Karl Verner/Apparat til fonometriske undersøgelser

by Rudolf Werner

Beskrivelse af Karl Verners apparat til fonometriske undersøgelser

ved

maskiningeniør Rudolf Werner.

Karl Verners apparat til fonometriske undersøgelser består af en Edisons fonograf med staniol, på hvilken er anbragt 2 måleapparater til måling af staniolindtrykkene på fonografvalsen, et til målinger i retning af valsens periferi og et til målinger i radial retning. Fonografen og dens benyttelse forudsættes bekendt. Begge de omtalte apparater er indrettede til overordentlig fine målinger og anbragte således, at de med lethed kunne sættes i forbindelse eller ud af forbindelse med fonografens valse. Fig. I er en skematisk fremstilling af måleapparatet til målinger i retning af valsens periferi. På skitsen er 1 fonografvalsen, på hvis øverste kant den i snittet viste bølgeformige linie i outreret mål viser staniolet „ladet“ d. v. s. forsynet med indtryk frembragte ved at tale i fonografen. Gennem de på skitsen viste tandhjul og skruer er der etableret et bevægelsesforhold mellem fonografvalsen 1 og en aksel 2, der er således, at der til 1 omdrejning af valsen svarer 1344 omdrejninger af aksel 2.

Fig. I.

På sidstnævnte aksel er anbragt en inddelt måleskive 3, der efter den större eller mindre nöjagtighed med hvilken målingerne ønskes foretaget, kan være inddelt i et större eller mindre antal dele. Man tænke sig, at måleskivens omkreds er inddelt i 100 dele. Efter det ovenstående vil én fuld omdrejning af måleskiven frembringe en delvis roterende bevægelse af valsen, en vinkel-drejning af denne = ${\frac {1}{1344}}$ × 360° = 0,2679°. Ved en delvis drejning af måleskiven f. eks. ved ${\frac {1}{100}}$ omdrejning (3,6°) vil der frembringes en vinkeldrejning af valsen af kun ${\frac {1}{100}}$ × ${\frac {1}{1344}}$ × 3609 = 0,002679°. Ved fremstilling i större målestok af staniolindtrykkene har K. V. af bekvemlighedshensyn tegnet disse over en ret linje svarende til en udfoldet periferilinje, der falder sammen med bølgelinjens middellinje^[1]. Da diametret af ligevægtslinjen gennem bølgeindtrykkene på K. V.'s apparat er ca. 142½ m/m, svarer de ovenfor anførte vinkeldrejninger af fonografvalsen = 0,2679° og 0,002679° til en retlinet forskydning af henholdsvis ${\frac {142{\frac {1}{2}}\times \pi }{1344}}=\sim {\frac {448}{1344}}={\frac {1}{3}}$ m/m og ${\frac {142{\frac {1}{2}}\times \pi }{1344\times 100}}=\sim {\frac {448}{134900}}={\frac {1}{300}}$ m/m. Som anført kan der anbringes måleskiver på akslen 2 med et vilkårligt antal dele på omkresen; og det vil da være indlysende, at man ved at dreje disse er i stand til at frembringe en hvilken som helst ønsket större eller mindre rundgående bevægelse af valsen (vinkeldrejning) og at fremstille i diagrammer den dertil svarende retlinede forskydning af bølgelinien.

Når der i det foregående er talt om, at aflæsningen kan foretages med större eller mindre nöjagtighed, vil dette simpelt hen sige, at man med en vis nöjagtighed kan fremstille staniolindtrykkene i en större eller mindre målestok. Når der således er anført, at man, ved successiv at dreje måleskiven en deling ad gangen, derved kan fremskyde bølgeindtrykkene under nålen ${\frac {1}{300}}$, ${\frac {2}{300}}$, ${\frac {3}{300}}$ m/m o. s. v., er det indlysende, at en grafisk fremstilling af bølgelinjen, ved hvilken man erstatter måleenheden ${\frac {1}{300}}$ m/m med 1 m/m, vil give et 300 gange forstörret billede af denne, hvis man også for bølgehöjderne, målt med det nedenfor beskrevne måleapparat, anvender den samme måleenhed.

Anbringes der et sted uden for valsen et fast måleapparat til radial måling af bølgelinjen, er det klart, at man ved drejning af valsen, ved hjælp af måleskiven, på hvilket som helst sted af bølgelinjen kan måle dennes lodrette afvigelse fra middellinjen. Dette måleapparat er anskueliggjort ved fig. II. En lodret styret nål 1, hvis nederste ende er af nöjagtig samme form og tykkelse som den tap, der har frembragt staniolindtrykkene, hviler med denne ende på det bølgeformede spor. På øverste ende af den styrede nål hviler det korte fremspring på

Fig. II.

bagsiden af et vippespejl 2., der vipper om den antydede akse. Spejlets tyngdepunkt er således beliggende, at fremspringet på bagsiden trykker ganske let på nålens øverste ende. En drejning af fonografvalsen bringer de bølgeformede indtryk i staniolet til at passere hen under nålen, der derved løftes eller sænkes og bringer vippespejlet til at afvige mere eller mindre fra det lodrette plan. Bølgelinjens lodrette afvigelser fra middellinjen omsættes altså til en vinkelbevægelse. Ved hjælp af en astronomisk kikkert 3. kan man nu, på samme måde som ved spejlgalvanoskoper, måle spejlets vinkelbevægelse og derved også nålens lodrette bevægelse d. e. bølgelinjens lodrette afvigelse fra middellinjen. For bekvemt at kunne foretage målingerne, er kikkerten anbragt så tæt ved spejlet, at iagttageren kan dreje måleskiven uden at afbryde iagttagelsen. Af samme grund er kikkerten ikke rettet lodret mod spejlet, som ved spejlgalvonoskoper, men stillet i en passende vandret vinkelafvigelse fra linjen lodret på spejlets midte. Derved opnåes, at det spejlbillede af en i længere afstand fra apparatet opstillet målestok 4., som ses i kikkerten, ikke dækkes af iagttageren. Vippespejlets bevægelsesforhold er således, at en lodret bevægelse af nålen = ½ m/m bevirker, at spejlet gör et vinkeludslag på ca. 10°. Da lysstrålens indfaldsvinkel på spejlet er = udfaldsvinklen, vil lysstrålen fra målestokken til spejlet, ligesom ved spejlgalvanoskoper, gennemløbe den dobbelte vinkel, i dette tilfælde altså 20°. Er målestokken opstillet i en vinkelret afstand af 5 meter fra midtlinjen gennem spejlets akse, og således, at dens spejlbillede ses i kikkerten, hvilket let lader sig göre i en stue af alm. dimensioner, vil man, når vippespejlet gör et totalt udslag af 10°, i kikkerten se, at spejlbilledet af målestokken løfter og sænker sig i et sådant forhold, at den vandrette tråd i kikkertens okular dækker henholdsvis nederste og øverste ende af målestokkens spejlbillede, når denne har en höjde af ca. 1,750 meter, og er indstillet i en passende höjde over gulvet. Når målestokken er inddelt i 150 dele, således at 75 dele er over og 75 dele under en nullinje, og man samtidigt med at afsætte mærkerne på målestokken har indfört en mindre korrektion for bevægelsesomsætningen, vil man gennem kikkerten kunne aflæse direkte de lodrette afvigelser med en nöjagtighed af ¹/₃₀₀ m/m. Det er indlysende, at man vil kunne aflæse afvigelserne med större eller mindre nöjagtighed ved at anbringe målestokken i större eller mindre afstand fra vippespejlet og ved at inddele målestokken i et större eller færre antal dele, forudsat dog at kikkertens konstruktion tillader iagttagelsen af den finere inddeling på målestokken. Fremgangsmåden ved benyttelsen af K. V.'s apparat er følgende: Ved valg af passende måleskive, målestok og dennes afstand fra vippespejlet har man forud bestemt med hvilken nöjagtighed man vil måle bølgelinjen. Målestokken indstilles nu i en sådan höjde over gulvet, at midten af dens spejlbillede (nullinjen), som iagttages i kikkerten, afviger lige meget over og under den vandrette trådlinje i kikkertens okular, når vippespejlet bringes i svingninger ved at dreje nogle omgange på måleskiven. Denne opstilling opnåes let ved forsøg. Apparatet er nu indstillet og aflæsningen af bølgelinjens afvigelser kan foretages. På en papirstrimmel afsætter man ud fra en vandret linje de i kikkerten

Fig. III (1/6 natulig störrelse).

aflæste lodrette afvigelser, efterhånden som man ved drejning af måleskiven fremskyder bølgelinjen under nålen. Man får da som vist i fig. III bestemt så mange punkter af bølgelinjen, at det bliver let at drage en linje gennem disse og således fremstille en tro gengivelse af den i större målestok. Fig. III er en gengivelse af et i K. V.'s efterladte papirer fundet bølgediagram og er efter påtegningen et brudstykke af et „e“ i ordet „ské“. Ved dette bølgediagram, som overhovedet ved alle, som K. V. har udarbejdet, har han ikke benyttet den samme forstörrelse for bølgelinjens vandrette og lodrette mål^[2], men anvendt en betydelig större forstörrelse for bølgelinjens lodrette mål, åbenbart for derved at opnå, at afvigelser i de på hinanden følgende bølgers form blev stærkt iöjnefaldende. Billedet fremtræder derfor ikke som en naturtro gengivelse af staniolindtrykkene men som et stærkt sammentrængt billede af bølgelinjen.

1. I et brev til Forchhammer af 17—12—1889 siger K. V.: „Jeg omtalte til Dem og viste Dem på tegningerne, at lydperiodens bølger ikke ligger i en lige linje, idet membranen, foruden at foretage de ved lyden bevirkede svingninger, samtidigt foretager private vugninger op og ned, så at lydbølgerne kommer til at ligge op og ned ad lange mer eller mindre stejle bølger, der imidlertid er så flade, at det forholdsvis lille stykke, en lydperiode indtager, uden synderlig fejl kan betragtes som en lige linje, men denne lige linje kan ingenlunde betragtes som liggende paralel med ligevægtslinjen, der må være en lige linje, til hvilken også ordinaterne til membranens private vugningskurve står perpendikulære . . . . Mit aflæseapparat giver med sit 0-punkt i kikkerten, fra hvilket den lodrette afstand opad og nedad til kurvelinjen regnes, efter min mening den rette linje, der er ≠ med den ubekendte ligevægtslinje.“
2. Af K. V.'s breve fremgår, at han som regel har anvendt ca. 62 gange forstörrelse for bølgelængder og ca. 2400 gange forstörrelse for bølgehöjderne.