Пневматический или гидравлический генератор звуковых или ультразвуковых колебаний Советский патент 1950 года по МПК G08B3/06 

Известные генераторы звуковых колебаний, используемые в духовых музыкальных- инструментах или в качестве звука для специальных целей, дороги и сложны по устройству, охватывают малый диапазон частот, имеют низкий к. п. д., маломощны. Перечисленные недостатки препятствуют практическому использованию этих генераторов.

Предлагаемый генератор предназначен для работы при значительной разности давлений какого-либо газа, пара или жидкости, вследствие чего он может быть применен в широких областях техники.

Предлагаемый генератор изображен на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Основным элементом генератора является эластичная мембрана / с отверстием 2 в середине, которая может быть выполнена из различных материалов в зависимости от назначения устройства и условий работбг (разность давлений, частота колебаний, мощность колебаний, состав газа, пара или жидкости и т. д.).

Над мембраной / имеется замкнутая камера 3, наружные стенки 4 которой могут быть сделаны из жесткого или эластичного материала в зависимости от назначения. Под мембраной концентрически расположена трубка 5, верхний конец 8 которой имеет увеличенный или уменьшенный диаметр и упирается в мембрану. Трубка может опускаться и подниматься по отношению к мембране и тем самым упираться в нее с большей или меньшей силой. Устройство для передвижения трубки 5 может быть любым (на фиг. 1-8 трубка ввинчивается или вывинчивается на резьбе 6).

Внутри трубки на некотором расстоянии от верхнего конца имеется суженная часть с отверстием 7, диаметр которого зависит от назначения устройства и условий работы. На работу устройства в известной степени влияет не только величина отверстия 7, но и объем камеры 9.

Ко11центрически с трубкой 5 расположена камера Я ограниченная

стенкой 10, в которую вставлена .трубка //. Края мембраны жестко закреплены между верхней крышкой 4 и нижней 10. Крепление их может быть любой конструкции.

Применительно к воздуху предлагаемый генератор действует следующим образом.

В трубке // (фиг. 1) и, следовательно, в камере 9 создается давление, большее, чем в трубке 5 (трубка 5 должна быть продвинута - ввинчена к мембране так, чтобы несколько нажимать на нее - натянуть мембрану). Так как трубка 5 с низким давлением через отверстия 7 и 2 соединена с камерой 3, то из этой камеры выйдет воздух и там установится давление, близкое к давлению в трубке 5. Так как под мембраной в камере 9 в это время давление выше, чем в камере 3, то мембрана поднимается. Сила, действуюшая в этот момент на мембрану, должна быть больше, чем сила, с которой мембрана давит вниз благодаря своей упругости. Это соотношение между силами зависит от плош.ади мембраны, разности давлений воздуха, упругрсти мембраны, степени ее натяжения ввинчиванием трубки 5 и легко поддается расчету и регулировке.

Как только мембрана поднимется, образуется зазор между верхним краем трубки 5 и мембраной, в который и устремится воздух, так как давление в камере 9 выше, чем в камере 5 (фиг. 2). Воздух из камеры Я попадая через отверстие 2 в камеру 3, повышает там давление и благодаря этому мембрана опускается и закрывает зазор между мембраной 1 и краем трубки 5, прекращая поступление воздуха в камеру 3. Однако давление в камере 3 опять сейчас же понижается, так как воздух уходит через отверстие 7 в трубку 5. От понижения давления в камере 3 мембрана снова поднимается вверх и весь процесс повторяется сначала.

Частота колебаний мембраны будет зависеть от целого ряда причин. Наиболее существенные из них -

это объем камеры 3, диаметр мембраны /, размер отверстий 2 и 7, разность давлений в камере 9 и трубке 5, диаметр верхнего конца трубки 5 и т. д.

Периодическое изменение давления в камере 3 можно использовать, приводя в колебательное движение эластичную мембрану 12, от которой колебания будут перемещаться во внещнюю среду.

Если имеется избыточное давление сверх атмосферы, то оно подводится к трубе 11, а из трубки 5 толчками выбрасывается в атмосферу воздух, который можно также использовать для дополнительных колебаний, поставив на его пути отражатель и направив этот звук в желаемом направлении (например, в обратную сторону, чтобы усилить звук от мембраны 12.

Если генератор должен -.действовать от вакуума, то вакуум-насос присоединяется к трубке 5 и воздух засасывается из атмосферы через трубку Ih В этом случае отпадает надобность в крыщке 10. Эту крышку можно убрать совсем и вместо нее оставить только скобу для закрепления трубки 5. В этом случае звуковые колебания, получаемые непосредственно от мембраны /, могут быть с помощью отражателя направлены также в желаемом направлении.

Видоизмененная конструкция генератора, обеспечивающая меньший расход воздуха, изображена на фиг. 3, 4 и 5.

На верхнем конце трубки 5 имеется диск 17 особой конструкции, снабженный рядом расположенных по окружности выступов 13, в которых имеются отверстия 14. Между выступами на диске имеются свободные пространства 15. Выше над диском . расположена крышка 4, имеющая вторую мембрану 12. Эта крышка с мембраной образует камеру 3. На трубке 5 навинчена гайка 16 с контргайкой. Диаметр гайки- 16 больше отверстия 2 в мембране. Устройство действует от разности давлений, причем давление в

трубке 5 должно быть меньше, чем под мембраной /.

Мембрану предварительно натягивают подвинчиванием гайки 16. При этом края центрального отверстия мембраны упираются в гайку с некоторой силой (фиг. 3), не прикасаясь, однако, к выступам 13 на диске 17.

При включении устройства из-за разности давлений воздух из камеры 9 уходит через отверстие 14 и поступает в камеру 3, а оттуда через отверстие 7 - в трубку 5. От понижения давления в камере 9 мембрана / поднимется вверх и закроет отверстие 14 (фиг. 4). Одновременно с этим образуется зазор между мембраной / и гайкой16. Через этот зазор воздух устремится в камеру 9-и мгновенно заполнит ее. Давление в камере 9 повысится и тогда упругая мембрана опустится вниз и закроет доступ воздуха в камеру 9. Опустившаяся мембрана откроет отверстие 14 и вслед за этим воздух из камеры 9 уйдет в - камеру 3 и далее в трубку 5. Затем весь процесс повторяется.

При открывании отверстия для впуска воздуха закрываются отверстия для отсасывания, а при открывании отверстий для отсасывания закрывается впуск, что значительно сокращает непроизводительный расход воздуха. Величину амплитуды . колебаний можно регулировать гайкой 16. Изменение давления в камере 3 используется мембраной 12 в крышке 4, а колебания давления в камере 3 можно значительно усилить подбором величины отверстия 7.

В описанных двух вариантах генератора, колебания мембраны происходят от взаимного действия двух сил - одной, возникающей о г разности давлений, другой - от упругости мембраны.

Генератор, в котором крлебания происходят от воздействия только разности давлений, независимо от упругости мембраны, схематически изображен на фиг. 6, 7 и 8.

Здесь мембрана / не имеет отверстия в центре, зато имеет несколько отверстий 2, расположенных по окружности, недалеко от центра.

Мембрана, изобрал-сенная на фиг. 6 и 7-металлическая, поэтому по ее краям имеется гофр 21. Снизу мембрана снабжена тонким кольцом 19 с буртиком, которое жестко скреплено с мембраной без зазоров.

Сверху мембрана закрыта крыщкой 4, в которой также имеется мембрана 12. Под мембраной / расположена вторая крышка 10 с трубкой // сбоку и трубкой 5 в середине. Внутри крыщки 10 имеется кольцо J8, большее по диаметру, чем кольцо 19. расположенное концентрически с трубкой 5 и имеющее буртик. Этот буртик находится над буртиком кольца 19 на мембране, между этими буртиками образуется зазор при движении мембраны / вниз. При продвижении мембраны / вверх буртики соприкасаются и зазор исчезает.

Трубка 5 подвил на в вертикальном направлении (при помощи, резьбы). С помощью этой трубки можно регулировать амплитуду колебаний мембраны /, так как при движении мембраны вверх это движение ограничивается буртиком кольца 18, а при движении вниз - верхним концом трубки 5. Все это устройство действует также от разности давлений. Давление в трубке // и камере 20 должно быть ниже, чем в трубке 5.

Этот генератор действует следующим образом.

В г ервый момент, когда в трубке // и камере 20 образуется меньшее давление, чем в трубке 5, мембрана / из-за того, что давление в камере 3 больше, чем в камере 20, опустится вниз и закроет верхний конец трубки 5. Доступ возду.уа из трубки 5 в камеру 9 прекратится, а вслед за этим воздух из камеры 3 уйдет через отверстия 2 в камеру Р и далее через зазор буртиками колец 18 и 19 в камеру 20 и трубку //. Давление в камере 3

становится близким к давлению в камерах 9 и 20. Создается положение, при котором давление в трубке 5 выше, чем в камере 3. Это толкает мембрану вверх. При движении мембраны вверх зазор между кольцами 18 и 19 перекрывается и камера 20 отделяется от камеры 9. Воздух заполняет камеры 5 и 5, не гузоникая в камеру 20. Давление в камере 3 повышается, что заставляет мембрану / опуститься вниз, так как в камере 20 давление более низкое. При опускании мембраны вниз верхнее отверстие трубки 5 снова закрывается и процесс повторяется. Разумеется, что все это происходит очень быстро, и мембрана не может задерживаться ни в одном из промежуточных положений.

Мембрана может быть изготовлена не только из металла, но и из эластичного материала, например или резины, и в этом случае кольцо 19 с буртиком сочетается с ней так, как изображено на фиг. 8.

Для получения более высоких частот деталь 19 (фиг. 8) должна быть более тонкой и легкой: изготовление ее, например из дюралюминия дает хорошие результаты.

Предмет изобретения

1.Пневматический или гидравлический генератор звуковых или ультразвуковых колебаний, в котором колебательным органом является мембрана, имеюшая с одной стороны замкнутую или частично открытую камеру, стенки которой могут быть эластичными, с целью передачи колебаний во внешнюю среду, а с другой стороны-концентрически установленную трубку с пониженным давлением внутри ее, упираюшуюся в мембрану и создаюшую некоторое натяжение последней, отличающийся тем, что мембрана имеет в центре отверстие против трубки и что колебания мембраны обусловлены периодическим изменением давления внутри замкнутой верхней камеры.

2.Форма выполнения генератора по п. 1, отличающаяся тем, что,

с целью уменьшения расхода воздуха, в центре мембраны помещен стержень (или трубка) диаметром меньше, чем диаметр отверстия мембраны, оканчивающийся с одного конца диском несколько больщего диаметра, чем отверстие мембраны, а с другого-переходящий в диск, равный по диаметру мембране, имеющий по окружности расположенные со стороны мембраны выступы с отверстиями посредине и имеющий по другую сторону от мембраны камеру с пониженным давлением, в которую порциями поступает воздух через отверстия в диске в моменты, когда они не закрыты колеблющейся мембраной, колебания которой, в свою очередь, вызываются периодическим изменением давления в пространстве между -больщим диском и мембраной.

3. Форма выполнения генератора по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что мембрана его имеет ряд расположенных по окружности на некотором расстоянии от центра отверстий, за которым ближе к периферии расположено с одной стороны от мембраны кольцо с буртиком, а с другой - замкнутая камера, стенки которой могут быть эластичными, с целью передачи колебаний во внещнюю среду; со стороны конца мембраны расположена крышка с прикрепленным к ней кольцом, имеющим буртик, сцепляющийся с круговым буртиком мембраны. В середине крышки расположена концентрическая трубка с повышенным давлением внутри нее, одним концом не доходящая до мембраны на величину амплитуды ее колебания, а в боковой стороне крышки расположена другая трубка с пониженным давлением. Колебания мембраны происходят от изменения давления в камерах, расположенных по обе стороны мембраны, а изменения давлений в камерах, в свою очередь, обусловлены колебаниями мембраны, вызывающими периодический впуск и удаление воздуха из этих камер независимо от упругости мембраны.

4 3 12 2i

9865

V 2

Фаг. 4

tQ 18 19 -5

10 11 t fZ 3 2r

L;;;WJ

20 fS IS 5

tPuz 8