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Einrichtung zur Ermittlung des Ortes einer #Schallquelle,
Insbesondere des Standortes eines Geschützes
Den Gegenstand des Stammpatentes Nr. 160217 bildet eine Einrichtung zur Ermittlung des Ortes einer Schallquelle, insbesondere des Standortes eines Geschützes, bei der an jeder Messstelle zwei oder mehr Mikrophone vorgesehen sind und das der gesuchten Schallquelle am nächsten liegende Mikrophon (Hauptmikrophon) mit einer Relaisanordnung in Verbindung steht, durch die es nach der Aufnahme eines Schallwellen71 :
ges vorübergehend von der Messstelle getrennt wird, und statt dessen eine Verbindung zwischen einem oder mehreren anderen Mikrophonen (Nebenmikrophonen) und der Messstelle für eine vorzugsweise einstellbare Zeitdauer hergestellt wird. Durch diese Einrichtung wird erreicht, dass von den Schallwellenzügen, die zuerst das Hauptmikrophon erreichen, von den Nebenmikrophanen nur die zur Aufnahme an die Messstelle weitergeieitpt werden, deren Fortpnanzungsrichtung mit der Verbindungslinie zwischen HaupL-und Nebenmikrophon einen Winkel bildet, der innerhalb zweier Grenzen liegt, die durch die Verzögerung der Ein-und Ausschaltung der Nebenmikrophone gegeben sind.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass das Hauptmikrophon und die damit verbundene Relaisanordnung auch durch Schallwellenzüge in Betrieb gesetzt werden können, die zuerst zu den Nebenmikrophonen gelangt sind. Diese werden zwar von den Nebenmikrophonen der Messstelle nicht zur Aufnahme zugeleitet, sie bewirken jedoch für eine vom Abstand der Nebenmikrophone vom Hauptmikrophon und der Einstellung der Relaisanordnung abhängenden Zeit eine Aufnahmesperre für Schallwellen aus dem Winkelraum, aus dem zu empfangen die Aufgabe der Messstelle ist.
Die Anordnung hat ferner den Nachteil, dass die Nebel1mikrophoue nicht nur Schallwellen- züge der Messstelle zur Aufnahme übermitteln, die aus dem zu überwachenden Winkelraum gekommen sind, sondern, wie in der Beschreibung des Stammpatentes ausführlich auseinander- gesetzt ist, auch die Aufzeichnung von Schallwellenzügen bewirken, die aus beliebigen Rich- tungen während der Aufnahmezeit des Nebenmikrophons zu diesem gelangen. Dadurch wird besonders bei sehr rascher Folge der Detonationen die Auswertung der Aufzeichnungen ausser- ordentlich erschwert.
Es ist dabei zu berücksichtigen, dass auch die im eigenen Frontabschnitt feuernden Batterien und explodierenden Granaten die Mikrophone unter Umstanden ebenso stark erregen, wie die in bedeutend grösserem Abstand feuernden feindlichen Batterien.
Dn Gegenstand der Erfindung bildet deshalb eine Einrichtung, bei der diese Nachteile dadurch vermieden werden, dass das Hauptmikrophon oder die Nebenmikrophone bzw. alle
Mikrophone mit an sich bekannten Einrichtungen versehen sind, durch die der Empfang von Schallwellen auf einen bestimmten Winkelbereich beschränkt wird Dabei ist es unter Umständen ausreichend, den Empfang aus den unerwünschten Richtungen stark zu dämpfen.
Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes ist in Abb. I ein Ausführungsbeispiel schema- tisch wiedergegeben. Das Hauptmikrophon lYf1J das in geringem Abstand von der, Front F
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den Strich a dargestellt.
Abb. 3 zeigt in derselben Darstellung den im Stammpatent behandelten F ;, hei rem durch entsprechende Einstellung der Relaisanordnung der Empfangsbereich der Mikrophone M1, M2 auf zwei symmetrisch zur Strecke M1-M2 liegende Winkelräume dadurch begrenzt wird, dass das Nebenmikrophon M2 früher als in dem zuerst behandelten Fall wieder abgeschaltet wird.
Auch diese Anordnung hat den Nachteil, dass das Hauptmikrophon von Schallwellenzügen aus alle ! 1 Richtungen in Betrieb gesetzt werden kann und dass das Nebenmikrophon während seiner Aufnahmezeit Schallwellen aus allen Richtungen empfängt.
Demgegenüber weist die Anordnung gemäss der Erfindung, die in der Abb. 4 ebenso dar-
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das durch entsprechende Formgebung und Abschirmung gegen seitliche Schallwellen so eingerichtet ist, dass es nur Schallwellen aus dem Winkelraum #12 empfangen kann. Dadurch wird unnötiges Ansprechen des Hauptmikrophons und seiner Relaisanordnung vermieden.
Auch diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass von dem Nebenmikrophon Schallwellen aus aller Richtungen der Messstelle während der Aufnahmezeit des Nebenmikrophons zugeleitet werden.
Gemäss Abb. 5 ist dieser Nachteil dadurch vermieden, dass beim Nebenmikrophon Einrichtungen vorgesehen sind, durch die sein Empfangsbereich auf den Winkelraum #12 beschränkt wird. Es ist dabei angenouimen, dass das Hauptmikrophon M1 aus allen Richtungen empfangen kann. Es ist also damit zu rechner., dass das Hauptmikrophon öfter anspricht als erwünscht.
Erfindungsgemäss wird deshalb im allgemeinen, wie in Abb. 6 dargestellt, sowohl beim Haupt-als auch beim Nebenmikrophon durch entsprechende Einrichtungen der Empfang auf den Winkel raum ( {J12 beschränkt. Dadurch wird erreicht, dass das Hauptmikrophon die Relaisanordnung nur auf Veranlassung von Schallwellen, die aus diesem Winkelbereich kommen, in Betrieb setzt, und dass das Nebenmikrophon nur Schallwellen zur Aufzeichnung bringt, die ebenfalls aus diesem Bereich stammen.
Aus dem Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen der Front des Schallwellenzuges beim Hauptmikrophon Mi und beim Nebenmikrophon Mg kann man bekanntlich den Winkel aus- rechnen, den die Fortpflanzungsrichtung der Schallwelle mit der Strecke Mi-M bildet. Es bleibt jedoch unentschieden, ob die Schallwelle unter diesem Winkel von links oder von rechts sich der Strecke Mi-Mg angenähert hat.
Erfindungsgemäss wird deshalb, wie in Abb. 7 sche- matisch wiedergegeben, der Winkel, aus dem das Nebenmikrophon M2 empfangen kann, auf einen entweder ganz links oder ganz rechts von der Strecke Mi-Mg, deren Richtung durch die stark ausgezogene Linie im Kreisring 2, die der Linie a. in der Abb. 2-entspricht, angedeutet
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eindeutig die Fortpflanzungsrichtung des Schalles ergibt.
In manchen Fällen wird man sogar den Empfangswinkel des Nebenmikrophons 1ft noch kleiner als is/2 wählen, wenn beispielsweise der Standort des Geschützes ungefähr bekannt ist.
Man kann erfindungsgemäss auch Einrichtungen vorsehen, durch die der Empiangswinkel
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suchten Standortes ungefähr bestimmt worden ist, die weitere Überwachung auf einen kleineren Winkelbereich beschränkt werden kann. Dadurch werden die zur genauen Aufnahme des Standortes erforderlichen Aufzeichnungen wegen der geringeren Zahl von aufgenommenen Schallwellen bedeutend übersichtlicher und leichter auswertbar. Dabei kann, wie in Abb. 8 dargestellt, der Empfangswinkel des Hauptmikrophons und der durch die Einstellung der Relaisanordnung bedingte Winkel #12 unverändert gelassen werden.
In den meisten Fällen wird es jedoch vorteilhafter sein, nachdem einmal die ungefähre Richtung der gesuchten Schallquelle ermittelt ist, den Empfangswinkel des Hauptmikrophons Mt ebenfalls zu beschränken und es auf die gesuchte Schallquelle zu richten. dieser in Abb. 9 dargestellten Anordnung müssen die Empfangswinkel von Haupt-und Nebenmikro- phon einander nicht gleich sein.
Es hat sich sogar in vielen Fällen als zweckmässig erwiesen, den Empfangswinkel des Hauptmikrophons etwas grösser zu wählen als den des Nebenmikrophons und das Gelände dadurch abzusuchen, dass man die Empfangsrichtung des Nebenmikrophons um kleine Winkel zu beiden Seiten der mutmasslichen Richtung des Standortes des gesuchten Geschützes schwenkt. Wenn man nämlich dabei den Empfangswinkel des Hauptmikrophons grösser wählt als den des Nebenmikrophons, spart man die Nachstellung der Empfangsrichtung des Hauptmikrophons.
Die mechanische Nachstellung der Empfangsrichtung vom Haupt-bzw. Nebenmikrophon macht bei der praktischen Anwendung oft erhebliche Schwierigkei@en, insbesondere auch des- halb, weil bei jeder Aufnahme genau die Stellung der Empfangsrichtungen der verschiedenen
Mikrophone gemessen und vermerkt werden muss. Erfindungsgemäss wird deshalb die Ab- tastung des feindlichen Geländes durch entsprechende Einstellung der Relaisanordnung, wie
Abb. 10 zeigt, nacheinander mit einem sehr kleinen Winkel ru12. vorgenommen, dessen Rich- tung gegenüber der Strecke ML-JI. lediglich durch Änderung der Einstellung der Relais- anordnung verändert werden kann. Dies kann, wie im Stammpatent beschrieben, durch ent- sprechende Einstellung der Ein- und Ausschaltzeit des Nebennikrophons leicht erreicht werden.
Wenn dabei, wie in Abb. 10 dargestellt. das Haup--und das Nebenmikrophon die gleiche Empfangsrichtung und den gleichen Empfangswinkel besitzen und zudem so einge- stellt sind, dass sie Schall nur von der rechten oder nur von der linken Seite empfangen können, erhält man aus dem Laufzeitunterschied der Schallwellen zu den beiden Mikrophonen in eindeutiger Weise die Fortpflanzungsrichtung des Schallwellenzuges.
Praktisch lässt sich diese Schwenkung des Richtungswinkels der Schallempfangsanordnung im allgemeinen leichter durchführen als die Schwenkung des Empfangsgerätes selber. Es ist jedoch auch denkbar, dass beim Hauptmikrophon, wie Abb. Il zeigt, Einrichtungen derart vor- gesehen sind, dass die Empfangsrichtung und der Empfangswinkel des schwenkbaren Haupt-
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mikrophon dar, das das im Abstand L, a angeordnete Nebenmikrophon Mg und das in anderer Richtung im Abstand Lu angeordnete Nebenmikrophon M3 steuert.
Wenn der Empfangswinkel des Hauptmikrophons M1 auf den Winkel #1 beschränkt ist, dann können bei der für die Darstellung gewählten Annahme, dass die Nebenmikrophone auf den rückwärtigen Ver- längerungen der Schenkel eines Winkels #1 liegen, die Nebenmikrophone Mg, M@ nur Schallwellen zur Aufzeichnung bringen, die sich der Strecke Mg-Mi von rechts, der Stiecke M3-M1 von links nähern.
Die Einstellung der Relaisanordnung kann dabei, wie in Abb. 13 in konzentrischer Weise dargestellt, so vorgenommen werden, dass Empfangsrichtung und Empfangswinkel der Relaisanordnung Mi, Ma und Mi, Mg mit dem Empfangswinkel #1 und der Empfangsrichtung des Hauptmikrophons Mi übereinstimmt. Wenn die Abstände Lia und Li3 gleich gross sind, können dabei die Nebenmikrophone M ; : und Ma gleichzeitig von Mi gesteuert werden. Wenn die Abstände verschieden sind, beispielsweise wie in Abb. 13 der Abstand Z, ia grösser ist als L ia, dann muss das Hauptmikrophon das N ebenmikrophon Mg früher ein-bzw. ausschalten als das Nebenmikrophon M2.
Bei der Darstellung in Abb. 14 ist angenommen, dass die beiden Nebenmikrophone ungerichtet sind und dass die durch die Relaisanordnung bedingten Empfangswinkel #12 und #13 von solcher Grösse und Richtung sind, dass jeder von ihnen mit einer Hälfte mit dem Empfangswinkel des Hauptmikrophons übereinstimmt.
Es ist jedoch häufig zweckmässiger, die durch die Relaisanordnung bedingten Empfangswinkel #12 und #13 nur halb so gross zu wählen und die Nebenmikrophone, wie in Abb. 15 dargestellt, so anzuordnen, dass die Relaisanordnung der Mikrophone Mi, M die eine Hälfte, die Relaisanordnung der Mikrophone Mi, Mg die andere Hälfte des Empfangswinkels des
Hauptmikrophons erfasst. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Messstelle eu. e geringere
Anzahl von Stromimpulsen übermittelt wird, die nicht von der Front des Schallwellenzuges herrühren, die die Auslösung des Hauptmikrophons bewirkt hat.
Eine wesentliche Verbesserung in dieser Richtung bedeutet es, wenn auch der Empfangs- winkel der Nebenmikrophone auf einen kleineren Bereich beschränkt wird. Wie man ohne
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phone bei gleicher Empfangsrichtung den gleichen Empfangswinkel haben. Bei dieser Anordnung werden jedoch. da die Nebenmikrophone Mg und Mg Schallwellen aus dem gleichen Winkelraum empfangen können, der Messstelle für jede die Auslösung des Hauptmikrophons bewirkende Schallwellenfront drei Stromimpulse zugeführt. Dadurch wird zwar die Genauig-
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streifens jedoch erschwert.
Aus diesem Grunde ist es unter Umstanden vorteilhafter, wie in Abb. 17 dargestellt, den Empfangswinkel der nebenmikrophons je auf einen Teil des Empfangswinkels des Haupt- mikrophons, beispielsweise auf die Hälfte, zu beschränken und die Empfangsrichtung so zu wählen, dass beide Mikrophone zusammen alle vom Hauptmikrophon empfangenen Schall-
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ergaben.
Zur genauen Bestimmung des Standortes eines Geschützes benötigt man selbstverständlich auch bei dieser Anordnung zwei Messstellen I und II, die in grossem Abstand LI II voneinander im Gelände angeordnet sind, wie Abb. 18 schematisch zeigt. Jede dieser Messstellen muss mindestens ein Hauptmikrophon Mi 1 bzw. Mi II und ein Nebenmikrophons M2I bzw. M2II
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legung des gesuchten Schal10rtes in dem untersuchten Flächenstück. Durch Drehung der Empfangswinkel EI bzw. EII der beiden Messstellen kann man die Lage des jeweils beobachteten Flächenstücks des feindlichen Geländes ändern und auf diese Weise das feindliche Gelände systematisch abtasten.
Es ist selbstverständlich, dass zu diesem Abtasten eine um so grössere Zeit benötigt wird, je kleiner die Empfangswinkel-O'l und II gewählt werden. Mit Rücksicht auf die leichtere Auswertbarkeit ist es jedoch in vielen Fällen zweckmässig, die Empfangswinkel klein zu wählen.
Die Auswertung der Schallaufnahmen wird bedeutend erleichtert, wenn die Messmikrophone bzw. die mit ihnen in Verbindung stehenden elektrischen Einrichtungen so ausgebildet sind, dass bevorzugt, wenn möglich ausschliesslich, Schallwellen aufgezeichnet werden, deren Frequenz unterhalb von etwa 200 Hertz liegt, weil auf diese Weise die Störungen durch den Mündungsknall leichterer Waffen und durch die Detonationen kleinerer Sprengkörper und Granaten wesentlich vermindert werden. Diese Frequenzabhängigkeit der Messmikrophone kann sowohl mit rein akustischen als auch mit elektrischen Sieben erzielt werden.
Der Empfangswinkel der Mikrophone, kann ebenfalls sowohl mit Hilfe an sich bekannter rein akustischer Mittel als auch mit Hilfe von elektrischen Sperreinrichtungen beschränkt werden. Die bekannten elektrischen Sperreinrichtungen beruhen darauf, dass das Messmikro- phon von einer Reihe von Sperrmikrophonen umgeben ist. Diese sind beispielsweise auf einem
Kreis so um das Messmikrophon angeordnet, dass nur der in der Richtung des gewünschten
Empfangswinkels liegende Teil unbesetzt ist. Diese Sperrmikrophone sind bei den bekannten
Einrichtungen so mit Schalteinrichtungen verbunden, dass das von ihnen umgebene Mess- mikrophon abgeschaltet wird, sobald eine Schallwelle aus unerwünschter Richtung das Sperr- mikrophon eher erreicht als das Messmikrophon.
Dabei können selbstverständlich die Sperr- mikrophone das zu schützende Mikrophon allseitig umgeben und nur einzelne Sperrmikrophone in Richtung des jeweils gewünschten Empfangswinkels vorübergehend ausser Betrieb gesetzt werden. Wegen der grösseren Einfachheit wird man jedoch im allgemeinen rein akustische
Mittel zur Erzielung einer bevorzugten Empfangsrichtung vorziehen.
Bei den meisten bekannten gerichteten Mikrophone ist die Grenze des Empfangswinkels nicht sehr scharf. Es nimmt vielmehr die Schallempfindlichkeit, die im Innern des Empfangs- winkels ihren höchsten Wert hat, ausserhalb desselben allmählich ab. Es ist denkbar, dass durch weitere Vervollkommnung der gerichteten Mikrophone erreicht werden kann, dass die
Empfindlichkeit ausserhalb des gewünschten Empfangswinkels sehr weitgehend herabgedrückt werden kann und dass insbesondere die Abnahme vom Höchstwert auf einen sehr kleinen Winkel-
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