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Einrichtung zur Aufnahme oder Abgabe von Schallsignalen unter Wasser.
Gemäss der Erfindung werden Einrichtungen zum Geben oder Empfangen von Schallsignalen unter Wasser in der Weise ausgeführt, dass mit der Membran eine Masse elastischekuppelt wird, die in der Richtung senkrecht zur Membranfläche schwingen kann. Diese Masse dient dazu, die Energie von der Membran aufzunehmen und an den Empfängerapparat, z. B. das
Mikrophon, zu übermitteln oder umgekehrt die Energie des Gebers aufzunehmen und der Membran zu übermitteln. Die Masse hat den Zweck, aus der Membran bzw. dem Geber grössere Energiemengen zu entnehmen und die Amplitude zweckentsprechend umzuformen, insbesondere sie bei der Übermittlung an den Empfänger möglichst gross zu machen.
In der Zeichnung ist schematisch eine solche Anordnung dargestellt. a ist eine Membran, die durch ein elastisches Zwischenglied b mit der Masse c gekuppelt ist, die ihre Schwingungen auf das Mikrophon d überträgt. Zwar kommt es in der Praxis der Schallübertragung unter Wasser häufig in Frage, dass man irgendwelche Massen als Übertragungsglieder zwischen Membran und
Geber bzw. Empfänger verwendet und in diesen Übertragungsgliedern waren naturgemäss auch elastische Kräfte irgendwelcher Art der Regel nach vorhanden.
Diese unter ganz anderen Gesichtspunkten angeordneten Massen konnten aber den Zwecken der Energieaufspeicherung und der Umformung im Sinne der Erfindung nicht genügen, weil sie nicht diesem Zwecke entsprechend bemessen waren und weil ferner die elastischen Kräfte, die etwa vorhanden waren, nicht derart im Verhältnis zu den Massen und den in Betracht kommenden Schwingungszahlen abgeglichen waren, dass die Masse wirklich als Speicher und Umformer der Energie dienen konnte.
Insbesondere bei der Bemessung der Masse, die als Energieübermittler und Umformer dienen soll, wird gemäss der Erfindung so vorgegangen, dass die Masse, soweit sie senkrecht zur Membranfläche schwingt, einen bestimmten Mindestwert hat im Verhältnis zur Membranfläche. Diese Bemessung der Masse im Verhältnis zur Membranfläche liegt darin begründet, dass die Untersuchungen zu dem Ergebnis geführt haben, dass von diesem Verhältnis die Breite der Resonanzkurve abhängig ist. Es hat sich nämlich zuerst bei den Versuchen gezeigt, dass bei der Verwendung von schwingenden Massen als Energieübermittler und Umformer die Apparate nur auf sehr eng begrenzte Schwingungszahlenbereiche ansprechen. Der Betrieb erfordert aber, dass auch bei den in der Praxis unvermeidlichen Abweichungen von einer genauen Schwingungszahl die Apparate noch ansprechen.
Dazu kommt, dass selbst bei genauester Innehaltung der Schwingungszahl im Geber dennoch bei dem Empfänger eine davon abweichende Schwingungszahl ankommen wird, wenn Geber und Empfänger relativ zueinander bewegt sind. Es muss also möglich sein, mindestens den Unterschieden der abgegebenen bzw. aufgenommenen Schwingungzahl, die den in Betracht kommenden Fahrgeschwindigkeiten entsprechen, noch durch eine
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Apparate eingestellt sind. Der Ausdruck lässt erkennen, dass mit wachsender Schwingungszahl die Masse kleiner gewählt werden kann und dass der Mindestwert bei den üblichen Schwingungzahlen von 5oo bzw. 1000 pro Sek. 0'5 bzw. 0-25 kg beträgt.
Es kann vorkommen, dass die Massen so angeordnet sind, dass sie nicht nur senkrecht zur Membranfläche schwingen, sondern auch Komponenten in anderen Richtungen haben. Dann ist natürlich als Masse nach bekannten physikalischen Grundsätzen nicht die wirkliche Masse, sondern die entsprechend reduzierte Masse zugrunde zu legen, die übrigens auch experimentell ermittelt werden kann.
Für die Ausmessung der Membranfläche ist folgendes zu berücksichtigen. Schwingt die Membran lediglich als eine Masse, die einerseits mit der die Energie übermittelnden Masse durch die elastische Kupplung in Verbindung steht, andrerseits unmittelbar mit dem Wasser in Ver-
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teilweise aufheben oder stören, so darf nur eine entsprechend verringerte Fläche als "wirksame Fläche"der Membran in Betracht gezogen werden. Dies kann z. B. eintreten, wenn die Membran nicht an allen Stellen mit dem Wasser in Berührung steht. Entsprechendes gilt, wenn die Membran nicht vollständig frei ist, sondern beispielsweise an ihren Rändern durch starre Verbindung oder durch elastische Kräfte mit irgendwelchen festen Trägern verbunden ist.
Die Wirksamkeit der Membran nimmt dann nach dem Rande hin ab und es muss eine dementsprechend verringerte wirksame Fläche bei der Berechnung der Masse zugrunde gelegt werden. Bei genügend scharf definierten Verhältnissen kann die Grösse der wirksamen Fläche stets rechnerisch ermittelt werden, andernfalls ist sie von Fall zu Fall experimentell zu ermitteln.
Die Verwendung der elastisch gekuppelten Masse gemäss der Erfindung hat nun ausser
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wie sie durch Stösse u. dgl. erzeugt werden. Es beruht dies darauf, dass die grosse, mit der Membran elastisch gekuppelte Masse nur auf länger dauernde Einwirkungen einer bestimmten Schwingungzahl wirksam anspricht. Ferner ist es von besonderer Bedeutung, dass man trotz der verhältnis- mässig grossen erzielbaren Breite der Resonanzkurve sehr bedeutende Energiemengen übertragen kann.
Dies beruht auf folgendem : An und für sich wäre auch eine erheblich kleinere elastisch
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Würde man aber mit einer kleinen Masse beispielsweise das Empfängermikrophon derart kuppeln, dass man eine genügende Breite der Resonanzkurve erzielt, so würde es dadurch gleichzeitig der Masse unmöglich gemacht, auf genügend grosse Amplituden zu kommen, also die erforderliche Energie aufzunehmen. Es lässt sich dies sowohl aus der Erfahrung wie auch durch rein theoretische Betrachtungen leicht herleiten. Es zeigt sich, dass bei einer vorgeschriebenen Breite der Resonanzkurve ein Optimum an Energieaufnahme des Empfängermikrophons aus der Masse erst erzielbar ist, wenn das Verhältnis dieser Masse zur wirksamen Membranfläche eine gewisse Grösse überschreitet.
Man kann nun, statt den Geber bzw. den Empfänger direkt mit der Masse zu kuppeln, noch eine zweite Masse zwischen die erste Masse und den Geber bzw. Empfänger einfügen, die mit der ersten Masse elastisch gekuppelt ist. Man kann auf diese Art einesteils erreichen, dass
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Vergrösserung der Amplitude erzielen. Um letzteres zu erreichen, wird man insbesondere die zweite Masse entsprechend kleiner machen wie die er, te. Man kann auch noch weiter gehen und zwischen die zweite Masse und den Geber bzw. den Empfänger noch eine dritte und weitere
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eine fast unbeschränkte Erhöhung der Amplitude erzielen.
Was nun die Übertragung von der letzten Masse auf den Geber bzw. den Empfänger anbelangt, so sei insbesondere für den Empfänger, für den die ganze Einrichtung grössere Wichtigkeit besitzt als für den Geber, folgendes angeführt : Von der Bemessung der Massez des Empfängers und dem Grade der Kupplung hängt es wesentlich ab, welche Energiemenge von dem Empfänger
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geben, dass bei dieser Anordnung die Übertragung fast ohne Verlust und noch wesentlich störungsfreier möglich ist. Zweckmässig wird dabei der Übertragungstrichter nebst dem Empfangs-
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meidung von Energieverlusten, sondern auch vor allen Dingen zur Aufrechterhaltung der vorgeschriebenen Breite der Resonanzkurve.
PATENT, ANSPRÜCHE : i. Einrichtung zur Aufnahme oder Abgabe von Schallsignalen unter Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Membran elastisch gekuppelte, als Vermittler der Übertragung zwischen Membran einerseits und Geber-oder Empfängerapparat andrerseits dienende Masse
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