DE334100C

DE334100C - Device for generating and changing direction of directed sound beams

Info

Publication number: DE334100C
Application number: DE1915334100D
Authority: DE
Original assignee: Signal GmbH
Current assignee: Signal GmbH
Priority date: 1915-05-21
Filing date: 1915-05-21
Publication date: 1921-03-09

Description

Die Erfindung· betrifft Einrichtungen zur Erzeugung und Richtungsänderung von gerichteten Schallstrahlen.The invention relates to devices for generating and changing direction of directional Sound beams.

Die bisher bekannten Einrichtungen, die den gleichen Zweck verfolgen, beruhen in den meisten Fällen auf dem Prinzip der Reflexion, Sammlung oder Brechung (Beugung) der Schallwellen. Allen derartigen Anordnungen ist, wenn sie wirksam sein sollen, der FehlerThe previously known devices that pursue the same purpose are based in the most cases on the principle of reflection, collection or refraction (diffraction) of the Sound waves. All such arrangements, if they are to be effective, are at fault

ίο gemeinsam, daß sie groß sein müssen im Verhältnis zur Wellenlänge der verwendeten Frequenz. Anderseits müssen derartige Apparaturen drehbar eingerichtet sein, um dieίο in common that they must be large in relation to the wavelength of the used Frequency. On the other hand, such apparatus must be rotatable to the

• Richtung der Schallstrahlen während des Betriebes zu verändern, was bei der Größe der Apparatur, z. B. bei Anbringung von Unterwasserschallsendern an fahrenden Schiffen, einen zweiten schweren Nachteil bedeutet.
Die Erzeugung von gerichtetem Schall mit Hilfe der Interferenz unter Benutzung von elektrischen Schallerzeugern ist an sich auch schon bekannt, jedoch ohne Hinweis auf eine technisch brauchbare Ausführungsform. .• To change the direction of the sound beams during operation, which is due to the size of the equipment, e.g. B. when attaching underwater sound transmitters to moving ships, means a second serious disadvantage.
The generation of directed sound with the aid of interference using electrical sound generators is already known per se, but without any reference to a technically useful embodiment. .

Die Erfindung bedient sich elektroniagnetisch erregter Membransender, die in einer halben Wellenlänge oder einem ungeraden Vielfachen einer solchen voneinander entfernt sind und mit Wechselströmen von verschiedener und regulierbarer Stärke und Phasendifferenz betrieben werden.The invention makes use of electronically excited membrane transmitters, which are in a half a wavelength or an odd multiple of such apart are and with alternating currents of different and controllable strength and phase difference operate.

Es sind, nach der Erfindung Einrichtungen vorgesehen, die es gestatten, die bevorzugten Schallrichtungen nach Belieben während des Betriebes zu verändern. Diese Einrichtungen beruhen darauf, daß bei gleichbleibender Orientierung und gleichbleibender gegenseitiger Lage der Schallquellen die Amplituden oder Phasen der zusammenwirkenden Wellenzüge relativ zueinander geändert werden.There are, according to the invention, devices provided, which allow the preferred sound directions at will during the To change the operation. These facilities are based on the fact that with constant Orientation and constant mutual position of the sound sources the amplitudes or phases of the interacting wave trains are changed relative to one another.

Anderseits kann die Änderung der Riehtung des Schallstrahls auch durch Drehung des gesamten Sendeapparates hervorgerufen werden, was bei der geringen Größe, die die Sender gemäß der Erfindung erhalten, auf keine nennenswerten Schwierigkeiten stößt. 4-5On the other hand, the direction of the sound beam can also be changed by rotating it of the entire transmission apparatus, which is due to the small size that the Received transmitter according to the invention, does not encounter any significant difficulties. 4-5

Die Erfindung wird im einzelnen in der im folgenden geschilderten Form verwirklicht.The invention is implemented in detail in the form described below.

Das einfachste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dargestellt durch zwei Schallquellen, die in der Entfernung einer halben Wellenlänge voneinander angebracht sind. Dieser Fall ist in Fig. 1 erläutert. Dort bedeuten E₁ und E„ zwei elektromagnetisch betriebene Membransender, denen Strom von einer Phasendifferenz von i8o° zugeführt wird. Es überlagern sich alsdann in Richtung der Verbindungslinie der beiden Schallquellen gleichphasige Vorgänge, wohingegen senkrecht zur Verbindungslinie verschiedenphasige Vorgänge zusammenfallen und sich in ihrer Wirkung mehr oder weniger aufheben. Gleichphasige Vorgänge sind in der Figur durch Kreise gleicher Strichart dargestellt. Die Pfeile zeigen die Richtung des Schallstrahls.The simplest embodiment of the invention is represented by two sound sources which are mounted at a distance of half a wavelength from one another. This case is illustrated in FIG. 1. There, E ₁ and E “ mean two electromagnetically operated membrane transmitters to which current is supplied with a phase difference of 180 °. In-phase processes are then superimposed in the direction of the connecting line of the two sound sources, whereas processes in different phases coincide perpendicular to the connecting line and more or less cancel each other out in their effect. In-phase processes are shown in the figure by circles of the same line type. The arrows show the direction of the sound beam.

Man kann bei dieser einfachen Vorrichtung eine Drehung des Vektors maximaler Schallwirkung dadurch herbeiführen, daß man die Membransender um eine senkrecht zu ihrer Verbindungslinie und zur Fortpflanzungs-With this simple device one can rotate the vector of maximum sound effect by moving the membrane transmitter around a perpendicular to its connecting line and to the reproductive

ebene stehende Achse dreht, wobei ihre gegenseitige Lage unverändert bleibt (Achse a in Fig. i).plane standing axis rotates, their mutual position remains unchanged (axis a in Fig. i).

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zeigt ein Beispiel dafür, wie man mit Hilfe von vier paarweise gekreuzten, im übrigen aber gemäß dem Beispiel der Fig. ι angeordneten Membransendern eine Drehung des Vektors maximaler Schallwirkung erzielen kann, ohne ίο die Sender selbst von ihrem Platz fortzubewegen. The arrangement shown in Fig. 2 shows an example of how to use four crossed in pairs, but otherwise arranged according to the example of FIG Membrane transmitters can achieve a rotation of the vector of maximum sound effect without ίο move the transmitters from their place by yourself.

Die Sender sind mit E₁, E₂, E₃, E₄ bezeichnet. Dieselben werden mit Hilfe von um i8o° differierenden Wechselströmen von den Maschinen M₁ und M₂ erregt, derart, daß beispielsweise zu gleicher Zeit E₁ und E₄, mit positiver, E₂ und E₃ mit negativer Phase schwingen. In den Zuleitungen sind Widerstände W vorgesehen, die eine Regulierung der Betriebsströme zwischen weitesten Grenzen gestatten. Reguliert man die Ströme so, daß das Paar E₃, E₁ mit maximaler Amplitude, das Paar E₁, E₂ fast gar nicht schwingt, so hat der Vektor maximaler Schallintensität die Richtung der ausgezogenen Pfeile" 1, reguliert man so, daß .S₁, E_z mit maximaler Amplitude schwingen, E₃ und E_t aber in Ruhe bleiben, so ist die Vektorrichtung die der ausgezogenen Pfeile 3; durch Variation des Verhältnisses der Amplituden beider Paare kann man den Vektor durch die Quadranten I und III drehen. Die Regulierung des Verhältnisses der Amplituden gestattet eine Drehung des Vektors, wie sie durch die aus- ^: gezogenen Pfeile 1,2 und 3 angedeutet ist. ; Um auch die Quadranten II und IV bestrei- ! chen zu können, ist es nur nötig, die Schwingungsphase eines der Paare zu vertauschen. In der Figur ist angedeutet, daß die Phasen von E₁ und E₂ etwa mit Hilfe eines geeignet , zwischengeschalteten Schalters ^ vertauscht : werden. Es ist dann eine Drehung des Vektors entsprechend den gestrichelten Pfeilen 1, 2 und 3 möglich.The transmitters are designated E ₁ , E ₂ , E ₃ , E ₄ . The same are excited with the help of alternating currents differing by 180 ° from the machines M ₁ and M ₂ , in such a way that, for example, E ₁ and E ₄ oscillate at the same time with a positive phase, E ₂ and E ₃ with a negative phase. Resistors W are provided in the supply lines, which allow the operating currents to be regulated between the broadest limits. If the currents are regulated in such a way that the pair E ₃ , E ₁ vibrates with maximum amplitude and the pair E ₁ , E ₂ hardly vibrates at all, the vector of maximum sound intensity has the direction of the solid arrows "1, regulated in such a way that. S ₁ , E _z oscillate with maximum amplitude, but E ₃ and E _t remain at rest, the vector direction is that of the solid arrows 3; by varying the ratio of the amplitudes of the two pairs, the vector can be rotated through quadrants I and III. the regulation of the ratio of the amplitudes allows rotation of the vector, as indicated by the ^off:.! indicated solid arrows 1,2 and 3; to bestrei- the quadrants II and IV to Chen, it is only necessary that In the figure it is indicated that the phases of E ₁ and E _{2 are} exchanged with the help of a suitable, interposed switch ^. It is then a rotation of the vector according to the dashed arrows 1, 2 and 3 possible.

Um zu zeigen, wie man auch durch Ver- 1 änderung der Phasen zweier Schallquellen ^! eine wechselnde Orientierung des Vektors maximaler Strahlung erreichen kann, sei nochmals auf das Beispiel zweier in der Entfernung einer halben Wellenlänge voneinander befindlichen Sender verwiesen (Fig. 1). Läßt man sie gegenphasig schwingen, so däß z. B. E₁ ein Druckmaximum aussendet, wenn E₂ ein Minimum erzeugt, so überdecken sich die Wirkungen in der Richtung der Verbindungslinie der Sender. Macht man die Schwingungsphase beider Sender gleich, so interferieren die Wirkungen in Richtung E₁, E₂ und summieren sich in der dazu senkrechten Richtung.To show how one can also by changing the phases of two sound sources ^! can achieve a changing orientation of the vector of maximum radiation, reference is again made to the example of two transmitters located at a distance of half a wavelength from one another (FIG. 1). If you let them oscillate out of phase, so that z. B. E ₁ emits a pressure maximum, when E ₂ generates a minimum, the effects overlap in the direction of the connecting line of the transmitter. If the oscillation phase of both transmitters is made the same, the effects in the direction E ₁ , E ₂ interfere and add up in the direction perpendicular to it.

Ähnlich wie durch Veränderung der Amplituden von zwei oder mehr Paaren von Schallquellen kann man also auch durch Veränderung der Phasen auf Grund der eben angestellten Betrachtung ein Schwanken des Schall-Strahls im Kreise erzielen.Similar to changing the amplitudes of two or more pairs of sound sources One can therefore also cause the sound beam to fluctuate by changing the phases on the basis of the observation just made achieve in a circle.

Bei zwei Paaren elektromagnetisch betriebener Sender kann man sich zwecks Änderung der Phase bekannter Wechselstrommaschinen der Art bedienen, bei denen das Feld drehbar eingerichtet ist.If you have two pairs of electromagnetically operated transmitters, you can change operate the phase of known AC machines of the type in which the field is set up to be rotatable.

Wenn man mit drei Paaren von Sendern arbeitet, verwendet man vorteilhaft Drehstrommaschinen und führt den verschiedenen Sendern verschiedene Phasen zweier Drehströme zu. Auch hier kann man die Phasenänderung durch Verstellen der Maschinenfelder erzielen und damit eine Drehung des Schallvektors hervorrufen.If you work with three pairs of transmitters, it is advantageous to use three-phase machines and lead the different ones Send different phases of two three-phase currents. Here, too, you can see the phase change by adjusting the machine fields and thus cause a rotation of the sound vector.

Eine Betriebsmöglichkeit eines derartigen Sendersystems mit zwei Drehströmen ist folgende (Fig. 3):One possible way of operating such a transmitter system with two three-phase currents is the following (Fig. 3):

Die Schallsender 1, 2, 3 gehören dem einen Drehstromsystem, die Sender 1', 2', 3' dem anderen Drehstromsystem an. Die beiden Systeme sind einander elektrisch derart zugeordnet, daß die Phasenaufeinanderfolge bei dem einen System im Uhrzeigersinn, bei dem anderen entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt und daß Sendern gleicher Ordnungszahl in beiden Systemen gleiche Phasen der beiden Drehströme entsprechen. Jedes dieser Systeme erzeugt alsdann einen umlaufenden Energievektor, von denen der eine im Uhrzeigersinn, der andere entgegen dem Uhrzeigersinn umläuft. Dadurch wird erreicht, daß die Vektoren sich stets in einer bestimmten Richtung (z. B. in der Richtung a-a im Beispiel der Fig. 3) addieren, so daß in dieser · Richtung eine bevorzugte Ausstrahlung von Schallenergie erfolgt.The sound transmitters 1, 2, 3 belong to one three-phase system, the transmitters 1 ', 2', 3 'to the other three-phase system. The two systems are electrically assigned to one another in such a way that the phase sequence is clockwise in one system and counterclockwise in the other and that transmitters with the same ordinal number in both systems correspond to the same phases of the two three-phase currents. Each of these systems then generates a revolving energy vector, one of which revolves clockwise and the other counterclockwise. This ensures that the vectors always add up in a specific direction (for example in the direction aa in the example in FIG. 3), so that a preferred emission of sound energy takes place in this direction.

Durch Änderung der Phase um 120 ° in einem der beiden koordinierten Sendersysteme kann eine Drehung des resultierenden Vektors um 120 ° (z. B. in Richtung b-b im Beispiel der Fig 3) erfolgen.By changing the phase by 120 ° in one of the two coordinated transmitter systems, the resulting vector can be rotated by 120 ° (for example in the direction bb in the example in FIG. 3).

Claims

-Expectations :

i. Device for generating and changing direction of directed sound beams using the principle of interference, characterized in that two at a distance of half a Wavelength or an odd multiple of one such from each other Electromagnetically excited membrane transmitters operated with alternating currents with a phase difference of 180 ° will.

2. Device according to the generic term of claim i, characterized in that that two or more pairs of electromagnetically operated membrane transmitters are arranged so that the connecting lines of the transmitters forming a pair cross each other and the distance between the transmitters forming a pair half a wavelength or an odd multiple of such, with the individual transmitters with Alternating currents of different and adjustable strength and phase difference operated will.

3. Device according to the generic term of claim 1, characterized in that that when using three pairs of membrane transmitters crossed at the same angle, the individual Individual phases of two three-phase currents are fed to the transmitters, their amplitudes and Phase relationship is changeable for the purpose of rotating the vector of maximum intensity.

1 sheet of drawings.