DE320129C - Verfahren zur Richtungsbestimmung von Schallsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung will die Richtungsbestimmung

von Unterwasserschallsignalen nach dem von Hornborstel undWertheimer entwickelten Verfahren vereinfachen und Irrtümer, die hierbei infolge der Zweideutigkeit jeder einzelnen Messung leicht entstehen können, verhindern.

Dieses bekannte Verfahren beruht darauf,

daß zwei in gewissem Abstand von einander angeordnete Schallaufnahmeapparate (Mikrophone) von Schallwellen, deren Richtung mit der Verbindungslinie der beiden Mikrophone einen beliebigen Winkel bildet, in verschiedenen Zeitpunkten getroffen werden. Die aufgenommenen Schallwellen werden vom Beobachter durch Vermittelüng zweier Telephone wahrgenommen, deren Abstand von den Ohren desselben veränderlich eingestellt werden kann. Reguliert man die Telephone so ein, daß durch die Verschiedenheit des Abstandes der TeIe-

ao phone von den Ohren der Zeitunterschied, mit dem die Schallwellen die beiden Mikrophone treffen, wieder ausgeglichen wird, so daß scheinbar beide Mikrophone gleichzeitig erregt werden, so kann man aus der Differenz der Abstände der beiden Telephone auf die gesuchte Richtung schließen.

In Fig. ι bezeichnen A und B die beiden zur Verwendung gelängenden Mikrophone und X den Schallstrahl, dessen Richtung bestimmt werden soll und der mit der Verbindungslinie der beiden Mikrophone (Meßbasis) den Winkel α bilden möge; es wird dann das Mikrophon B um diejenige Zeit später erregt, die der Schall zur Zurücklegung der- Strecke χ braucht. Kommt der Schall aber aus der Richtung Y, die mit der Meßbasis den gleiehen, aber auf der entgegengesetzten Seite der Meßbasis liegenden Winkel a¹ bildet, so ist, weil die Strecke χ gleich der Strecke y ist, die Zeit, um die das Mikrophon B später erregt wird, die gleiche, wie für den Schallstrahl X. Um diese Zeitdifferenz auszugleichen und den Schallstrahl scheinbar mit dem Lot auf die Meßbasis zusammenfallen zu lassen, ist daher für die beiden Schallstrahlen die gleiche Ein-Stellung der Telephone erforderlich. Die Messung ist daher zunächst zweideutig. Man ordnet deshalb zweckmäßig zwei Skalen an, von denen die eine das Winkelgebiet 360 °, 270⁰, 180 ° der unterhalb der Meßbasis, die andere das Winkelgebiet o°, 90⁰, i8o° der oberhalb der Meßbasis liegenden Richtungen umfaßt. Um die Messung eindeutig zu machen, wird noch eine zweite Messung ausgeführt mit Hilfe zweier Mikrophone B und C, deren Verbindungslinie senkrecht zu der Verbindungslinie der bei der ersten Messung benutzten Mikrophone A und B steht. Auch diese zweite Messung ist in. gleicher Weise zweideutig und erfordert daher zweckmäßig ebenfalls zwei entsprechende Skalen; denn dem Schallstrahl X entspricht ein Schallstrahl Z, der das Mikrophon B um die gleiche Zeit später erregt und so die gleiche Einstellung der TeJephone erfordert. Durch Vergleich der beiden Messungen aber kann man die Richtung des Schallwellenzuges eindeutig festlegen.

Diese eindeutige Festlegung der Richtung läßt sich nun erfindungsgemäß unter Ausschaltung jeglicher geistiger Tätigkeit dadurch

automatisch bewerkstelligen, daß durch Einstellung der Telephone unter Verwendung der einen Basis ein zu der zweiten Meßbasis gehöriges Anzeigeorgan (Skala) ausgewählt bzw. eingeschaltet wird, welches bei der Messung auf der zweiten Basis unmittelbar uad eindeutig die richtige Räumlage angibt.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sind in den Fig. 2 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Form dargestellt, und zwar zeigen;

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der der Auswahlmechanismus auf elektrischem Wege betätigt wird, die

Fig. 3 und 4 die gleiche Anordnung bei veränderten Schalterstellungen, und

Fig. 5 eine Ausführungsform, bei der der Auswahlmechanismus auf mechanischem Wege betätigt wird.

In den Fig. 2 bis 4 wird die Walze a, auf der die beiden Kontaktstücke a¹ und a² angebracht sind, durch die den Abstand der beiden Telephone vom Ohr regulierende Vorrichtung derart gesteuert, daß beispielsweise das Kontaktstück a¹ dann mit dem Schleifkontakt a^s in Verbindung steht, wenn bei richtiger Einstellung der Telephone das eine Telephon, das z. B. von dem Mikrophon B erregt wird, dem Ohre näher steht als das andere, und daß das Kontaktstück «² mit dem _; Schleifkontakt a³ in Verbindung steht, wenn das andere Telephon, das von dem Milcro- ι phon A bzw. C erregt wird, das dem Ohre näher stehende ist. Nimmt man an, daß der Schallstrahl, dessen Richtung bestimmt werden soll, mit der Richtung X der Fig. 1 zusammenfällt, so wird das Mikrophon A bzw. C von dem Schallstrahl zuerst getroffen;' es wird somit bei richtiger Einstellung der Telephone das Kontaktstück a¹ mit dem Schleifkontakt a^& in Verbindung stehen. Wird dagegen das Mikrophon B zuerst erregt, so steht unter der gleichen Voraussetzung das Kontaktstück a* mit dem Schleifkontakt «³ in Verbindung, , δ und c sind Relais mit den Ankern &¹, δ², ·, b^z bzw. c¹, c², c³. Je nach der Stellung der beiden Telephone wird über den Schleifkontakt a^z und den Schalter d das eine oder das andere Kontaktstück α¹ bzw. a² mit dem den beiden gegeneinander geschalteten Batterien e¹ ■ und e² gemeinsamen Pol in Verbindung gebracht. Die freien Pole dieser Batterien wer- < den über die Schalter f¹ und f², von denen der eine f¹ bei der Messung auf der einen,

z. B. den Mikrophonen B und C entsprechenden Basis, der andere f² bei der Messung auf der anderen Meßbasis A-B eingeschaltet ist und über die Lampen g¹, g², g² mit den Ankern δ², c³ bzw. δ³, c² verbunden." Jede der ' Lampen ist hinter einer der für das Meßver- ; fahren notwendigen Skalen angeordnet, und ' zwar liegt z. B. die Lampe g¹ hinter der Skala 1, die die Quadranten von 270° bis 360° und von 0° bis 90° enthält, die Lampe g² hinter der Skala 2, die die Quadranten von 90 ° bis 180 ° und von 180 ° bis 270 ° enthält, die Lampen g³ und g^l hinter den beiden Skalen 3 und 4, die das Winkelgebiet von o° über 90 ° bzw. 270° bis 18 o° enthalten. Die Skalen 1 und 2 mögen bei den Messungen auf der den Mikrophonen B und C entsprechenden Basis, die Skalen 3 und 4 bei den Messungen j auf der durch die Mikrophone A und B gebildeten Basis benutzt werden. Die Schaltung der Lampen ist derartig, daß immer nur eine Lampe aufleuchtet und die zugehörige Skala erhellen kann, während die übrigen Skalen dunkel bleiben, so daß immer nur die eine der leuchtenden Lampe entsprechende Skala . abgelesen werden kann.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist fol-, gende:

Bei der ersten Einstellung der Telephone werden zunächst die beiden der ersten Basis entsprechenden Mikrophone A und B eingeschaltet und hierdurch zugleich automatisch der Schalter f ^a eingelegt; dann wird durch . Drehung der Walze α der Abstand der Telephone von den Ohren des Beobachters derart eingestellt, daß der aufzunehmende Schallstrahl scheinbar von vorn kommt. Liegt die Richtung X des Schallstrahls in dem Quadranten ι von o° bis 90 °, so steht bei richtiger Einstellung der Telephone die Kontaktfeder a¹ mit dem Schleifkontakt a³ in Verbindung. Ist die Einstellung beendet, so legt der Beobachter den Schalter ä ein und schaltet, ohne zunächst die Walze α zu verstellen, auf die der zweiten Basis entsprechenden Mikrophone B und C um, wodurch infolge der zwischen dem Basisschalter und den Schaltern f¹ und f^% bestehenden zwangsweisen Koppelung automatisch der Schalter f ² unterbrochen und der Schalter Z"¹ eingelegt wird. Dann ist der in Fig. 2 stark ausgezogene Stromkreis geschlossen. Von der Batterie e¹ fließt der Strom über den Schalter f¹, die Lampe g¹, den Anker c³ des Relais c durch das Relais b, das Kontaktstück a¹, den Schleifkontakt a^s und den Schalter d zur Batterie e¹ zurück. -Das Relais & zieht die zugehörigen Anker an, so daß die an die Anker δ² und δ³ angeschlossenen Stromkreise der Lampen g² und g³ unterbrochen werden, während der Anker δ¹ eine direkte · Verbindung, zwischen dem Relais δ und dem den beiden Batterien gemeinsamen Pol herstellt. Werden jetzt die Telephone mit Hilfe der zweiten Meßbasis wiederum derart eingestellt, daß der Schall scheinbar von vorn kommt, so wird durch Verstellen der Walze a der Stromverlauf nicht mehr beeinflußt, da bei angezogenem Anker δ¹ die Walze a um-

gangen wird, und der Strom bei jeder beliebigen Walzenstellung über den Anker δ¹ geschlossen ist. Infolgedessen bleibt während der zweiten Einstellung die Lampe g¹ brennen und erleuchtet die davor angebrachle Skala, die das der Schallrichtung entsprechende Winkelgebiet von 270 °, 0 °, 90 ° enthält; auf derselben kann nach beendeter Einstellung die richtige Raumlage des Schallstrahls eindeufg und richtig abgelesen werden.

Wü"de der Schallstrahl z. B. in den durch die Winkel zwischen 90 ° bis 180 ° bestimmten Quadranten fallen (Strahl Z) und also bei der ersten Messung die Kontaktfeder a² mit dem Schleifkontakt a^s in Verbindung stehen, so würde nach Umschaltung auf die zweite Meßbasis das Relais c ansprechen. Es würde dann in dem in Fig. 3 stark ausgezogenen Stromkreis ein Strom von der Batterie e¹, über den Schalter d, den Anker c¹, das Relais c den Anker b² und die Lampe g² fließen; durch das Aufleuchten dieser Lampe würde wieder eine eindeutige und richtige Ablesung auf der Skala 2, die das entsprechende Winas kelgebiet enthält, ermöglicht werden.

Man kann aber auch zunächst eine Einstellung der Telephone mit Hilfe der dem Schalter f¹ entsprechenden und dann mit Hilfe der dem Schalter f² entsprechenden Basis machen, dann leuchtet bei der zweiten Messung diejenige Lampe g³ oder g* auf, welche entsprechend der Erstellung der Telephone bei der ersten vorbereitenden Messung den richtigen Winkel eindeutig angibt (s. z.B. Fig. 4).

In der in Fig. 5 bedeutet m ein Fenster, hinter dem unter den Schiebern n¹, n^z, n^s und κ* die vier für das Verfahren notwendigen Skalen drehbar angeordnet sind. Stehen die Schieber in der in der Figur gezeichneten Stellung, so sind alle vier Skalen verdeckt, werden die Schieber nach links verschoben, so lassen sich die entsprechenden Skalen durch die Fenster o¹, o², o³, oⁱ ablesen. Alle vier Schieber lassen sich durch den um die AcI: se p drehbaren Schalter q mit den Flügelarmen q¹, q^ä gemeinsam nach rechts oder links verschieben. Jeder einzelne Schieber läßt sich durch den um die Achse r drehbaren Hebel s¹ bzw. s² nach links verschieben, und zwar betätigt der Hebel s¹ die Schieber n¹ und n^&, der Hebel s² die Schieber n³ und n^l. Die beiden ■ Hebel werden durch die den Abstand der beiden Telephone von den Ohren des Beobachters regelnde Vorrichtung unter Vermittelung des Winkelhebels r¹ derart gehoben oder gesenkt, daß sie entweder die Schieber n¹ und n³ bzw. n² und w* betätigen können. Die Drehung der Hebel s¹ und s^ä geschieht durch den mittels des Schalters t um die Achse t¹ drehbaren Flügel u, der durch den Basisschalter derart gehoben oder gesenkt wird, daß er bei der Messung auf der einen Basis dem Hebel s¹, bei der Messung auf der zweiten Basis dem Hebel s² gegenübersteht.

Zuerst werde eine Messung auf derjenigen Basis gemacht, bei der der Flügel u dem Hebel s¹ gegenübersteht. Zu dem Zwecke wird zunächst der Hebel q in eine solche Stellung gebracht, daß alle Schieber nach links ausgewandert sind, so daß alle Skalen frei sind. Dann werden die Telephone richtig eingestellt, wobei z. B. die Hebel s¹ und s² den Schiebern n² und tt⁴ gegenüberstehen mögen, wie dies in der' Figur dargestellt ist. Nach Beendigung dieser Einstellung wird der Schalter q umgelegt, so daß nunmehr alle Skalen verdeckt sind. Dann wird der Schalter t um die Achse t¹ und somit der Flügel u so weit gedreht, daß derselbe den ihm gegenüberstehenden Hebel s¹ betätigt, wobei der Schieber n² die entsprechende Skala freigibt. Dann erfolgt die zweite Messung, bei der man durch Einstellung der Telephone den Winkel, den die Schallrichtung mit der Basis bildet, auf der hinter dem Fenster o² sichtbaren Skala eindeutig und richtig ablesen kann.

Hat der Schallstrahl jedoch eine solche Richtung, daß nach richtiger Einstellung der Telephone mit Hilfe der ersten Basis der Hebel s¹ dem Schieber n¹ gegenüber steht, so wird bei der zweiten Messung, die diecem entsprechende Skala freigegeben. Entsprechendes gilt, wenn zuerst die Messung auf der dem Hebel s² entsprechenden Basis gemacht wird.

Das durch die Erfindung angestrebte Ziel läßt sich auch noch durch eine ganze Reihe anderer Ausführungsformen erreichen. So kann man Z. B. für die den beiden Meßbasen entsprechenden Stromkreise eine gemeinsame Batterie verwenden, wobei dann für jede der vier Lampen ein besonderes Relais erforderlich ist. Man kann aber auch die Relais überhaupt vermeiden und das Einschalten der richtigen Lampe durch Anordnung von Schleppschaltem oder anderen geeigneten Vorrichtungen erreichen.

Auch die mechanischen Anordnungen lassen sich in mannigfacher Weise verändern. So kann z. B. durch Betätigung des Basisschalters ein Schlitten mit seitlich verstellbaren Schiebern in seiner Höhenlage verschoben werden, wobei dann die Vorrichtung ähnlich wirkt, wie bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung. Man kann aber auch die Anordnung so treffen, daß ein Schlitten durch den Basisschalter derart verstellt wird, daß man durch in geeigneter Weise angeordnete Fenster, die durch geeignete Anschläge betätigt werden, eindeutig die richtige Skala nach der zweiten Messung ablesen kann.

Die Erfindung ist daher nicht auf eine be-

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stimmte Ausfuhrungbform beschränkt, die beschriebenen Anordnungen gelten vielmehr nur als Beispiel für die konstruktive Ausführung der Apparate. Wesentlich für die Erfindung ist vor allem, das allgemeine Prinzip, daß dur>h die erste Einstellung der Telephone ein in geeigneter Weise ausgebildeter Auswahlmechanismus betätigt wird, der bei der zweiten Einstellung automatisch diejenige Skala einschaltet, auf der das richtige Meßergebn's enthalten ist und die übrigen nicht giltigen Skalen ausschaltet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Richtungsbestimmung von Schallsignalen unter Verwendung von Mikrophonen und einstellbaren Telephonen, durch welche die Zeitdifferenz, mit der ein beliebiger Schallstrahl die Mikrophone erregt, 'ausgeglichen werden kann, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier zueinander senkrecht liegender, aus der Verbindungslinie je zweier Mikrophone bestehender Meßbasen derart, daß bei Ausgleich der Zeitdifferenz für die Mikrophone der einen Basis durch die Einstellung der Telephone ein zu der zweiten Meßbasis gehöriges Anzeigeorgan (Skala) ausgewählt bzw. eingeschaltet wird, welches bei der Messung auf der zweiten Basis unmittelbar und eindeutig die richtige Raumlage angibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.