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Vorrichtung zum Senden von Schallwellen in bestimmter Richtung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gerichtete Schallaussendung, um Schall, insbesondere unter Wasser, in einer bestimmten gewählten Richtung auszusenden. Dies wird gemäss der Erfindung durch eine Anzahl von Schallquellen erreicht, die in bestimmter räumlicher Anordnung angebracht sind und von denen Schallwellen derselben Frequenz mit bestimmter änderbarer Phasenverschiebung ausgesendet werden.
In der Zeichnung ist eine bestimmte Ausführungsform der Vorrichtung, die die Erfindung verkörper, dargestellt, und zwar ist Fig. 1 ein Schema, das eine Mehrzahl von Sehallsendern und die Verbindungen, um sie mit bestimmter Phasenverschiebung zu erregen, zeigt. Fig. 2 ist eine Ansieht eines der Summer, die als Schallsender dienen, und Fig. 3 ist ein Querschnitt durch einen Summer.
In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind 12 Schallsender in gerader Linie angebracht. Für Unterwasserzwecke sind diese Sender unter Wasser entweder an einer Küstenstation oder an der Seite des Kiels bei einem Schiffe angebracht. Diese Sender müssen selbstverständlich wasserdicht gemacht werden. Eine passende Form eines Schallsenders für diesen Zweck ist der Summer, wie er in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Ein solcher Summer besteht aus einem wasserdichten Gehäuse 1 : 3 mit einer Weicheisenschallplatte 14, deren Aussenfläche dem Wasser ausgesetzt ist. Die Schallplatte 14 wird von einem in das Gehäuse 13 eingeschlossenen Magneten 15 erregt, der mit Wechselstrom der verlangten Frequenz über isolierte Leitungsdrähte 16 gespeist wird.
Die Richtung, in der der Schall ausgesandt wird, bestimmt sich durch geeignete Einstellung der Phasenverschiebung zwischen den verschiedenen Summern. Der Erregerstrom für die Summer wird von dem Wechselstromerzeuger 20 hervorgebracht, der die verlangte hörbare Frequenz am besten in der Nähe von 1000 Perioden in der Sekunde hat.
Der Strom wird vom Erzeuger 20 den Summern durch künstliche Kabel zugeführt, die ähnlich gebaut sind wie die künstlichen Kabel der elektrischen Kompensatoren, wie sie die Flotte für gerichteten Schallempfang benutzt. Das Leitungsschema einer solchen Verteilung ist in Fig. 1 dargestellt. Es besteht aus einer Anzahl künstlicher Kabel, die mit den Bezugsziffern 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29,. 30, Jjf bezeichnet sind. Jedes künstliche Kabel besteht aus Induktanzen in Reihe und in Nebenschluss zu diesen gelegten Kapazitäten. Des einfacheren Baues wegen werden die künstlichen Kabel aus einer Anzahl
Glieder zusammengestellt, deren jedes aus einer Induktanz 40 und einer Kapazität 41 besteht. Ein solches künstliches Kabel bewirkt eine. Verzögerung der elektrischen Schwingungen.
Indem man mehr oder weniger Glieder des künstlichen Kabels zwischen den Stromerzeuger 20 und einen der Summer schaltet, drückt man die Phase des Stroms für den betreffenden Summer hinter die eines andern Summers zurück, der seinen Strom über wenige Glieder des Kabels empfängt.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Leitungsanordnung ist durch die Leitung 48 ein Ende aller Summer an den einen Pol des Generators gelegt. Der andere Pol des Generators ist bei nach links gelegtem Schalter42 durch zwei Leitungen 44 und 45 mit einem Schalter 46 verbunden. Dieser Schalter ist so eingerichtet, dass er das künstliche Kabel 21 unterbrechen und in zwei Abschnitte A B trennen kann. Die Anzahl der
Glieder in den Abschnitten A B kann durch den Schalter verändert werden, so dass mit der Leitung 44
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verbunden. Die Enden der Leitungen 47 und 48 sind zu diesem Zweck mit Kontaktspitzen 49,, 54 versehen, die an jedem Punkt des künstlichen Kabels 22 bzw. 2. 3 Kontakt machen können.
Der durch die Leitung 47 in das künstliche Kabel 22 eintretende Strom wird sich teilen und nach links und rechts
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In ähnlicher Weise wird der Strom durch das künstliche Kabel 2. geteilt und fliesst durch die mit E bzw. F bezeichneten Abschnitte dieses Kabels weiter.
Das Ende des Abschnittes C des Kabels 22 ist mit der Leitung 60 verbunden, die sich in zwei Zweige teilt, der eine von diesen endet in eine Kontaktspitze 61, die längs des künstlichen Kabels 24 verschoben werden kann, und der andere geht durch das künstliche Kabel 28 zum Summer 2. Die Verzögerungswirkung des Kabels 28 ist halb so gross wie die des Kabels 24, so dass, wenn der Kontakt M auf die Mitte des Kabels Kabels 24 eingestellt ist, die Summer 1, 2 und 3 miteinander in Phase sind. Sie können jedoch durch Vorschiebung des Kontaktes 61 längs des Kabels 24 ausser Phase gebracht werden. In ähnlicher Weise ist das andere Ende des künstlichen Kabels 22 mit den Summern 4,5 und 6 über die künstlichen Kabel 25 und 29 verbunden.
Ein Ende des künstlichen Kabels 23 ist entsprechend mit den Summern 7, 8 und 9 über die künstlichen Kabel 26 und 80 verbunden, und das andere Ende des künstlichen Kabels 2. 3 über die künstlichen Kabel 27 und 31 mit den Summern 10, 11 und 12. Für die Kabel 25 bis 27 sind geeignete Schalt stÜcke 62, 68 und 64 vorgesehen, denen dieselbe Verrichtung zukommt, wie dem Schalter 61 bei dem Kabel 24. Die Schalter 46, 49,54, 61, 62, 63 und 64 sind so miteinander verbunden, dass man sie gemeinsam handhaben kann, wobei sie immer an einander entsprechenden Punkten der künstlichen Kabel Kontakt machen.
An Stelle des in dem Schema angedeuteten Schalters 46, der die Linie 21 unterbricht, könnte man auch Schalter wie 49 benutzen, die nur Kontakt machen. Mit der bei 46 gezeichneten Art des Schalters lässt sich die Verteileranordnung auch als elektrischer Kompensator für die Riehtungsbestimmung eines von den Summern aufgenommenen Schalles benutzen, diese können nämlich ebensowohl als Empfänger wie als Schallsender dienen. Der Schalter 42 ist ein Umschalter, durch den man die beiden Leitungen 44 und 45 auch mit zwei Empfängern 70 und 71 eines Kopfhörers verbinden kann, und die Anordnung lässt sich dann als Hörempfänger benutzen, der sowohl die Gehörrichtungswirkung wie auch die HöchstwertWirkung ergibt, wie z. B. aus dem Patent Nr. 91606 hervorgeht.
Die elektrischen Konstanten der Glieder in den verschiedenen künstlichen Kabeln und die Zahl der Glieder in jedem Kabel werden so berechnet, dass für jede Einstellung des Kompensators der Phasenunterschied zwischen zwei benachbarten Sendern der gleiche ist. Wenn z. B. der Kompensatorschalter so gedreht wird, dass die verschiedenen Teilschalter mit der Mitte der Kabel Kontakt machen, sind die erzeugten Töne in allen Summern genau miteinander in Phase. Wenn jedoch der Kompensatorschalter aus der Mitte längs der Kabel verschoben wird, beispielsweise wie in Fig. 1 nach rechts, dann hat die elektrische Erregung des Summers 1 denselben Phasenunterschied oder dieselbe Nacheilung gegenüber der Erregung des Summers 2, wie die Erregung des Summers 2 gegen die des Summers 3 hat, und so weiter durch die Summerreihe.
Um die Reflexion an den Verbindungspunkten bei den Sehalterkontakten 49, 54, 61, 62, 63 und 64 so klein wie möglich zu machen, sind die Kabel so berechnet, dass die Impedanz für jeden Abschnitt einer Linie annähernd gleich der Impedanz des verzweigten Kabelkreises ist, welchen er speist. Z. B. soll die Impedanz des Abschnittes B des Kabels 21 annähernd gleich der Impedanz des verzweigten Kreises durch die Abschnitte E und F des Kabels 23 sein. Ebenso soll die Impedanz des Abschnittes F des Kabels 23 annähernd gleich der Impedanz des dreifach verzweigten Kreises, bestehend aus Kabel 27 und 31, sein. Diese Bedingung kann nicht genau erfüllt werden, soll aber nach Möglichkeit erreicht werden.
Die bestimmte Phasenverschiebung zwischen den von den Schallsendern 1 bis 12 einschliesslich ausgesandten Schallwellen erzeugt eine Wellenstirn, die ihre grösste Stärke in einer bestimmten Richtung hat. Wenn z. B. die erzeugten Schallwellen in allen Sendern in Phase sind, hat die Energie der Welle einen Höchstwert in der Richtung senkrecht zur Basislinie und fällt nach beiden Seiten von der
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wellen eine Phasendifferenz ist, wird der ausgesandte Schall sein Maximum in einer auf die Senderlinie geneigten Richtung haben. Das ist in Fig. 1 angedeutet, in der die elektrischen Verbindungen so dargestellt sind, dass eine bestimmte Verzögerung zwischen den von den verschiedenen Sendern ausgestrahlten Wellen in der Richtung von rechts nach links vorhanden ist.
In diesem Falle wird die Wellenstirn eine schräge Begrenzung haben, und die Welle schreitet in einer nach links abweichenden Richtung fort, wie in der Zeichnung angedeutet. Durch Drehung des Kompensatorschalters kann die Phasendifferenz zwischen dem von den verschiedenen Sendern ausgestrahlten Schall nach Belieben verändert werden, so dass die Richtung des Schalles wechselt. Die Intensität des Schallstrahls hängt natürlich von der Wellenlänge, der Zahl und der Verteilung der Empfänger ab. Im allgemeinen ist das Maximum in der für die Aussendung des Schallstrahls gewollten Richtung um so ausgeprägter, je kürzer die Wellenlänge ist.
Der Kompensatorschalter kann im Winkelmass geteilt sein, wie es gewöhnlich bei den Kompesatorschaltern für gerichteten Schallempfang der Fall ist, so dass der Beobachter durch Einstellung des
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Kompensatorschalters unmittelbar die Winkelrichtung festlegen kann, in der der Schall ausgesandt werden soll. Nach Umlegen des Schalters 42 auf die beiden Empfänger 7C und 71 des Telephonkopfhörers kann der Kompensator als Empfänger benutzt werden. Die Kompensatoreinstellung gibt in diesem Fall die Winkelrichtung an, aus der der Schall kommt, entsprechend der bekannten Wirkung des elektrischen Kompensators.
Wenn auch die Erfindung in einer Ausführung als elektrisch erregtes Schallsendersystem dargestellt ist, kann sie doch auch in andern Schallsendeeinrichtungen verkörpert werden, z. B. in akustischen Anordnungen, in denen der Schall vom Schallerzeuger durch Luftsäulen verschiedener Länge zu einer Anzahl akustischer Sender geleitet wird. Wenn es auch zweckmässig ist, die verschiedenen Sender von einer gemeinsamen Quelle aus zu erregen, kann man doch auch die verlangte Phasenverschiebung durch andereArt der Erregung erhalten, und wenn sich auch empfiehlt, die verschiedenen Empfänger geradlinig zu verteilen, können sie doch auch anders angeordnet werden, z. B. in einer Kreislinie, wie im Patent Nr. 91610 beschrieben ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Senden von Schallwellen in bestimmter Richtung, gekennzeichnet durch eine Anzahl von in bestimmter Anordnung verteilter Schallsender, die Schallwellen derselben Frequenz aussenden, während die Phasendifferenz zwischen den Schallwellen der einzelnen Schallsender in Abhängigkeit von ihrer Stellung geändert werden kann.