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Vorrichtung zur Richtungsbestimmung von Schallwellen. Unter den Methoden
zur Richtungsbestimmung von Schallwellen nehmen das binaurale Hören und die Interferenzmethode
für die Praxis eine bevorzugte Stellung ein. Das bekannte binaurale Hören besteht
darin, daß von zwei Empfängern der Schall einer Schallquelle durch getrennte Leitungen
zu den Ohren des Beobachters gebracht wird und bei seitlicher Schallquelle durch
das Nacheinandereintreffen des Schalles beim Beobachter einen Seitenrichtungseindruck
auslöst.
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Die bekannte Interferenzmethode besteht im Gegensatz dazu darin, daß
der von dem einen Empfänger kommende Schall mit dem von dem anderen Empfänger kommenden
Schall in einem die beiden Schalleitungen verbindenden Zwischenstück vereinigt wird,
so daß durch das Übereinanderlagern der beiden Schallwellen in dem Zwischenstück
eine Verstärkung oder Schwächung der Lautstärke eintritt.
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Während bei anderen Methoden bei der Messung meist eine Veränderung
der relativen Lage der Empfangsorgane zu der Schallquelle erforderlich ist, was
praktische Unbequemlichkeiten ergibt, wenn die Beobachtungsstelle nicht nahe bei
den Empfangsorganen liegt, so kann man bei obigen Methoden eine Kompensationsvorrichtung
anwenden, die unabhängig von dem Orte der Empfänger ist. Die binaurale Methode der
Richtungsbestimmung besteht darin, daß man zwei einzelne Empfangsorgane oder zwei
Gruppen von solchen mit den Ohren durch vollständig getrennte Schallwege verbindet.
Je nach der Zeitdifferenz, mit der die Schallwellen die Ohren, d. h. bei gleichem
Abstand der Empfänger von den Ohren, die Empfänger erreichen, hat man einen Richtungseindruck,
dessen Seitlichkeit in gesetzmäßiger Weise von jener Zeitdifferenz, d. h. von dem
Abstand der Empfänger voneinander und der Lage der Schallquelle zu den Empfängern,
abhängt. Durch Kompensation der Zeitdifferenz zwischen dem Ankommen des Schalles
an beiden Ohren, indem man Schallwege von verschiedener Länge zwischen Ohren und
Empfängern einfügt, kann man den ursprünglich seitlichen Richtungseindruck in einen
Eindruck überführen, der die Schallquelle in der Medianebene erscheinen läßt (Mitteneindruck).
Der Längenunterschied der Schallwege, der zur Herbeiführung dieses Mitteneindruckes
notwendig ist, gibt ein Maß für die Richtung der Schallstrahlen. Diese kann direkt
von einer in Winkelgraden geeichten Skala abgelesen werden.
Bei
derInterferenzmethode sind dieErnpfänger im Abstande einer halben Wellenlänge bzw.
einem ganzzahligen Vielfachen davon voneinander angeordnet, da nur in diesem Fall
bei seitlicher Lage der Schallquelle eine wirksame und deutlich wahrnehmbare Schwächung
der Lautstärke auftritt. Der von den Empfängern aufgenommene Schall wird auf einem
gemeinsamen Schallweg zur Vereinigung gebracht und dann einem oder beiden Ohren
zugeführt. Je nach dem Phasenunterschied des von beiden Empfängern kommenden Schalles
wird dieser durch die Interferenz verstärkt oder geschwächt. Er ist am stärksten,
wenn der Phasenunterschied Null ist, und am schwächsten, wenn er i8o° beträgt. Durch
Verändern der Weglängen zwischen Empfängern und der Interferenzstelle kann man die
Phasenunterschiede kompensieren und auf ein Maximum der Lautstärke einstellen bzw.
die Phasenunterschiede auf i8o ° vergrößern und ein Minimum der Lautstärke erhalten.
Die hierzu erforderliche Weglängenänderung gibt wieder ein Maß für die Schallrichtung.
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Die binaurale Methode wendet man mit Erfolg nur für die Richtungsbestimmung
von Geräuschen an, während die Interferenzmethode hauptsächlich für die Richtungsbestimmung
von Tönen erfolgreich ist. Da für die Praxis, z. B. für die Schiffahrt, sowohl die
Richtungsbestimmung von Geräuschen als auch von Tönen von großer Bedeutung ist,
muß man Apparate für beide Methoden besitzen, was abgesehen von der Umständlichkeit
in der Bedienung erhebliche Kosten zur Folge hat.
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Diesem Nachteil wird nach der Erfindung dadurch entgegengetreten,
daß ein und derselbe Apparat sowohl für das binaurale Hören, als auch für die Interferenzmetl_ode
benutzt wird, und hierin liegt das Hauptmerkmal der Erfindung.
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Erreicht wird dies dadurch, daß der Schall nach Passieren der Kompensationsapparatur
eine Vorrichtung durchläuft, die gestattet, den Schall entweder auf getrennten Wegen
den Ohren des Beobachters zuzuführen oder ihn vorher zur Interferenz zu bringen.
Es können für beide Methoden dieselben Empfänger benutzt werden oder aber auch in
beiden Fällen verschiedene Empfänger mit einem der Methode entsprechenden günstigen
Abstand voneinander Verwendung finden. Bei elektrischen Empfängern kann die Umschaltung
der Empfänger zweckmäßig durch dieselbe Schaltbewegung, die die Umschaltung von
der binauralen zur Interferenzmethode bewerkstelligt, bewirkt werden. Der Abstand
der Empfänger kann so bemessen werden, daß für beide Methoden dieselbe Skala von
Winkelgraden, die mit dem Kompensator verbunden ist, Gültigkeit hat. Im anderen
Falle müssen zwei Skalen vorhanden sein, von denen die eine beim binauralen Empfang
sichtbar wird und in bezug auf den gewählten Empfängerabstand geeicht ist, während
bei der Interferenzmethode eine besondere auf die hierbei zur Verwendung gelangende
Empfängerbasis geeichte Skala am Apparat erscheint. Von besonderer Bedeutung wird
der Fall sein, wo der Empfängerabstand in Hinblick auf die Wellenlänge des Signaltones
festgelegt wird und die binaurale Methode mit denselben Empfängern und einer hierfür
besonders geeichten Skala ausgeübt wird. Die Freilegung der jeweils geltenden Skalen
kann zwangläufig durch die Schaltvorrichtung, z. B. durch Steuerung geeigneterBlenden,
geschehen.
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In folgendem ist der Erfindungsgegenstand an der Hand von Abbildungen
näher erläutert In Abb. i sind S1 und S2 zwei von einer entfernten Geräuschquelle
kommende Schallstrahlen, die mit der Verbindungslinie der Empfänger A und
B (Basis b) den Winkel u bilden. Der Schall kommt also in
A um die der Strecke A-C entsprechende Zeit 0 A später an als in B. Sind
die Empfänger A und B durch die getrennten aber gleich langen Wege
R1, R3, R5, R_', R, bzw. R2, R4, Rs. R;', R9 mit den Ohren 01
und 0,. des
Beobachters verbunden, so erzeugt diese Zeitdifferenz 0 A einen physiologischen
Richtungseindruck. Die Schallquelle erscheint in dem skizzierten Falle rechts von
der Geradeausrichtung M, G. Um diesen Seiteneindruck auf den Mitteneindruck zurückzuführen,
hat man die beispielsweise posaunenartig ausgebildeten Kompensationsstücke R3, R4
nach links zu verschieben.. Ist der Schallweg zwischen A und 01 gerade um
die der Zeitdifferenz A A entsprechenden Weg kürzer als der Schallweg zwischen B
und 0,., so erscheint die Schallquelle dem Beobachter gerade voraus und der Zeiger
Z zeigt auf der für diesen Fall geeichten Skala Skr den Winkel :a an.
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Handelt es sich um die Richtungsbestimmung von Tönen,, so schaltet
man die Vorrichtung auf Interferenzempfang um, indem man den Schieber
Sch zwischen R.' und R'' entfernt, wie dies Abb. 2 zeigt. Die mit einer gewissen
Phasendifferenz an den Empfängern A und B ankommenden Tonwellen gelangen dann in
Rohr R7 zur Interferenz. Wird die Phasendifferenz durch Verschieben der Kompensationsstücke
R3 und R4 ausgeglichen, so tritt ein Maximum der Lautstärke auf und der Zeiger Z'
zeigt auf der für die Interferenzmethode geltenden Skala Sk. den Winkel a an. Anstatt
auf das Maximum der Lautstärke kann auch auf das Minimum eingestellt werden. Der
Schieber Sch kann mit einer Blende in der Weise verbunden sein, daß beim
Herausziehen die ursprünglich sichtbare
Skala Skl verdeckt und die
ursprünglich verdeckte Skala Sk. sichtbar wird. Ferner kann mit dem Schieber eine
Schaltvorrichtung verbunden sein, die beim Herausziehen des Schiebers die Empfänger
A und B abschaltet und dafür besondere für den Tonempfang zu benutzende Empfänger,
die im Abstande einer halben Wellenlänge des Signaltones voneinander angeordnet
sind, anschließt. An Stelle des Schiebers Sch können naturgemäß auch andere Vorrichtungen
Verwendung finden, z. B. solche, die durch eine Drehbewegung betätigt werden (Hähne,
Klappen usw.).
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In den Abb. 3 und q. sind zwei Schnitte in zwei zueinander rechtwinklig
gerichteten Ebenen durch eine zweite in der angedeuteten Weise abgeänderte Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Diese Ausführungsform besteht aus einem
Gehäuse i, in welchem der Körper 2 mittels seiner Zapfen 3, q. drehbar gelagert
ist. Der Körper 2 besitzt die Bohrungen 5, 6 (Abb. 3) und in der zu Abb. 3 rechtwinkligen
Ebene die Bohrungen 7, 8 und 9, io, welche durch die Bohrung ii miteinander verbunden
sind (Abb. 4).
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Das Gehäuse i steht mit den Schallwegen R5, R8 und R6, R9 derart in
Verbindung, daß entweder bei der Stellung des Drehkörpers 2 gemäß Abb. 3 die Schallwege
R5, R$ und die Schallwege R6, R9 sich an die Bohrungen 5 bzw. 6 anschließen, oder
bei der Stellung des Drehkörpers gemäß Abb. q. die Schallwege R5, R6 mit den Bohrungen
7, 8 und die Schallwege R8, R9 mit den Bohrungen 9, io (Abb. q.) übereinstimmen.
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Im ersten Falle kann die Vorrichtung zur Richtungsbestimmung nach
der binauralen Methode und im zweiten Fall nach der Interferenzmethode benutzt werden.
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An Stelle von Rohren kann man für die Schalleitung natürlich auch
Kanäle, die in massive Platten eingefräst sind, verwenden. Die auf der Zeichnung
dargestellten Anordnungen sind nur als Ausführungsbeispiele aufzufassen, die mannigfache
Abänderungen und Ausbildungen erfahren können, ohne daß dadurch an dem Wesen der
Erfindung geändert wird.
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Die Vorrichtung ist nicht nur für die Richtungsbestimmung von Luftschall,
sondern auch von Unterwasserschall brauchbar.