DE298528C

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Publication number: DE298528C
Application number: DENDAT298528D
Authority: DE
Priority date: 1915-07-10
Also published as: NL9571C; FR541202A; GB148422A; GB148429A; US1636576A; DE309148C

Description

Es sind Vorrichtungen zur Bestimmung der Richtung eines ankommenden Schallwellenzuges bekannt, bei denen entweder das Prinzip der Interferenz angewendet oder von den Erscheinungen der Sammlung oder Reflexion von Schallstrahlen Gebrauch ge-_ macht wird. Alle diese Empfänger dürfen, wenn sie wirksam sein sollen, nicht klein gegen die Wellenlänge der verwendeten Schallwelle sein. Ihre Ausführung und Handhabung bietet ihrer Größe wegen erhebliche Schwierigkeiten.

Bei anderen bekannten Vorrichtungen zui" Bestimmung der Schallrichtung müssen mehrere selbständige Empfänger in größerer Entfernung voneinander angebracht sein, und es wird die Zeitdifferenz des Eintreffens eines und desselben Impulses an den verschiedenen Empfängern gemessen und daraus die Richtung der Schallquelle mit Hilfe der Rechnung ermittelt.

Es ist mit Hilfe der . bekannten Einrichtungen beider Arten nicht möglich, einen Hörapparat zu schaffen, der bei geringem Raum-. bedarf eine leichte und bequeme Handhabung gestattet, der also etwa eine Verwendung .nach Art eines Periskops bei Unterseebooten gestatten würde. .

Die Erfindung besteht dem Bekannten gegenüber darin, daß zur Bestimmung der. Richtung eines Schallwellenzuges die Polarität der den Schallvorgang bildenden Bewegungsvorgänge des. Mediums ausgenutzt, die nicht polaren Druckvorgänge jedoch auf den Empfänger unwirksam gemacht werden, Sie benutzt zu diesem Zweck ein polar wirkendes Empfangsgebilde, das in seinen Abmessungen klein gegen die halbe Wellenlänge der "aufzunehmenden Schallwellen sein kann. Als polar wirkendes Empfangsgebilde kann entweder ein geeignet gebautes Mikrophon oder ein sonstiger Detektor mit bevorzugter Erregungsrichtung dienen oder aber ein akustisches .Schwingungsgebilde mit scharf ausgeprägter Amplitudenrichtung, z. B. eine Stimmgabel.

Wird als polar wirkender Detektor z.B. ein Mikrophon oder ein unvollkommener Kontakt gewählt, so ist dieses (bzw. dieser) im übertragenden Medium so zu· lagern, daß die Druckkräfte des Schallvorganges von dem Detektor abgehalten oder gegenseitig ausgeglichen werden, daß dagegen der Detektor mit seinem Träger von den Bewegungsvorgängen als Ganzes mitgenommen wird.

Die Ausschaltung der Wirkung des Schalldruckfeldes auf den Empfänger wird erforderlich, weil der Druck im Gegensatz zur. Bewegung eine ungerichtete Größe ist und weil somit bei der Einwirkung der Druckkompo-η-en te des Schallvprganges eine gewisse, sehr erhebliche Empfangswirkung sich der mit der .·. Lage des Empfängers veränderlichen Wirkung der Bewegungskomponente überlagert.

Diese Druckwirkung" ist bei jeder Lage des Empfängers gleich stark und würde die Rieht- j wirkung verdecken. .' j

Vorzugsweise werden die Abmessungen, so gewählt, daß der gesamte Empfänger die spezifische Schwere einer äquivalenten Menge des übertragenden Mediums erhält, so daß er möglichst genau den Bewegungsamplituden desselben folgt. Durch Drehung des Empfangsapparates kann man alsdann den Detektor \ zu starkem und schwachem Ansprechen brin- I gen und daraus auf die Richtung des ankommenden Schalles schließen.

Zum Zwecke der Handhabung kann ein derartiger Empfänger an einem biegsamen Stab o. dgl. befestigt, in einem Rahmen federnd aufgehängt oder sonst in geeigneter Weise an einem starren Träger derart angebracht sein, daß er den sehr kleinen Schallbewegungen der Wasserteilchen zwar folgen kann, ohne jedoch bei der Drehung in langsame Torsionsschwingungen von so großer Ampitude zu geraten, daß die untere Genauigkeitsgrenze der Richtungsbestimmung selbst überschritten und diese fehlerhaft beeinflußt i wirdi Diese Bedingung ist wegen der Kleinheit der Schallbewegungsamplituden mit bekannten technischen Mitteln sehr leicht erfüllbar.

Zwei Beispiele sollen die Erfindung an Hand von Ausführungsformen erläutern.

Die Fig. 1 und 2 stellt einen »gerichteten Empfänger« dar, bei dem der Einfluß von Drucken auf den Detektor ausgeschaltet ist. | Fig. 3 zeigt einen solchen von der Type, bei ! welcher der Einfluß der Druckkräfte auf den Empfänger sich gegenseitig aufhebt.

Tn der Fig. τ bezeichnet 1 einen Ring, der so stark gewählt ist, daß außen über ihn hinweggehende Druckwellen bei den in Betracht kommenden Frequenzen keine merkliche Deformation des Ringes bewirken. In der Praxis genügen bei einem Ringdurchmesser von etwa 10 cm einige Zentimeter Dicke. Der Ring, trägt innen an "beliebiger Stelle ein Mikrophon 2 mit polarer Wirkungsweise, z. B. ein normales Körnermikrophon mit Körnerkammer 3 Und Plattenelektroden 4, 4. Die Kugelhälften 5, 5 bilden mit dem Ring zusammen ein luftgefülltes Gefäß, das im Wasser eben keinen Auftrieb mehr besitzt.

Fig. 2 zeigt den gleichen Apparat in der Aufsicht mit abgenommener oberer Kugelhälfte.

Wirkt eine . Bewegungswelle auf den Apparat in Richtung des ausgezogenen Pfeiles, so spricht das Mikrophon infolge der Trägheitswirkung der freien, in einer schwingungsfähigen Membrane gelagerten Elektrode 4¹

-60 an. Wirkt die Welle in Richtung der punktierten Pfeile, so spricht das Mikrophon nicht oder nur sehr schwach an.

Jn der Fig. 3 bezeichnet 1 ein luftgefülltes Gefäß,- in dem an zwei gegenüberliegenden parallelen Wänden 2 Stiele gleicher Beschaffenheit angebracht sind, die in der Mitte ein als Hohlkammer ausgebildetes Gewicht 3 tragen. In der Höhlung dieses Gewichtes ist ein Detektor 4 der beschriebenen Art angebracht. Drucke sind bei diesen Konstruktionen in ihrer Wirkung auf·'den Detektor wegen ihrer Gleichphasigkeit an 2, 2 in jeder Lage ausgeglichen. Bewegt sich jedoch das gesamte Gefäß etwa infolge einer in Richtung der ausgezogenen Pfeile wirkenden Bewegungswelle hin und her, so wird einer der Stiele gedehnt, der andere gekürzt, und das Gewicht mit dem Detektor gerät in Schwingungen in Richtung der Stiele, d. h. in einer Richtung, auf die der .polare Detektor anspricht. ! . ; ^!

Wirkt die Bewegungswelle in Richtung der gestrichelten Pfeile, so gerät das aus Stäben und Gewicht bestehende System in Transversalschwingungen, schwingt also in einer Richtung, in welcher der Detektor nicht anspricht.

Um den Einfluß der einfachen Schalleitimg auf den Detektor auszuschalten, ist es vorteilhaft, ihn in einer Symmetrieebene des Systems zu befestigen, wie es in Fig. 3 angedeutet ist.

Die Ausschaltung der Wirkung der . einfachen Schalleitung ist deshalb notwendig, weil durch Schallwellen, die nicht durch eine Schwingungsbewegung der Träger des Detektors, sondern durch Leitungsvorgänge in den Trägern auf den Detektor übertragen werden, bei einer Differenz der Weglänge der leitenden Teile, die von der Oberfläche des* Gebildes herkommenden Schalleindrücke mit einer Phasendifferenz am Detektor eintreffen und diesen erregen würden. Durch die angegebene Unterbringung des Detektors wird erreicht, daß sich die Leitungsvorgänge am Detektor gegenseitig ausgleichen.

Für den Empfang von Wellen bestimmter Länge kann man die Wirkungsweise des Apparates erhöhen, indem man das aus den Stäben und dem Gewicht bestehende System bezüglich der Longitudinalschwingungen der Stäbe auf die Frequenz der ankommenden Welle abstimmt. Dadurch wird das Schwingungsgebilde durch Resonanzwirkung bezüglich seiner gesamten Schwingungseigenschaft als Ganzes polar wirkend, wenn die Abmessungen so gewählt werden, daß die Transversalschwingung des Gebildes, die bei dem Empfang in Richtung der gestrichelten Pfeile auftreten kann, weit von der Longitudinal-

Schwingung abliegt und deshalb nicht im gleichen Maße zur Ausbildung gelangt. Man kann in letztgenannten und in analogen Fällen naturgemäß auch Detektoren verwenden, die keine ausgesprochene Polarität der Wirkungsweise besitzen.

Claims

P ATENT-Ansprüche:

ίο i. A^orrichtung zur Bestimmung der

Richtung von Schallwellen durch Drehung des Empfangsgebildes, «dadurch gekennzeichnet, daß ein polar wirkender Detektor oder ein polar erregbares Schwingungsgebilde oder beide in zweckentsprechender Verbindung miteinander so angeordnet werden, daß sie der unmittelbaren Wirkung des Schalldruckfeldes entzogen und lediglich durch Kräfte zum Ansprechen

gebracht werden, die beim Schallvorgang infolge der Bewegung des der Bewegung des übertragenden Mediums folgenden Empfangsgebildes ausgelöst werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein polar wirkendes Empfangsgebilde gewählt wird, dessen lineare Abmessungen klein gegenüber der halben Wellenlänge des ankommenden Schalles sind. .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen polar wirkenden Detektor oder ein polar erregbares Schwingungsgebilde tragendes Glied in seinen Abmessungen so gewählt und aus solchem Material hergestellt ist, daß die beim Schallvorgang auftretenden Drucke innerhalb der gewählten Frequenzen des ankommenden Schalles keine merkliche Deformation des Traggliedes bewirken. ■
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Detektor oder das polar erregbare Schwingungsgebilde tragende Glieder derart angeordnet sind, daß die Wirkungen der beim Schall-Vorgang auftretenden Drucke gegeneinander ausgeglichen werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 unter Verwendung eines zu mehreren Schwingungen befähigten Gebildes, dadurch gekennzeichnet, daß eine seiner möglichen Schwingungsfrequenzen (z. B. die Longitudinalschwingung) auf die Höhe des aufzunehmenden Tones abgestimmt ist, während die anderen möglichen Schwingungsformen (z. B. die Transversalschwingung) weit von der abzuhörenden Tonfrequenz abliegen.
6. A^orrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Empfangsgebilde durch Einbau von Auftriebskammern o. dgl. derart ausgestaltet wird, daß es als Ganzes dieselbe Schwere und Massenverteilung in bezug auf den Schwerpunkt besitzt wie ein äquivalentes Volumen des den Schall übertragenden Mediums.
7. Vorrichtung" nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor in einer für Schalleitungs- y₀ vorgänge als Symmetrieebene wirkenden Fläche angeordnet ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.