DE310769C - - Google Patents

Description

Man hat gefunden, daß bei der Übertragung von Schallschwingungen von irgendeinem Erreger aus an Wasser oder sonstige Flüssigkeiten oder umgekehrt von der Flüssigkeit auf einen Anzeigeapparat, z. B. ein Mikrophon, Telephon ο. dgl., unter Vermittlung" einer an die Flüssigkeit grenzenden Wand (Membran) die direkte Einwirkung, des Erregers auf die Wand oder der Wand

ίο auf den Anzeigeapparat zu ganz unwirtschaftlichen Nutzeffekten der Apparaturen führen kann. Diese Erscheinung hat einen wesentlichen Grund darin, daß die Schalldruckamplituden in und an Flüssigkeiten wegen der geringen Kompressibilität derselben äußerst klein sein müssen, wenn nicht der größte Teil der Energie lediglich zur Wasserbewegung anstatt zur Wasserkompression aufgebraucht werden soll, wohingegen die Amplituden der angreifenden Kraft oder des Anzeigeapparates vorteilhaft möglichst groß genommen werden müssen. Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, zwischen den Erreger oder Anzeigeapparat und die Wand ein Schwingungsgebilde (z. B. eine Stimmgabel) derart einzufügen, daß die Wand mit einem Punkt desselben verbunden ist, der sehr Meine Amplituden ausführt, während der Erreger oder Anzeig^-eapparat an Punkten großer Amplituden angreifen. Man erhält auf diese Weise eine Übersetzung der Amplituden in einem von der Beschaffenheit des Schwingungsgebildes abhängig-en Verhältnis. Dieses Übersetzungsverhältnis bestimmt nun aber den Charakter des benutzten Schwingungsgebildes bereits eindeutig, so daß man nicht mehr in der Lage ist, durch irgendwelche Maßnahmen an demselben andere Konstanten des Systems, beispielsweise die nützlichen Dämpfungen, zu beeinflussen, ohne gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis der Amplituden zu ändern. Andererseits ist es in der Regel nicht möglich, gleichzeitig bei demselben Schwingungsgebilde die richtige Übersetzung und die richtigen Dämpfungs-Verhältnisse zu treffen, deren Größen aus praktischen Gesichtspunkten oft anders vorgeschrieben sind, als sie sich aus dem Übersetzungsverhältnis ergeben. Vielmehr wird oft erfahrungsgemäß bei günstiger Übersetzung die Gesamtdämpfung des Systems viel zu klein.

Weiterhin ist es bei derartigen Unterwasserschallanlagen äußerst schwierig, höhere Abstimmungen zu erhalten, weil Schwingungsgebilde von hoher Eigenfrequenz, deren Verwendung zu diesem Zweck an sich als gegeben erscheint, aus verschiedenen Gründen . für die Benutzung zu derartigen Anlagen ungeeignet sind. _

Die Erfindung gibt nun ein Mittel an die Hand, bei richtiger Amplitudenübersetzung gleichzeitig· die übrigen bestimmenden Größen des Schwingungsvorganges, insbesondere die Dämpfung und Abstimmung, auf den gewünschten Wert bringen zu können. Sie bezieht sich auf Systeme mit zwei oder mehreren miteinander gekoppelten, schwingtings-

fähigen Gebilden, von denen vorteilhaft das eine im wesentlichen als Strahlergebilde, ein anderes im wesentlichen als Erreger- oder Empfangsgebilde dient, und besteht darin, daß die Kopplung der Schwingungsgebilde so fest ist, daß eine erhebliche gegenseitige Beeinflussung derselben zustande kommt.

Muß man beispielsweise ein Schwingungs-

.. gebilde geringer Eigendämpfung für die Amplitudenübersetzung verwenden, während¹ der Apparat im ganzen an sich verhältnismäßig stark gedämpft sein soll, so koppelt man nach der Erfindung mit diesem Gebilde vorteilhaft ein Strahlergebilde von großer Dämpfung und erhält auf diese Weise die gewünschte Gesamtdämpfung, wobei die Bemessung beider Dämpfungen für sichi leichter möglich ist,

. und zwar nach dem Gesetz, daß bei Systemen verschieden großer Dämpfung, wenn sie gekoppelt werden, die Dämpfung jeder einzelnen Welle etwa gleich wird der halben Summe der Einzeldämpfungen.

Will man andererseits eine besonders hohe Abstimmung des Sende- oder Empfangsapparates erzielen, so koppelt man erfindungsgemäß die zwei Schwingungsgebilde sehr fest, so daß sich eine Doppelabstimmung des Systems ergibt, bei der die eine Frequenz desselben sehr weit oberhalb, die andere unterhalb der Eigenabstimmung· der gekoppelten Gebilde liegt. Je fester die Kopplung, um so weiter rücken die Frequenzen auseinander,

. um so höher rückt also die höhere Frequenz.

Es kann dabei vorteilhaft sein, ist aber nicht unbedingt notwendig, daß beide Gebilde die gleiche Abstimmung besitzen.

Ein Beispiel der.Erfindung sei an der Hand

.-., der Zeichnung erläutert, und zwar ist in Abb. ι ein Empfänger dargestellt mit zwei gekoppelten Schwingungsgebilden. Die beiden Schwingungsgebilde sind einerseits die Membran p mit der Masse η in der Mitte, andererseits die Feder / mit dem Gewicht m und der Masse n, die also beiden Gebilden

♦5 gemeinsam ist. Auf dem Gewicht m ist das Mikrophon i befestigt. Beide Schwingungsgebilde sind in der Masse'« miteinander gekoppelt, das Ganzei ist von der Haube h überdeckt.

Angenommen, das Schwingungsgebilde f, m, η habe an sich eine sehr geringe Dämpfung, etwa weil das Mikrophon nicht groß genug gemacht werden kann, um die in dem Gebilde schwingende Energie bei den kleinen Amplituden der Masse η genügend stark abzubremsen. Die Membran wird dann derart bemessen, daß sie eine große Strahlungsdämpfung besitzt, beispielsweise dadurch, daß sie infolge besonderer Ausgestaltung gezwungen wird, in einer Art von Ringschwingung zu schwingen, bei welcher, wie in Abb. 2 punktiert angedeutet, die Mittellinie der Membran im Zentrum entweder gleichphasige und kleinere oder nur geringe Bewegungen von anderer Phase ausführt als an seitlicher gelegenen Teilen. Das gesamte System hat dann, wie oben bereits erläutert, zwei Aibstimmungsfrequenzen von nahezu gleicher Dämpfung, wobei nunmehr die Dämpfungen bei beiden Frequenzen zwischen den Ursprungliehen Eigendämpfungen beider Einzelgebilde liegen. Wenn nun noch die Frequenz der Ringschwingung der Membran und die Eigenfrequenz des Gebildes /, m, η nicht allzu weit auseinanderliegen, dann liegen die beiden neuen Frequenzen oberhalb und unterhalb der beiden ursprünglichen. Durch engere und losere Kopplung können die beiden Schwingungen mehr oder weniger weit auseinandergerückt und damit die Abstimmung des Systems verändert werden. Erfahrungsgemäß hat sich für das strahlende Gebilde als besonders einfache Anordnung die der beschriebenen Ringsohwingung einer Membran bewiesen. Damit sich eine große Strahlungsdämpfung ergibt, ist es nur notwendig, sie so anzuordnen, daß bei ihr das bei der Bewegung vom Ring--ins Medium hinausgedrückte Volumen groß ist, vor allem einem etwa in der Mitte der Membran gleichzeitig hineingedrückten gegenüber, und daß die Masse des Ringkörpers nicht zu groß ist. Hierzu genügt es beispielsweise bei völlig, ebenen Membranen, ein zweites Schwingungsgebilde von gleicher Abstimmung mit verteilten Massen und elastischer Kraft mit dem einen Massenteil an der Mitte der Membran starr zu befestigen und die Größe dieses Massenteils gegenüber dem oder den anderen verhältnismäßig klein zu nehmen. Von den entstehenden Kopplungsschwingungen ist die höhere als Ringschwingung ausgebildet und kann zu den beschriebenen Zwecken verwendet werden. Weiterhin kann auch die Formgebung der Membran benutzt werden (Rippen an geeigneten Stellen, Masse in der Mitte usw.). Statt der Ringschwingung einer Membran und der Federschwingung zwischen Massen können natürlich auch andere Schwingungsgebilde verwandt werden, von denen das eine im wesentlichen die Strahlung übernimmt, das andere die eigentliche Empfangsanordnung (Mikrophon) oder Senderanordnung (Magneterregung) enthält.

Die vorliegende Einrichtung hat noch den folgenden Vorteil. Bei den akustischen Gebilden ist es bisher nicht möglich gewesen, wenigstens soweit man mit abgestimmten Systemen gearbeitet hat, für mehrere Frequenzen dieselben Apparate benutzen zu kön- nen. Dies möglich zu machen, war auf dem akustischen Gebiet der Unterwasserschall-

wellen von großer Schwierigkeit, weil infolge der großen elastischen ^:'Kräfte, die hierbei angewendet werden müssen, es nicht möglich war, auf einfache Weise eine Änderung der Abstimmung zu erreichen. Außerdem sind die Apparate immer im Wasser oder an schwer zugänglichen Stellen untergebracht und müßten zum Zwecke der Verstimmung jedesmal ausgebaut werden. Mit dem vorliegenden Verfahren ist es jedoch möglich, mindestens zwei, unter Umständen auch mehrere feste Töne gleichzeitig für die Appa-. rate vorzusehen, mit denen man wahlweise während des Betriebes arbeiten kann. Es ist alsdann z. B. bei elektrisch betriebenen Anlagen nur notwendig, die Tourenzahl der Maschine (Sender) oder gegebenenfalls den Ab-. stimmkreis (Empfänger) zu, verändern. Durch geeignete Wahl der Dimensionen der Systeme und geeignete Kopplung" kann man auch mehr als zwei Albstimmungen erzielen. Statt zweier Schwingungsgebilde kann man auch mehrere verwenden, z. B. drei, derart, daß man zwischen dem strahlenden einerseits und dem empfangenden oder erregenden anderseits noch ein drittes einschaltet, das seinerseits mit den beiden Schwingungssystemen gekoppelt wird.

Claims (6)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Einrichtung zur Einstellung der den Schwingungsvorgang bestimmenden Größen (Dämpfung, Abstimmung usw.) und zur Mehrfachabstimmung bei Unterwasserschallsendern oder -empfängern mit zwei oder mehreren schwingungsfähigen Gebilden mit bestimmt begrenzten Abmessungen und bestimmter Eigenfrequenz und Dämpfung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen diesen Gebilden dauernd ein derartig enger Kopplungszustand besteht, daß eine erhebliche gegenseitige Beeinflussung der Schwingungsgebilde zustande kommt.
2. 2. Einrichtung zur Vergrößerung der Gesamtdämpfung an Unterwasserschallsendern und -empfängern nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem abgestimmten Gebilde geringerer Dämpfung ein zweites von stärkerer Dämpfung gekoppelt ist.
3. 3. Einrichtung zur Erhöhung der Abstimmung von Unterwasserschallsendern

   -^: und -empfängern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei annähernd

   ,gleich gestimmte Schwingungsgebilde eng miteinander gekoppelt sind.
4. 4. ; Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ■ gekennzeichnet, daß mit einem r>₀ Schwingungsgebilde bekannter Art (Stimmgabel¹ ο. dgl.) eine den Austausch der Schwingungen mit der Flüssigkeit vermittelnde Membran großer Strahlungsdämpfung gekoppelt ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran infolge ihrer Kopplung mit dem anderen Schwingungsgebilde in einer oberhalb ihrer Grundschwingung liegenden Ring- oder Teilschwingung schwingt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch ι und 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Membran, daß das bei der Bewegung· von dem Ring oder der Teilfläche der Membran in das Medium hineingedrückte Volumen groß ist gegen etwaige Volumina, die gleichzeitig aus dem Medium herausgedrückt werden, oder daß solche vermieden sind, zum Zwecke, die Strahlungsdämpfung der Ring- oder Teilschwingung groß zu machen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.