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Unterwasserschallempfänger.
Gegenstand der Erfindung ist ein Apparat zur Aufnahme von Unterwasserschallsignalen mit einer an das freie Wasser grenzenden Membran und einem mit dieser Membran gekoppelten
Detektor (Mikrophon, elektromagnetischer, elektrodynamischer od. dgl. Detektor).
Die charakteristischen Merkmale dieses Empfängers sind folgende : Der Empfänger ist in eine an die schallübertragende Flüssigkeit grenzende Wand eingesetzt und wenigstens eine
Seile der Membran steht mit dem freien schallübertragenden Wasser in Berührung. Zwischen
Membran und tragende Wand ist ein Ring eingefügt, dessen Gewicht grösser ist (etwa 10 oder mehrmal so gross) als das Gewicht der im nachstehenden erläuterten Eopplungsmasse. Der
Detektor ist mit seinem Gehäuse an der Empfängermembran befestigt.
Er besitzl zwei Elektroden, von denen die eine mit dem Gehäuse über eine schwingungsfähige Membran in Berührung steht, im übrigen aber frei schwingt, während die andere Elektrode mit dem Detektorgehäuse starr verbunden ist und somit mit diesem und der Empfängerlllembran eine gemeinsame Masse, die Kopplungsmasse, bildet. Der Detektor, welcher also ein mit der Empfängermembran ge- koppeltes, aus zwei durch eine Membran verbundenen Massenteilen bestehendes Schwingung- gebilde darstellt, ist so bemessen, dass das Gewichtsverhältnis zwischen seiner frei schwingenden
Masse und der zwischen ihr und der Empfängermembran gemeinsamen Kopplungsmasse höchstens 1 : 10 beträgt.
Die Grösse der Empfängermembran geht zweckmässig über das bei Mikrophonempfangern übliche Mass hinaus, derart, dass der Durchmesser der Membran mehr als 10 C111 beträgt.
Der Schallempfänger nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figur in seinen Einzelheiten erläutert.
In einer Bordwand 1 eines Schiffes ist ein schwerer Metallring. 2 eingenietet. Die durch das Innere des Metallringes begrenzte Fläche der Bordwand ist herausgeschnitten. In die dadurch entstehende Öffnung ragt der Körper 3 des eigentlichen Empfängers hinein, die Öffnung mit der Empfängermembran 4 verschliessend. Die Mitte der Empfängermembran trägt einen Gewindeansatz 5, in welchen der Gehäusekörper 6 des hier als Mikrophon dargestellten
Detektors eingesetzt ist. Dieser Körper ist als schwere massive Metallmasse ausgebildet und weist auf der der Empfängermembran abgekehrten Seite eine Vertiefung auf, die die Körner- kammer bildet. In diese Vertiefung ist zunächst die eine Elektrode ?'eingelassen und der Raum über dieser ist durch einen lsolierring 8 begrenzt.
Der freibleibende Raum 9 wird von den Kohlekörnern ausgefüllt. Die zweite Elektrode 10 wird von einer Membran 11 getragen, deren Flansch 1. 2 auf das Gehäuse 6 aufgeschraubt ist. Wie ersichtlich, besitzt der Detektor zwei Schwingungsmassen, die durch ein elastisches Glied (Membran 11) miteinander verbunden sind, und zwar ist die eine Masse des Detektors die Elektrode 10. in die bekanntlich ein Teil der von ihrem elastischen Träger 11 gebildeten Masse eingeht ; die zweite Masse des Detektors wird gebildet von der Elektrode 7, dem Gehäuse 6 des Detektors und der nach bekannten Gesetzen errechenbare Schwingungsmasse der Empfängermembran 4. zu der eine ebenfalls nach bekannten Gesetzen errechenbare, mit der Empfängermembran mitschwingende Medium- masse hinzukommt.
Bei der Bemessung dieser Massen ist darauf Bedacht genommen, dass das Gewichtsverhältnis zwischen den zuvor beschriebenen beiden Detektormassen etwa 1 : 10 beträgt.
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Die die Empfängermembran nach aussen begrenzende Randmasse, die im wesentlichen von dem Hing 2 und dem Körper 3 gebildet wird, muss so gross sein, dass ihr Gewicht grösser ist (etwa zehn-oder mehrmal so gross) als das Gewicht der Kopplungsmasse der Membran. Der Empfänger ist nach hinten durch eine Platte 13 abgeschlossen. Die bei 14 und 15 angedeuteten Zuführungen zum Detektor sind in beliebiger bekannter Weise durch eine Dichtung in das Gehäuse eingeführt.
Die Vorteile dieser Einrichtung sind folgende : Durch die Verwendung einer Empfänger- membran- von der oben angegebenen Mindestgrösse wird erreicht, dass der Empfänger eine gute Strahlungsdämpfung und somit ein gutes Aufnahmevermögen für durch das Wasser ankommende Schallwellen besitzt. Eine grosse Strahlungsdämpfung bedeutet aber anderseits eine relativ breite Resonanzkurve der Empfängermembran, und dies bedeutet wiederum, dass der Empfänger befähigt ist, einen ziemlich breiten Bereich des akustischen Spektrums (zirka 200 zusammenhängende ganzzahlige Frequenzen bei einer mittleren Resonanzfrequenz von 1000 Per./sek.) mit gutem Wirkungsgrad aufzunehmen.
In dieser Richtung wirkt vorteilhaft noch der Umstand, dass auch der Detektor ein mit der Empfängermembran gekoppeltes Schwingungsgebilde ist, so dass der gesamte Apparat ein zweiwelliges System darstellt. Wenn man nun die Empfängermembran und den Detektor beide an und für sich auf die Mitte des aufzunehmenden Frequenzenbereiches abstimmt, dann verteilen sich die beiden entstehenden Kopplungsfrequenzengebiete zu beiden Seiten dieser mittleren Abstimmung. Damit wird im wesentlichen der breite Wirkungsbereich des Empfängers erzielt. Nun darf diese Kopplung allerdings nicht beliebig gemacht werden. Wenn sie zu fest ist, dann bildet sich in der Mitte zwischen den beiden Kopplungsresonanzen ein Bereich aus, in welchem die Resonanzamplitude des Empfängers sehr niedrig wird, der Empfänger also schlecht aufnimmt.
Um das zu vermeiden, darf die Kopplung nicht wesentlich grösser als 400/, werden, und dazu dient das eingangs erwähnte Gewichtsverhältnis zwischen den beiden oben näher beschriebenen Detektormassen, denn diese beiden Massen und ihr Verhältnis zueinander bestimmen den Kopplungsgrad des Detektors mit der Empfängermembran und man hat es in der Hand. lediglich durch die Bemessung des Gewichtsverhältnisses zwischen diesen beiden Massen die Kopplung beliebig einzustellen.
Voraussetzung hiefür ist aber wiederum, dass die dritte wesentliche Masse des aus den beiden gekoppelten Schwingungsgebilden (Detektor + Empfängermembran) bestehenden Systems, nämlich die Randmasse 2 und 3 der Membran 4. gross ist gegenüber den übrigen schwingenden Massen des Systems, weil sonst nach der'bekannten Kopplungsformel solcher Gebilde auch die Grösse dieser Randmasse für den Kopplungskoeffizienten wesentlich mitbestimmend ist.
Wenn so die grosse Randmasse eine Notwendigkeit ist für die Schaffung klarer Kopplungsverhältnisse. so bietet sie anderseits noch den Vorteil, dass sie die abge- stimmten schwingenden Teile des Empfängers selbst völlig gegen die umgebende Bordwand akustisch abschirmt. Das aber hat wiederum zwei bedeutungsvolle Vorteile zur Folge, nämlich einerseits den Vorteil, dass schädliche Schwingungen aus der Bordwand nicht auf die Empfängermembran übertragen werden und anderseits, dass die Bordwand selbst nicht in schädlicher Weise dem schwingenden System Energie entzieht.
In der Figur ist die Randmasse der Empfängermembran als aus zwei Teilen, 2 und 3 zusammengesetzt dargestellt. Hiebei kann nach Belieben des Konstrukteurs diese Masse entweder in der Hauptsache in den Flanschring. 2 oder in den Körper 8 verlegt sein. Letzteres ist vorzuziehen und zwar wird dann gemäss der Erfindung diese Randmasse zusammen mit der Membran 4 aus einem Stück hergestellt, um alle schädlichen Verluste durch zwischengeschaltetes Abdichtungsmaterial oder durch andere Befestigungsstellen zu vermeiden.
Das Beispiel der Figur zeigt einen Empfänger, dessen Membran 4 nur auf einer Seite vom schallübertragenden Wasser benetzt wird. Die Merkmale der Erfindung können aber auch auf solche Empfänger Anwendung finden, bei denen die Membran 4 auf beiden Seiten vom Wasser benetzt wird und bei denen der Detektor in eine für sich geschlossene, in der Mitte der Membran angebrachte Kapsel eingesetzt ist. Solche Empfänger dienen, da sie polar ansprechen, zur Richtungsbestimmung von Schallwellen.
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