DE303270C - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Empfangseinrichtungen für Unterwasserschallsignaie, bei denen .im Wasser ankommende Schallwellen mit Hilfe einer (elektrischen, mechanischen, optischen ο. dgl.) Anzeigevorrichtung den menschlichen Sinnen erkennbar gemacht werden. Es ist bekannt, daß bei einer Ausstrahlung von Schallwellen im Wasser die Druckamplituden der erregten Wassermasse wegen der Inkompressibiiität des Mediums groß, die Wegamplitüden aber außerordentlich klein sind. Diesen entsprechend werden auch die unmittelbar an das Wasser angrenzenden Teile eines beliebig beschaffenen Empfängers, z. ,B. die Bordwand eines Schiffes, oder eine in oder an derselben befestigte Membran nur zu außerordentlich kleinen Schwingungen erregt, da sie mit denWegämplitüdeii des schall-

ao leitenden Mediums mitgehen. Derartig kleine Bewegungsamplitüden sind nun, wie praktische Beobachtungen und theoretische Erwägungen übereinstimmend ergeben, durchaus ungeeignet und unzureichend, um irgendeinen elektrischen .Detektor oder eine mechanische oder optische Anzeigevorrichtung in wirtschaftlicher Weise in Tätigkeit zu setzen. Es ist damit nicht möglich, eine einigermaßen zureichende Nutzdämpfung zu erzielen, und ebenso bleibt infolgedessen die Gesamtdämpfung des Empfängers stets so niedrig, daß jede Störung am Empfänger im Eigenton des letzteren eingeht und bei Signalempfang die Signaltöne und -zeichen vollkommen verwischt.

Diese Eigenschaft der Empfänger ist in dem Charakter der Detektoren begründet, die, sei es bei unvollkommenen Kontakten (Mikrophon), sei es bei elektromagnetischen Anzeigevorrichtungen (Telephon), erhebliche Amplituden brauchen, um stark anzusprechen.

Dieser Nachteil der bekannten Empfänger wird erfindungsgemäß dadurch beseitigt, daß zwischen dem die Schallenergie aus dem Wasser aufnehmenden Organ (z. B. der Bordwand) und einer Anzeigevorrichtung ein akustisches Schwingungsgebilde derart eingeschaltet ist, daß die Kopplung des Schwingungsgebildes mit dem Aufnahmeorgan in der Nähe von Knotenpunkten dieses Gebildes erfolgt, und daß die Massen des Schwingungsgebildes so verteilt sind, daß seine Kopplungsstelle mit dem Aufnahmeorgan kleinere Amplituden ausführt als die Kopplungsstelle mit der Anzeigevorrichtung.

Man hat die Lösung dieses Problems bereits in verschiedener Weise versucht. So ist z. B. vorgeschlagen worden, zwischen Empfangsglied und Anzeigeapparat ein System gespannter Fäden, nach Art der bekannten Hitedrahtmeßinstrumente, einzuschalten. Derartige Systeme arbeiten aber nur bei ganz langsam verlaufenden Bewegungsvorgängen zufriedenstellend, versagen j edoch bei Schwingungen um so mehr, je schneller diese sind, weil sich an den Angriffsstellen des Detektors in gespannten Fäden Knotenpunkte ausbilden. Man hat weiterhin versucht, den Empfänger in dem erwähnten Sinne mittels eines Ringes zu verbessern, den man mit seinem Außenrand auf die Bordwand aufsetzte und an dem, um 90 ° gegen die Kopplungsstelle versetzt,

Mikrophone befestigt worden sind. Diese Einrichtung führt deswegen nicht zu dem gewünschten Ziel, weil an dem Kopplungspunkt des Ringes mit der Wand ein Schwingungsbauch auftreten muß, so daß an keiner Stelle größere Amplituden auftreten können als an dem erwähnten Kopplungspunkt.

Nun ist zwar das Problem der Amplituden-Übersetzung für Sender bereits früher aufgerollt worden, doch ist die Sachlage bei Sendern naturgemäß.eine ganz andere als wie bei Empfängern. Bei Sendern wird mit großen Amplituden erregt und mit kleinen abgegeben, während bei Empfängern das Umgekehrte der Fall ist. Bei Sendern bildet die Amplituden-Übersetzung das Mittel zum Zwecke der Regulierung der Strahlungsdämpfung, d. h. zur Regulierung der abgestrahlten Energiemenge, während sie beim Empfänger zur Regelung der Nutzdämpfung dient, die Strahlungsdämpfung dagegen mit ganz anderen Mitteln geregelt werden muß.

Zur Lösung des Problems bei Empfängern ist es nicht nur erforderlich, daß man ein beliebiges 'Schwingungsfähiges Gebilde zwischen Empfangsorgan und Anzeigeapparat einfügt, sondern dieses muß je nach Art des Empfangsorgans und des Detektors in besonderer von Fall zu Fall zu bestimmender Art bemessen und mit den beiden genannten Teilen gekoppelt sein, wie dies gemäß der Erfindung geschieht.

Schwingende Zwischengebilde sind in der Akustik als Übertragungsglieder bekannt",

z. B. Stimmgabeln, Zungen u. dgl. Derartige Gebilde können erfindungsgemäß zur Amplitüdenübers'etzung benutzt werden; an Stelle der bekannten Schwingungsgebilde können aber auch vorteilhaft Hebel verwendet werden, deren Gelenke nicht als Drehgelenke ausgebildet sind, sondern durch Querschnittsverminderungen dargestellt werden. Ferner können mit gutem Erfolg federnde Bügel verwendet werden, die an der Biegungsstelle vor-

■45 teilhaft ebenfalls mit einer Ouerschnittsverminderung versehen sind und die so eingespannt werden, daß ihre Arme als ungleicharmige Hebel wirken.

Bei Mikrophonen ist nun eine Konstanthaltung und Regulierung der abbremsenden Kraft bzw. der Dämpfung ausgeschlossen. AVo angängig, verdienen daher elektromagnetische Detektoren vor Mikrophonen den Vorzug, weil bei diesen durch Regulierung des äußeren Widerstandes und gegebenenfalls durch Nebenschlüsse (elektrische oder magnetische) eine weitgehende Regelung der abgenommenen Energie und damit eine genaue Einstellung der Amplitüdenübersetzunig ermöglicht wird.

Durch die Ausbildung der Empfangseinrichtung gemäß der Erfindung wird somit die Wirtschaftlichkeit und die Schärfe des Empfangs wesentlich gesteigert. Eine weitere Verbesserung kann noch dadurch erzielt wer- !en, daß man das Übertragungsglied oder das 'Empfangsglied auf den ankommenden Ton abstimmt oder auch beide Gebilde abgestimmt verwendet.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungs-Beispiele veranschaulicht, und zwar stellt Abb. ι eine Empfangseinrichtung mit einem gelenklosen Hebel und Abb. 2 eine solche mit einer federnden Zunge als Übertragungsglied dar. Bei der Anordnung der Abb. 1 ist eine Membran, Schallplatte o. dgl. 1 auf eine Durchbrechungsstelle der Bordwand 2 abgedichtet, aufgesetzt. Auf die dem Wasser abgekehrte Seite der Membran ist ein Stab 3 auf-

^! gesetzt, der an seinem freien Ende den Anker 4 eines Elektromagnetgebers 5 trägt, dessen Ton in dem Hörer 6 abgehört wird. In der Nähe der Biegungsstelle wirkt auf den

: Stab 3 eine Feder 7, die an einem Träger 8 befestigt ist. Durch diese Feder, die für die Wirkungsweise des Empfängers nur nebensächlich ist und gegebenenfalls wegfallen kann, wird im Falle des Ausführungsbeispiels

j das Abfallen des Ankers 4 von der Armatur des Telephongebers beschleunigt.

Die aus dem Wasser ankommenden Schallwellen versetzen die Membran 1 in Schwingungen, die sich dem Winkelhebel 3 mitteilen. Der Drehpunkt des letzteren liegt in der Nähe seiner Befestigungsstelle an der Membran, so daß die dem kurzen festen Hebelarm aufgezwungenen kleinen Amplituden annähernd proportional dem Längenunterschied der Hebelarme in große Wegamplitüden am freien

j längeren Hebelarm umgesetzt werden. Um die Wirkungsweise dieser Einrichtung in bestmöglicher' Weise zu erzielen, ist vor allem darauf zu sehen, daß das Empfangsorgan 1 große Masse und elastische Kraft gegenüber

: dem Hebel 3 besitzt, wodurch die Amplituden-

■ übersetzung im geforderten Sinne begünstigt wird.

Bei der Ausbildung der Empfangseinrichtung nach Abb. 2 sind in die Längswandungen einer ganz in Wasser versenkbaren luftgefüll- no ten Kapsel 9 die Membranen 10, 10 parallel zueinander angeordnet, zwischen denen mittels der Stifte 11, 11 ein federnder Bügel 12 derart aufgehängt ist, daß jeder Arm einen starren ungleicharmigen Hebel bildet. Die Biegungsstelle 13 des Bügels 12 ist im Querschnitt zwecks Verstärkung der Federung verkleinert. Zwischen die freien Enden des Bügels ist eine geeignete Anzeigevorrichtung,

z. B. ein Druckmikrophon 14 oder ein anderer Detektor vorgesehen, der mit einer Abhörvorrichtung in Verbindung steht.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist analog der Wirkungsweise der in Abb. ι dargestellten Ausführungsform.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Empfangseinrichtung für Unterwasserschallsignale, bestehend aus einem an das Wasser grenzenden Aufnahmeorgan, einer Anzeigevorrichtung und einem oder mehreren zwischengeschalteten akustischen Schwingungsgebilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Zwischengebilde mit dem Aufnahmeorgan in der Nähe von Knotenpunkten ■dieser Gebilde erfolgt, und daß die Massen der Schwingungsgebilde so verteilt sind, daß ihre Kopplungsstelle mit dem Aufnahmeorgan kleinere Amplituden ausführt als die Kopplungsstelle mit der Anzeigevorrichtung.
2. 2. Empfangseinrichtung nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsglieder gelenklose Hebel verwendet sind, die in ihren wesentlichen Längsdimensionen bei der verwendeten Schallwellenfrequenz starr sind und deren Drehoder Beugungsstellen zur Vermeidung der bei Drehgelenken auftretenden losen Räume durch erhebliche Querschnittsverminderungen (Einfettung) dargestellt sind.
3. 3. Empfangseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsglieder federnde Bügel verwendet werden, deren Arme durch geeignete Einspannung als ungleicharmige Hebel wirken und deren Masse und elastische Kraft klein ist gegenüber der Masse und der elastischen Kraft des Aufnahmeorgans.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.