного конца, подобно
эхокамере 9, будет вибрировать на своей основной частоте и всех ее гармониках, а также что такая трубка
будет резонировать с устойчивыми сериями волн или колебаний, имеющих частоту своей основной частоты
или любой из ее гармоник.
Следовательно, устройство для разделения стационарных волн будет резонировать с колебаниями
нескольких частот, одновременно присутствующих в нем, как показано на рис. 5, где кривая P11 представляет
собой изменение пространственного давления звуковой волны, полуволновая длина которой составляет
13,511 × 100, а частота, следовательно, равна 500, что является основной частотой указанного устройства;
кривая Pn11 представляет собой изменение пространственного давления колебания, имеющего
полуволновую длину 6,751 × 100, а частота, следовательно, равна 1000, что является октавой или первой
четной гармоникой указанного устройства; и кривая P111 представляет собой изменение пространственного
давления колебания, имеющего полуволновую длину 4,5 × 100, а частота, следовательно, равна 1500, что
является первой нечетной гармоникой указанного устройства.
Анализ рис. 5 покажет, что на торцевой стенке 24 волноразделительной камеры 10 или вблизи нее будет
наблюдаться максимум давления воздуха для каждой частоты, на которой камера находится в резонансе, а
также что в поперечных сечениях указанной камеры, расположенных на расстоянии одной трети, одной
половины или двух третей длины камеры от любого из ее концов, существует область, где любой детектор,
чувствительный к колебаниям воздуха, даст максимальный отклик для вышеупомянутых частот
соответственно.
Предпочтительно, перегородка устанавливается посередине между концами камеры 10 с целью уменьшения
амплитуды основной вибрации, возникающей в ней из-за электрических помех, которые необходимо
устранить.
Одна из различных форм перегородки, которая может быть использована для этой цели, показана на фиг. 1
под номером 25 и представляет собой деревянный диск толщиной около четверти дюйма, снабженный
множеством отверстий 26, каждое из которых имеет диаметр, приблизительно равный пяти процентам от
диаметра перегородки, а общая площадь которых составляет около пятидесяти процентов от площади
указанной перегородки, причем указанные отверстия заполнены пористым звукопоглощающим материалом.
Очевидно, что в камере 10 могут использоваться различные другие формы перегородок, например,
показанная на рисунке 37, а именно, лист войлока или что-то подобное.
Обращаясь, например, к рис. 5, можно заметить, что кривая Plni пересекает нулевую ось в точке,
расположенной посередине между концами трубки, — иными словами, основная частота имеет узел давления
в этой точке, — и что октава, представленная кривой Pu1', имеет петлю давления в той же точке. Если
образование узла давления в основной частоте предотвращается перегородкой, подобной описанной выше,
то основная частота будет разрушена и практически подавлена, поскольку в точке, где такая основная частота
имеет узел давления, она также имеет петлю движения, как показано кривой K-nl, и это движение
разрушается давлением указанной перфорированной диафрагмы. Однако существенного влияния на
стационарную волну давления Pn1I октавы не наблюдается, поскольку диафрагма 25 оказывает очень
незначительное воздействие там, где наблюдается очень малое акустическое движение среди частиц
воздуха, но значительные колебания давления, при этом узел движения (не показан) для октавы находится в
точке, где такая октава имеет петлю давления.
Иными словами, поскольку энергия октавы в этой точке практически вся является потенциальной, а не
кинетической, колебания с частотой 1000 будут проходить через диафрагму, в то время как колебания с
частотой 500, энергия которых в этой точке практически вся является кинетической, будут практически
подавлены.
Разумеется, следует понимать, что использование указанной перегородки является необязательным. При
определенных условиях его использование желательно для устранения «звона», который возникает из-за
тенденции звука сохраняться вследствие непрерывной вибрации воздуха в различных камерах моего
аппарата после того, как входящий сигнал перестал возбуждать акустическую систему. Эта длительная
вибрация при определенных обстоятельствах приводит к слиянию точек и тире телеграфного кода, из-за чего
сигналы иногда трудно считывать.
Этот эффект может быть уменьшен за счет использования более высоких частот для сигнального тона,
применения вышеупомянутой диафрагмы и уменьшения объема используемого воздуха.
Элемент VI или фильтрующее устройство связи, включающее трубки 29; 30 и отражательно-поглощающую
камеру 28, 75 используется для дополнительной фильтрации пространственно-ориентированных
акустических колебаний, создаваемых электрическими помехами. Трубки 29, 30 по конструкции практически
идентичны резонансному фильтру-связующему устройству IV, за исключением того, что в данном случае
торцевая заглушка 42 и звукоснимающие диски 33, 34 могут быть, при желании, исключены. Размеры
отражательно-поглощательной камеры таковы, что ее большая ось приблизительно равна полной длине
волны частоты сигнала. Отверстие 31 трубки 29 расположено в одном из фокусов камеры 28, а
электромагнитный телефонный передатчик 9s 40 или другое преобразующее устройство расположено таким
образом, что его диафрагма или приводной элемент находятся в другом фокусе. Две половины камеры не
обязательно должны соприкасаться, но могут быть разделены расстоянием примерно в полдюйма, и в этом
случае по желанию можно разместить между ними диафрагму из звукопоглощающего материала, например,
войлочный диск 37 или перфорированный деревянный диск 25.
Функция отражательно-поглощающей камеры 28 двояка, а именно: (1) она концентрирует акустическую
энергию в нужном месте для использования в преобразующем или транслирующем устройстве 40, которое
может представлять собой обычный головной телефонный приемник, то есть электромагнитный телефонный
передатчик (предпочтительно не микрофонный передатчик с батареей, включенной последовательно),
который при колебаниях 1000 110 циклов в секунду будет иметь импеданс от 20 000 до 30 000 Ом, но,
очевидно, могут использоваться и другие формы преобразующих устройств, даже микрофонный передатчик с
батареей в цепи. (2) Это позволяет создать стационарную акустическую волну, петли давления которой
оказывают более резкое воздействие на преобразующее устройство 40 при изменении акустической частоты
120, чем в камере 10, разделяющей стационарные волны, или в эхо-камере 9. Штекер 39 используется для
настройки фильтрующего соединительного устройства VI путем небольшого продольного перемещения вдоль
главной оси камеры 28.
Обычно это подавляет высокочастотный сигнал, если перемещение вдоль указанной оси не превышает одной
восьмой дюйма, а изменение частоты на 2,5% будет достаточным для исчезновения пульсации в
преобразовательном устройстве.
Положение отверстия, в которое вставляется описанная выше заглушка 41, лучше всего определять сначала
расчетным путем, а затем проверять эмпирически, и располагать таким образом, чтобы диафрагма или
приводной элемент преобразователя 40 находился приблизительно в одном из фокусов камеры.
Элемент VII, включающий преобразовательное устройство 40 и связанное с ним оборудование, может
представлять собой любую подходящую систему цепей и электрических приборов для преобразования
электрических колебаний, создаваемых передатчиком, в читаемые сигналы. В качестве устройства индикации
сигнала может выступать головной телефон или, если слышимость принимаемого сигнала или звуков
достаточно высока и требуется их запись, это может быть диктофон или аналогичное устройство. Очевидно,
что реусилитель, подробно показанный на рисунке 3, использовать необязательно.
Я предпочитаю обеспечить усиление сигнала в реампере не менее чем в 2000 раз, чтобы добиться
удовлетворительной работы, если уровень сигнала, издаваемого громкоговорителем телефона 1, составляет
не менее 500 единиц. Разумеется, следует понимать, что измеритель слышимости N, хотя и удобен, не
является необходимым для достижения результата, к которому стремится настоящее изобретение.
Работа системы, показанной на рис. 1, осуществляется следующим образом:
Соседние файлы в папке патенты