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Gerät zur Bestimmung der Richtung von Schallwellen. Die Erfindung
beschäftigt sich mit der Aufgabe, eine Einrichtung zu schaffen, mit welcher eine
Richtungsbestimmung von Schallwellen in ähnlicher Weise erfolgen kann wie mit den
Ohren. Bekanntlich treten bei der Schallrichtungsbestimmung mit dem natürlichen
Gehörorgan zwei Wirkungen auf, einmal der Zeiteffekt, bekannt als binaurales Richtungshören,
und zweitens :der Schatteneffekt, bewirkt durch den akustischen Kopfschatten.
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Um die Verhältnisse am Kopf bei Verwendung künstlicher Schallempfänger
möglichst genau herzustellen, hat man vorgeschlagen) zwei durch getrennte Leitungen
mit den Ohren des Beobachters verbundene Empfänger an entgegengesetzten Seiten eines
Schallschatten,-körpers oder Schallschirmes anzuordnen. Solche Schattenkörper oder
Schallschirme haben, abgesehen von ihrer Größe und Urihandlichkeit (besonders bei
großen Empfangsbasen, z. B. im Wasser), den Nachteil, daß sie je nach ihrer Form
verzerrend auf das Schallfeld einwirken.
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Die Erfindung gibt daher einen grundsätzlich anderen Weg an, um einen
ähnlichen Effekt, nämlich außer der Zeitdifferenz noch eine der Schattenwirkung
entsprechende Intensitätsdifferenz, zu erzielen.
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Sie besteht in der Kombination von gerichteten und urigerichteten
Empfängern in einer Basis, derart, daß die Wirkung jie eines gerichteten und urigerichteten
Empfängers an dem einen Ohr sich je nach der Seitenrichtung des Schallstrahls verstärkt
oder schwächt. Zweclanäßig werden gemäß der Erfindung an jedem Ende einer Empfängerbasis,
unter Verzicht auf jede echte Schatten; wirkurig und jede zu ihrer Erzeugung dienende
Einrichtung, zwei Empfänger angeordnet, und zwar ein gerichteter und ein un; gerichteter
Empfänger. Die gerichteten Empfänger müssen der sogenannten bipolaren Type angehören
und so gestellt sein, daß sie senkrecht zur Basiseinfallende Schallstrahlen mit
geringster, in Richtung der Basis ankommende Impulse dagegen mit größter Lautstärke
wiedergeben. Außerdem müssen sie relativ zueinander so angeordnet sein,[ daß die
von ihnen erzeugten Wechselströme gegenphasig sind, und daß bei jeder Einfallsrichturig
eines Schallstrahles einer der gerichteten Empfänger mit seinem zugehörigen urigerichteten
Empfänger in Phase, der an-. dere gegen seinen. zugehörigen urigerichteten Empfänger
mit einer Phasenverschiebung von i 8o' schwingt. Die Gegenphasigkeit der beiden
gerichteten Empfänger kann auch, als äquivalentes Mittel, ersetzt werden durch gegenphasige
elektrische Schaltung der Verbindu;ngslei;tungen zu den Telephonen, wobei dann die
beiden gerichteten Empfänger örtlich so angeordnet sein können, daß sie bei jeder
Schallrichtung gleichphasig schwingen. Eine einfachere Einrichitung mit ähnlicher
Wirkung .erhält man auch schon, wenn man an jedem Ende der Basis einen Empfänger,
die beide gleich sind, also z. B. urigerichtete Empfänger, und an beliebiger Stelle
der Basis, z. B. in der :Mitte der Basis, einen Empfänger der anderen Type, also
z. B. einen Richtungsempfänger, anordnet, und wenn man die beiden gleichartigen
Empfänger getrennt auf die beiden Ohren wirken läßt, während der andere Empfänger
mit beiden Hörern, und zwar gegenphasig, verbunden wird. Voraussetzung hierbei ist,
daß die Basislänge so gering ist, daß man auf ihrem Bereich das Schallfeld praktisch
,als quasistationär betrachten kann.
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Näheres über die Mittel der Ausführung und ihre Wirkungsweise ergibt
sich aus der Beschreibung der figürlich dargestellten Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen stellen .dar: Abb. i .eine Vorderansicht eines
Richtungsempfängers nach der Erfindung mit gegenphasig gestellten Richtungsempfängern,
Abb. a und 3 seine vergrößerte Darstellung des Mittelbeils der Richtungsempfänger
der Abb. i und q., Abb. q. eignen Schnitt längs a-b durch den, Apparat der Abb.
i mit Aufsicht auf die Richtungsempfänger und Schaltskizze, Abb. 5 eine Seitenansicht
eines Aggregates Richtungsempfänger - ungenchteter Empfänger, Abb.6 eine Teilansicht
eines Richtungsempfängers nach -der Erfindung mit gleich:-pliasig gestellten und
gegenphasig geschalteten Richtungsempfängern mit einer Schaltskizze und
Abb.7
eine Einrichtung nach der Erfindung mit .einem umgerichteten Empfänger an jedem
Ende der Basis und einem gerichteten Empfänger in ihrer Mitte.
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In. der Abb. i bezeichnen i und 2 urgerichtete Schallempfänger beliebiger
Art, z. B. solche, bei dienen in eiher Kapsel 3 auf einer Membran 4 ein Mikrophon
befestigt ist. Diese Empfänger sitzen an den Enden eines Trä-gers 6, der
um einen Schaft 7 mit Handgriff 8 drehbar ist. An den ungerich'teten Empfängern
i und 2 sind gerichtete Empfänger 9 und io befestigt, die bei dem Ausführungsbeispiel
der Abbildung der bekannten Type angehören; bei welcher in einem Ring i i eine Schallplatte
12 ausgespannt ,ist, die meiner Kammer 13 in ihrer Mitte ein Mikrophon 1 ¢ trägt.
Der Schaft 7 besitzt in bekannter Weise einen Zweiger 15., der über :einer Skala
16 läuft. Wird -die Anlage unter Wasser gebraucht, so ist der Schaft 7 bei 17 abgedichtet
durch eine Schiffswand 18 hindurchzuführen, so daß die'Basis sich im Medium bewegt,
während die Ablesevorrichtungen und sonstigen Teile der Anlage innerhalb des Schiffes
angeordnet sind.
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In den Abb. 2 und 3 sind die Kapseln 13 in größerem Maßstabe im Schnitt
gezeichnet, um genauer die Lage und Einrichtung der Detektoren 19, 20 erkennen zu
lassen. Die Kapselwände von 13 sind starr. Die Detektoren, die im Falle des Ausführungsbeispieles
als Mikrophone gezeichnet sind, die aber auch! elektromagnetische oder elektrodynamische
Detektoren sein können, sind so ausgebildet, daß sie zwei zueinander bewegliche
Teile 2 i, 22 bzw. 23, 24 besitzen, die federnd miteinander verbunden sind. In dem
Ausführungsbeispiel der Abb. i bis 5 sind die gerichteten Empfänger nun so gestellt,
daß die die Detektoren tragenden Kamm@erwän-de nach entgegengesetzten Richtungen
weisen.
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Die Abb. 5 läßt eine Aufsicht auf den Richtungsempfänger der einen
Gruppe erkennen, bei welcher man in der Mitte die Verschlußplatte 25 der zentralen
Ka'anmer sowie die Membran 12 und den Ring 11 sieht. Der mit dem Richtungsempfänger
verbundene ungerichtet@e Empfänger, bestehend aufs der Kapseil 3, der Membran ¢
und dem Mikrophon 5, ist im Schnitt dargestellt.
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Die Zuleitungen zu den beiden Telephonen. 26, 27 (Abt. 4) sind: für
jede Gruppe getrennt durchgeführt. Innerhalb der Gruppe sind die Leitungen jieeines
gerichteten und -ungerichteten Empfängers zu den Primärwicklungen 28, 29 bzw.3o,
31 zweier Telephontransformatoren geführt, an .deren Sekundärwicklungen 33, 34 die
Tdlephone z6, 27 angeschlossen sind.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Unabhängig von der
Richtung des eintreffenden Schallstrahles sprechen die ungerichteten Empfänger beider
Gruppen stets mit gleicher Stärke an. Außerdem wird jeder von ihnen in demselben
Zeitelement von derselben Wellenphase getroffen wie sein zugehöriger gerichteter
Empfänger. Für die in der Abbildung dargestellten reinen Dampf -druckempfänger bedarf
das keiner weiteren Erläuterung. Für die Richtungsempfänger gilt folgendes: Trifft
ein Schallstrahl senkrecht (Pfeil I) auf 'die Basis, so ist der Schalleindruck in
beiden Richtungsempfängern Null, und der Beobachter erhält nur die elektrischen
Impulse der urgerichteten Empfänger, und zwar diese gleich laut und gleichzeitig.
Trifft ein Schallstrahl von rechts in der Zeichnung (Pfeil. III) auf die Apparatur,
so beweg-en sich die Schallplatten der beiden gerichteten Empfänger gleichphasig
und wirken infolgedessen im Falle des rechts befindlichem Empfängers derart auf
die gegeneinander beweglichen Teile des Detektors ein, daß sie sich einander nähern,
wenn sich. .die entsprechenden beiden Teile des Detektors des linken Empfängers
voneinander entfernen und umgekehrt. Da in dem rechts befindlichen urgerichteten
Empfänger der gleichphasige Vorgang wie in dem zugehörigen gerichteten stattfindet,
addieren sich die Wirkungen in dem rechten Transformator des Telephons 27, während
sich die Wirkungen der linken Gruppe in dem Transformator des Telephflns 26 subtrahieren.
Bei verschiedener Empfindlichkeit der gerichteten und urgerichteten Empfänger bekommt
man rechts eine Verstärkung, links eine Abschwächung des Tones. Durch Betätigung
von Parallel-Ohm-Widerstände;n 35 und 36 im Stromkreis der in der Regel lautstärkerer
urgerichteten Empfänger kann man .die Empfindlichkeit der gerichteten und urigerichteten
Empfänger gegeneinander abgleichen, so daß man praktisch in der abgekehrten Gruppe
ein absolutes Minimum der Lautstärke erreichen kann., Praktisch wird man so weit
nicht gehen, weil zur gleichzeiligen Wahrnehmung der Zeitdifferenz im Eintreffen
des Schallimpulses an den beiden Gruppen immerhin noch eine gewisse Lautstärke in
der er Schallquelle abgekehrten Empfängergruppe vorhanden sein mu,ß. Der Effekt
im Ohr des Beobachters ist also im Fall des Schallstrahls III der, daß er im rechten
Ohr den Inip:dls zuerst und laut, im linken Ohr aber später und leiser wahrnimmt,
genauso, ,wie es beim natürlichen zweiohrigen Gehörorgan der Fall ist, Bald wie
man es bisher unter Verwendung sehr unbequemer Schallschirme Moder Schallschattenkörper
,erreicht hat.
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Dreht der SchallstraM aus der Lage III
über die Lage
I hinaus in den linken Quadranten (Pfeil II), so findet beim Durchgang durch die
Lage I an den gerichteten Empfängern ein Phasensprung der mechanischen Bewegung
um i8o° statt. W(ähren.d also beim Eintreffen des Schallstrahls von rechts her die
Empfänger der rechten Gruppe mechanisch gleichphasig arbeiteten, arbeiten sie jetzt
beim Eintreffen des Sdh:allstrabls von links her gegenphasig, während nunmehr die
Empfänger der linken Gruppe gleichphasig arbeiten.
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In der Abb.6 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Apparateteile.
Der Unterschied gegenüber der Anordnung der Abb. i his 5 besteht hier lediglich
darin, daß dis Kapselwände der zentralen Kapseln der gerichteten Empfänger, an welchen
die Detektoren befestigt sind, nach derselben Richtung weisen, daß also hier die
gerichteten Empfänger beider Gruppen gleichphasig arbeiten. Die Gegenphasigkeit
-wird hier dadurch erzielt, daß die Transformatorwicklung 29 des einen gerichteten
Empfängers über Kreuz' an die Zulleltungen desselben angeschlossen: ist.
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Bei der Anordnung der Abb. 7, einer Basis geringer Größe für quasis:tatianäre
Felder,. sind. an den Enden. der Basis je ein unge'-richteter Empfänger i und 2
angeordnet, während in der Mitte ein gerichteter Empfänger 9 angebracht ist. Die
ungerichtzten Empfänger sind über zwei Telephontransformatoren mit dem Wicklungen
28, 30, 33 und 3¢ mit zwei Telephonen verbunden. Die Mrindungen 29, 31 derselben
Transformatoren sind in gegenläufigem Wicklungssinn in Serie an das Mikrophon des
gerichteten Empfängers angeschlossen. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist an
Hand der zu den vorigen Abbildungen gegebenen Erläuterungen ohne weiteres verständlich.
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Die einzelne technische Ausführung der verwendeten Empfänger ist,
soweit sie im übrigen den Bedingungen der vorstehenden Ausführungen entsprechen,
gleichgültig und nicht Gegenstand der Erfindung. Es können, also an sich beliebig
konstruierte ungerichtete und gerichtete Empfänger verwendet werden. Naturgemäß
kann man auch solche Empfängerbasen nach Belieben fest oder drehbar anordnen. Auch
ist die Anwendung der Erfindung weder auf bestimmte Medien noch auf bestimmte Arten
von Schallimpulsen beschränkt.
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Der -wesentliche Vorteil der Erfindung gegenüber den bisher bekanntgewordenen
Schattenkörper-Empfängiem liegt in der Einfachheit und Billigkeit ihrer Konstruktion,
in ihrem geringen Gewicht und ihrer :leichten Beweglichkeit sowie in der Tatsache,
daß sie viel weniger Raum. brauchen und sich leichter verbergen lassen. Als weiterer
Vorteil kommt hinzu, daß man, wie bereits oben erwähnt; viel stärkere Schatteneffekte
erreichen kann, und zwar nicht nur bei relativ kurzwelligen Impulsen, wie es bei
den. Schatten',kZrpern der Fall ist, sondern in stärkster Form, ganz unabhängig
von dem Toncharakter des Impulses.