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Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung einer Tonwelle. Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Richtung, mit welcher eine Tonwelle
über einen Beobachtungsort hinzieht, wobei die Tonwelle selbst in einem flüssigen
oder gasförmigen Medium verlaufen kann. Derartige Einrichtungen werden auch »gerichtete
Tonempfänger« genannt.
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Man kennt bereits Vorschläge zur Lösung dieses Problems; sie beruhen
auf der Anwendung zweier im Abstande einer halben Wellenlänge voneinander aufgestellter
Mikrophone, in welchen die auf sie einwirkenden Schall= wellen in elektrische Wellen
umgesetzt werden. Die Mikrophone werden hintereinander auf ein Telephon geschaltet,
in welchem der Schall bei gegenphasiger Erregung der Mikro= phone infolge Interferenz
dann verschwindet, wenn die Verbindungslinie der beiden 1likrophone auf die Schallwelle
hinzeigt. Dieses Verfahren versagt in der Praxis deshalb, weil es praktisch unmöglich
zu sein scheint, zwei Mikrophone zur Anwendung zu bringen, die akustisch oder elektrisch
absolut übereinstimmen.
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In Anlehnung an den älteren Vorschlag und unter Beseitigung .der ihm
anhaftenden praktischen Nachteile- benutzt die Erfindung zwei besondere Empfangskörper,
in denen zunächst keine Umsetzung der akustischen Energie in elektrische Schwingungen
stattfindet; diese von der Tonwelle erregten, d. h. in Schwingungen versetzten Empfangskörper
geben nun ihrerseits mit Hilfe mechanischer Mittel, z. B. durch Hebel, Gestänge
o. dgl., diese Erregung an eine Anzeigevorrichtung, z. B. ein Mikrophon, das für
beide Empfangskörper gemeinsam ist, weiter. Erst von dieser, den Empfangskörpern
gemeinsamen Anzeigevorrichtung werden die akustischen Schwingungen in elektrische
Schwingungen umgesetzt und durch ein Telephon o. dgl. dem Ohr erkennbar gemacht.
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Der Abstand der beiden Empfangskörper beträgt das urgerade Vielfache
einer halben Tonwelle. Als Empfangskörper kommen in I# rage a) Pulsatoren, d. h.
Hohlkörper mit nachg iebigen Wänden, welche unter dem Einfluß des in der Schallwelle
wechselnden Druckes ihr Volumen ändern. Solche Pulsatoren sind ä. B. Membranen,
die eine Wand, einer im übrigen von starren Wänden begrenzten Luftkammer bilden.
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b) Vibratoren, d. h. Hohlkörper mit starren Wänden, welche in der
Schallwelle den von B j e r k n e s erkannten, dynamischen Antrieb erfahren ; sie
werden durch die in der Schallwelle auftretenden Beschleunigungen der schalltragenden
Teilchen betätigt.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sir_ 1 Ze_clinungen beigefügt,
und zwar zeigen die Abb. z und a je einen schematischen Schnitt einer Vorrichtung,
gemäß der Erfindung in zwei verschiedenen Stellungen, und die
Abb
3 und q. eine zweite Ausführungsform in der Darstellungsweise der Abb. i und 2.
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a, a1 bezeichnen zwei Membranen. Es sind die beiden Empfangskörper,
die im Abstande gleich einer halben Wellenlänge (i/2) voneinander angeordnet sind
und in Verbindung mit dem starren Hohlkörper B, dessen öffnungen
b
und hl sie verschließen, einen Pulsator bilden. c ist ein Hebel, der drehbar
von einer in dem Hohlkörper B gelagerten Achse cl getragen wird. -\-on der Membran
führt nun eine starre Stange d und von der Membran a1 eine gleichfalls starre Stange
dl nach den Punkten e und e1 des Hebels, wo sie mit demselben gleichfalls starr
verbunden sind. Die Anschlußstellen e und e1 haben einen geringen Abstand voneinander.
Auf dem Hebel c sitzt nun unter Vermittlung eines Stiftes f ein Mikrophon g; der
Stift ist mit seinem einen Ende starr auf dem freien Ende des Hebels c befestigt
und greift mit ,einem anderen Ende an die Membran g1 des Mikrophons g an. Das Mikrophon
wird in lern hier gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Hohlkörper B getragen.
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Die Richtung eines z. B. im Wasser veriaufenden Schallstrahles werde
nun durch den Neil _r angedeutet, und es werde angenommen, #lie Längsachse der Vorrichtung
falle mit der Richtung -,r zusammen (Stellung I). Da der Abstand der beiden Empfangskörper
bzw. Membranen a, a1 gleich dem ungeraden Vielfachen einer halben Wellenlänge ist,
so werlen nach den hier in Betracht kommenden physikalischen Gesetzen, die Membranen
ungleichphasig erregt, d. h. während die eine .\letnbrane, z. B. a, nach innen schwingt
(Richtrrngy), schwingt die andere Membraneal nach außen (Richtung y1). Der Hebel
c erleidet also eine Drehung (die allerdings außerordentlich klein ist; es kommen
Bewegungen von der Größenordnung io-$ in Betracht), dementsprechend wird auch die
Membrane g1 des Mikrophons g, welches beiden Empfangskörpern a, a1 gemeinsam ist,
eingedrückt bzw. in Schwingungen versetzt. Von dem Mikrophon geht dann ein (nicht
gezeichnetes) Leitungskabel nach einem (ebenfalls nicht veranschaulichten) Telephon.
Dreht man nun den Hohlkörper so, daß seine Längsachse senkrecht zur Richtung des
Schallstrahles steht @vgl. Abb. 2), so werden beide. Membranen a, a1 gleichphasig
erregt, d. h. sie schwingen beide gleichzeitig entweder nach innen oder nach außen.
Eine Drehung des Hebels durch das übertragende Gestänge d, d' kann hiernach
nicht stattfinden, und dementsprechend findet auch keine Erregung des Mikrophons
g statt, so daß bei der Stellung II das Telephon Schweigt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 sind die beiden Membranen a, a1
in zwei zueinander parallelen Ebenen mit einem Abstande gleich ;Icni ungeraden Vielfachen
einer halben Wellenlänge angeordnet und verschließen wiederum die beiden Enden seiner
Röhre H. Im übrigen ist die Anordnung die gleiche, wie sie bei Abb. r veranschaulicht
ist.
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Stellt man nun die Röhre H mit ihrer Längsachse in die Richtung des
Schallstrahles x 1, Abb. 3), so werden beide Membranen a, a1 wiederum ungleichphasig
erregt, d. h. wenn die Membrane a in der durch die Linie a2 angedeuteten Weise,
d. h. nach innen durchgebogen wird, so wird die Membrane a' nach außen durchgebogen
(Linie a$). Eine Drehung des Hebels ist also bei dieser Anordnung nicht möglich;
dementsprechend findet auch keine Einwirkung auf das Mikrophon statt und das Telephon
schweigt somit bei Stellung I. Dreht man hingegen den Körper H so, daß seine Längsachse
senkrecht zur Richtung x steht (Abb.4), so ist ohne weiteres ersichtlich, däß nunmehr
beide Membranen gleichphasig erregt, d. h. nach innen gedrückt werden. Der Hebel
erleidet somit eine entsprechende Drehung und wirkt auf das Mikrophon ein, von dem
aus das Telephon erregt wird. Man hört also bei Stellung II einen Ton. In beiden
Fällen ergibt sich also die Schallrichtung einwandfrei, wenn inan die ins Wasser
gebrachte Vorrichtung so lange dreht, bis ein Tonminimum wahrnehmbar wird. Alsdann
ist die Richtung der Schallduelle zum Beobachtungsort durch das Mittellot auf der
Verbindungslinie der beiden Empfangskörper a, a1 gegeben.