DE425405C

DE425405C - Device for the preferred sending and receiving of mechanical impulses (sound waves)

Info

Publication number: DE425405C
Application number: DES68756D
Authority: DE
Original assignee: Signal GmbH
Current assignee: Signal GmbH
Publication date: 1926-02-20

Description

Einrichtung zum bevorzugten Senden und Empfangen von mechanischen Impulsen (Schallwellen). Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erzeugung gerichteter Schallimpulse unter 'Wasser Kombinationen von in einer horizontalen Ebene liegenden Sendern zu verwenden, die um eine halbe Wellenlänge des auszusendenden Schalles voneinander entfernt sind. Ferner ist bereits eine Einrichtung zum bevorzugten Senden und Empfangen von Schallwellen in vertikalen Ebenen vorgeschlagen worden, bei welcher eine Mehrzahl von einzelnen Sendern oder Empfängern in einer horizontalen Ebene in solchem Abstand d voneinander angeordnet werden, daß dieser Abstand der Formel entspricht: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in horizontalen Ebenen durch den Sende- oder Empfangsort bevorzugt zu senden oder bevorzugt zu empfangen. Eine solche Aufgabe liegt z. B. vor bei der Aussendung von Signalen unter Wasser. Die Verhältnisse bei der Unterwasserschallgebung liegen meist so, daß die Tiefe des Wassers im Verhältnis zur Reichweite des Schallsignales, d. h. zur Ausdehnung des Schallfeldes, relativ klein ist (2o bis ioo m : io bis 30 Seemeilen). Der von einem angerichteten Sender ausgebende Schall bewegt sich also in einem schichtförmigen Raum. Diese Wasserschicht ist oben und unten begrenzt durch reflektierende Flächen, Meeresboden und Wasseroberfläche. Es kommen also, wenn man einen Sender verwendet, der nach allen Richtungen horizontal und vertikal gleich :stark strahlt, am Empfangsort außer dein direkten Strahl noch die reflektierten Strahlen an, die an den beiden reflektierenden Flächen zurückgeworfen werden. Bei unebener Beschaffenheit dieser Flächen kann es sich dabei um eine Mehrzahl von reflektierten Schallstrahlen handeln. Diese Überlagerung einer Mehrheit von Schallstrahlen führt in vielen Fällen zu unangenehmen interferenzerscheinungen, die zur fast völligen Aaslöschung des Schalles an gewissen Stellen führen können (Schlierenbildung). Beim Empfang von Schallwellen tritt naturgemäß, wenn auch nicht so ausgeprägt, dieselbe Erscheinung auf, solange der Empfänger aus allen Richtungen der durch ihn gehenden Vertikalebene gleich stark empfängt.Device for the preferred transmission and reception of mechanical impulses (sound waves). It has already been proposed to use combinations of transmitters lying in a horizontal plane, which are spaced from one another by half a wavelength of the sound to be transmitted, in order to generate directed sound pulses under water. Furthermore, a device for the preferred transmission and reception of sound waves in vertical planes has already been proposed, in which a plurality of individual transmitters or receivers are arranged in a horizontal plane at such a distance d from one another that this distance corresponds to the formula: The object of the invention is to transmit or receive preferentially in horizontal planes through the sending or receiving location. Such a task is z. B. before sending signals under water. The conditions for underwater sound are usually such that the depth of the water is relatively small in relation to the range of the sound signal, ie to the extent of the sound field (20 to 100 m: 10 to 30 nautical miles). The sound emitted by a transmitter that is set up therefore moves in a layered space. This water layer is limited above and below by reflective surfaces, the sea floor and the water surface. So if you use a transmitter that radiates equally in all directions horizontally and vertically: strongly, at the receiving location, in addition to the direct beam, there are also reflected rays that are reflected on the two reflecting surfaces. If these surfaces are uneven, there can be a plurality of reflected sound beams. This superimposition of a majority of sound beams leads in many cases to unpleasant interference phenomena, which can lead to the almost complete extinction of the sound at certain points (streaking). When receiving sound waves, the same phenomenon naturally occurs, although not as pronounced, as long as the receiver receives the same intensity from all directions of the vertical plane passing through it.

Diese Nachteile lassen sich vermeiden oder weitgehend herabsetzen, `nenn man Sende-oder Empfangsanordnungen herstellen kann, die nach den ungewollten Richtungen, nach oben und unten, vermindert oder gar nicht strahlen, oder die aus den ungewollten Richtungen vermindert oder gar nicht empfangen.These disadvantages can be avoided or largely reduced, You can call sending or receiving arrangements that follow the unwanted Directions, up and down, diminished or not at all, or which radiate out the unwanted directions diminished or not received at all.

Gemäß der Erfindung löst man diese und ähnliche Aufgaben dadurch, daß man zwei oder mehrere Sender oder Empfänger senkrecht zu der Fläche, in welcher bevorzugt gesendet oder empfangen werden soll, in einem solchen Abstand voneinander anordnet, daß die Wirkung der Apparate sich in dieser Fläche addiert. Vorzugsweise wird hierfür zemäß der Erfindung der Abstand gewählt, wobei ya die Anzahl der Apparate der Kombination und 2, die Wellenlänge des verwendeten Schalles bezeichnet. Auf die weiteren sehr erheblichen Vorteile, die mit einer solchen Anordnung erzielt werden, wird im folgenden eingegangen werden, nachdem die Erfindung an Hand der Abb. i bis .I näher erläutert ist.According to the invention, this and similar objects are achieved by arranging two or more transmitters or receivers perpendicular to the area in which transmission or reception is preferred, at such a distance from one another that the effect of the apparatus is added in this area . The distance is preferably used for this purpose according to the invention selected, where ya denotes the number of devices in the combination and 2, the wavelength of the sound used. The further very considerable advantages that are achieved with such an arrangement will be discussed below, after the invention has been explained in more detail with reference to FIGS.

In der Abb. i stellt E ein Stück einer Vertikalebene durch den Senderort S dar, an welchem fünf Sender i, 2, 3, 4.. 5 vertikal übereinander aufgebaut sind. Eine solche Einrichtung gibt, abgesehen von einigen kleinen Nebenmaxima, ein Schallfeld von der Art, wie es bei f, f im Schnitt dargestellt ist. Man sieht, daß, wenn die punktierten Linien a und b die Grenzflächen der den Schallvorgang tragenden Schicht darstellen, diese Grenzflächen bei einer solchen Anordnung überhaupt von keinem Schallstrahl erreicht werden, daß also Interferenzen durch Reflexionen nicht möglich sind. Es gilt das gleiche sowohl- für ausgehende als für ankommende Schallstrahlen. Es könnten also die Apparate i bis 5 auch Empfänger bedeuten. Aus der Betrachtung dieser Abbildung werden nun auch gleich die weiteren Vorteile einer solchen Einrichtung verständlich.In Fig. I, E represents a piece of a vertical plane through the transmitter location S, at which five transmitters i, 2, 3, 4 .. 5 are set up vertically one above the other. Apart from a few small secondary maxima, such a device gives a sound field of the type shown in section at f, f. It can be seen that if the dotted lines a and b represent the boundary surfaces of the layer carrying the sound process, these boundary surfaces are not reached by any sound beam at all in such an arrangement, so that interference from reflections is not possible. The same applies to both outgoing and incoming sound beams. Apparatuses i to 5 could also mean receivers. From the consideration of this figure, the further advantages of such a device become immediately understandable.

Was zunächst den Vorgang des Sendens anbelangt, so ergibt die Zusainmendrängung der Energie in einem flächenförmigen Raum eine erhebliche Verstärkung des ausgesandten Schalles in diesem Raum. Die Energie an einem Punkt des Maximalstrahls ist nicht nur das fünffache der Energie jedes einzelnen an sich ungerichteten Senders der Kombination, sondern erheblich größer. Versuche mit drei Sendern haben ergeben, daß in der Richtung des Maximalstrahls nicht nur die dreifache, sondern nahezu die sechsfache Energie eines Senders gestrahlt wurde.As for the process of sending first, the crowding results the energy in a planar space a considerable amplification of the emitted Noise in this room. The energy at one point of the maximum ray is not only five times the energy of each individual non-directional transmitter of the Combination, but considerably larger. Tests with three transmitters have shown that in the direction of the maximum ray not only three times, but almost that six times the energy of a transmitter was emitted.

Das bedeutet außerdem -aber noch eine fabrikatonisch wesentliche Vereinfachung und Verbilligung der Apparate, insofern, als man für größere Energien nunmehr nicht mehr größere Sendertypen ausbilden, sondern einfach Kombinationen von normalisierten Einheitstypen für eine bestimmte Leistung zusammenstellen wird.This also means - but also a significant simplification in terms of manufacturing and cheapening of the apparatus, insofar as one cannot now use larger energies train more larger types of transmitters, but simply combinations of normalized ones Will put together unit types for a specific service.

Für den Empfang ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine Einrichtung der in der Abb. i beschriebenen Art Störungsgeräusche natürlich nur entsprechend der Richtwirkungskurve aufnehmen kann. Störungsgeräusche, die also an einer der Grenzflächen a und b oder in deren Nähe, in der Praxis also beispielsweise an der Oberfläche des Meeres (Seegang, Wellengeräusche, Bugdelle des Schiffes usw.), werden eine solche Empfangseinrichtung überhaupt nicht oder entsprechend geschwächt beeinflussen, während der von fern her horizontal, d. h.. in Richtung des maximalen Enipfangs-Richtungsvektors, eintreffende Schall mit maximalen Energie aufgenommen wird. Für den Signalempfang hat man damit den Vorteil erreicht, daß man Signale aus beliebigen Richtungen in der Nähe der oder in der Horizontalebene selbst unbeeinträchtigt von außerhalb dieser Zone liegenden Störungsduellen aufnehmen kann.For reception there is the further advantage that a device of the type described in FIG. Interfering noises, i.e. at one of the interfaces a and b or in their vicinity, in practice, for example, on the surface of the sea (swell, waves, bow dents of the ship, etc.), will not affect such a receiving device at all or will be correspondingly weakened while which from afar horizontally, ie. in the direction of the maximum reception direction vector, incoming sound is absorbed with maximum energy. For signal reception, this has the advantage that signals from any direction in the vicinity of or in the horizontal plane can be picked up unimpaired by interference duels outside this zone.

Diese Vorteile lassen es also begreiflich erscheinen, daß die Erfindung nicht nur für Glas LTnterwassersignalwesen, sondern auch für die Anwendung des Schalles in anderen Medien von erheblicher Bedeutung ist.These advantages make it understandable that the invention not only for glass submerged signal beings, but also for the application of sound is of considerable importance in other media.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, Einrichtungen finit Vertikalanordnungen der beschriebenen Art mit horizontal angeordneten Empfänger- oder Senderkombinationen derselben Art zu kombinieren. Eine solche Einrichtung ist in der Abb.2 in- die Bordwand eines Schiffes eingezeichne. Die horizontalen Kombinationen umfassen die Schallempfänger i bis 5 und 6 bis ro, während die vertikalen Kombinationen aus i und 6, 2 und 7, 3 und 8, 4. und 9, 5 und ro bestehen. Eine Einrichtung dieser Art schneidet aus einem Schallfeld von dem Charakter des in Abb. i dargestellten Feldes in dessen Horizontalebene wiederum ein ähnliches, zu dem vorgenannten senkrechtes Schallfeld aus. Man erhält also mit einer solchen Einrichtung ein nach allen Seiten hin abgegrenztes, mehr oder weniger spindelcder pfriemenförmiges, doppelseitiges Hauptschallfeld (Abb. 3), welches in seinem Querschnitt achsialsvinmetrisch ist, wenn die Sender- oder Empfängergruppe ein Quadrat gleichmäßig füllt (Abb. 3a), und welches sich verbreitert, wenn in einer Seitenrichtung der von den Einzelsendern oder Empfängern erfüllten Figur weniger Apparate dieser Art liegen als in der dazu senkrechten Richtung (Abb. 3b und c).Another embodiment of the invention consists in facilities finite vertical arrangements of the type described with horizontally arranged receiver or to combine transmitter combinations of the same type. One such facility is in Fig.2 in the side of a ship. The horizontal combinations include the sound receivers i to 5 and 6 to ro, while the vertical combinations consist of i and 6, 2 and 7, 3 and 8, 4th and 9, 5 and ro. A facility of this Kind cuts out a sound field of the character of that shown in Fig. I Field in its horizontal plane in turn a similar, perpendicular to the aforementioned Sound field off. With such a device, you get an all-round look delimited, more or less spindle cder awl-shaped, double-sided Main sound field (Fig. 3), which is axially vinmetric in its cross-section, if the transmitter or receiver group fills a square evenly (Fig. 3a), and which widens when in a lateral direction that of the individual transmitters or receivers, there are fewer apparatuses of this kind than in the one for it perpendicular direction (Fig. 3b and c).

Für praktische Zwecke des Schallempfangs genügt es meist, in vertikaler Richtung zwei Apparate in dem durch die eingangs erwähnte Formel gegebenen Abstand voneinander anzuordnen, um von den üblichen Wasser- und Schiffsstörungen ziemlich frei zu werden. Naturgemäß steigt diese Störungsfreiheit mit der steigenden Zahl vertikal übereinanderliegender Apparate. Auch mit ähnlichen Anordnungen mit anderen Empfängerabständen lassen sich vergleichbare Effekte erzielen, allerdings nur unter Verwendung einer jeweils größeren Anzahl von Apparaten, z. B. mit Entfernungen von Eine besonders einfache und praktisch befriedigende Empfangsanordnung ergibt sich z. B. dann, wenn man nur in vertikaler Richtung Richtkombinationen nach der Erfindung anordnet, und zwar nur zwei, die getrennt mit Empfangseinrichtungen für die beiden Ohren verbunden und in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der gestattet, das bekannte binaurale Hörverfahren für die Zwecke der Richtungsbestimmung zu verwenden. In Abb. 2 .ist eine solche Gruppe durch verstärkte Zeichnung hervorgehoben. Es sind dies die Empfänger i und 6 bzw. 5 und io, wobei die zusammengestellten Paare für das binaurale Verfahren je eine Empfangseinheit bilden.For practical purposes of sound reception it is usually sufficient to arrange two apparatuses in the vertical direction at the distance from one another given by the formula mentioned above, in order to be fairly free from the usual water and ship disturbances. Naturally, this freedom from interference increases with the increasing number of vertically stacked devices. Similar effects can also be achieved with similar arrangements with different receiver distances, but only with the use of a larger number of devices, e.g. B. with distances of A particularly simple and practically satisfactory receiving arrangement results, for. B. when one arranges directional combinations according to the invention only in the vertical direction, namely only two, which are connected separately to receiving devices for the two ears and are arranged at a distance from each other that allows the known binaural hearing method for the purpose of directional determination to use. Such a group is highlighted in Fig. 2. These are the receivers i and 6 or 5 and io, the pairs being put together for the binaural method each forming a receiving unit.

In Abb. 4. sind zunächst drei Luftschallsender dargestellt, die zu einem einheitlichen Aggregat nach der Erfindung zusammengebaut sind. Man sieht vorn die öffnungen der Schalltrichter, die so bemessen und zueinander angeordnet sind, daß ihre Mittelpunktabstände d, d dem Gesetz entsprechen. Es handelt sich im Beispiel der Abbildung um elektrisch betriebene Schallsender, deren Membranen am Boden der Trichter nicht sichbar sind und deren Erregermagnete in dem Gehäuse i i untergebracht sind. Kabel 12 dient zur Zuführung der Betriebsenergie. Ferner ist in dieser Abbildung durch punktierte Zeichnung angedeutet, wie man auch hier vertikale und horizontale Aggregate kombinieren kann, um nur einen allseitig begrenzten Strahl zu erhalten. Zweckmäßig wird eine solche Einrichtung drehbar gemacht und mit einer Skalenteilung zur Ablesung der Richtung versehen.In Fig. 4, three airborne sound transmitters are initially shown, which are assembled into a unitary unit according to the invention. At the front you can see the openings of the horns, which are dimensioned and arranged in such a way that their center-to-center distances d, d comply with the law correspond. In the example in the figure, these are electrically operated sound transmitters whose membranes are not visible at the bottom of the funnel and whose exciter magnets are housed in the housing ii. Cable 12 is used to supply the operating energy. Furthermore, in this figure it is indicated by dotted drawing how one can also combine vertical and horizontal units here in order to obtain only one beam that is limited on all sides. Such a device is expediently made rotatable and provided with a scale division for reading off the direction.

Der Erfindungsgedanke kann mit den angegebenen Vorteilen mit jeder Art von Sendern oder Empfängern und in jedem beliebigen Medium angewendet werden. Auch ist die Erfindung nicht auf horizontale und vertikale Kombination beschränkt, sondern umfaßt alle zwei dimensionalen Kombinationen von beliebiger Lage im Raum. Für Flugzeugbeobachtung z. B., wo es darauf an-Gommt, Felder zu erhalten, die zur Erdober-19äche schräg liegen, müssen auch die Apparatkombinationen entsprechend eine schräge Lage erhalten.The idea of the invention can be used with anyone with the stated advantages Type of senders or receivers and applied in any medium. The invention is also not limited to horizontal and vertical combinations, but includes all two-dimensional combinations of any position in space. For aircraft observation e.g. B., where it is important to obtain fields that are used for If the earth's surface is inclined, the equipment combinations must also correspond accordingly get a sloping position.

Die Einstellung der Sende- oder Empfangsrichtung kann sowohl durch Drehung der ganzen Apparatkombination mit ihrem Träger, als auch in einer der bekannten Arten der Verzögerung der Impulse im Wege zwischen den einzelnen Apparaten und der eigentlichen Sende- oder Empfangsstelle erfolgen, bei elektrischen Sendern oder Empfängern also vorzugsweise mittels sogenannter elektrischer Kompensatoren.The setting of the send or receive direction can be done by Rotation of the whole apparatus combination with its carrier, as well as in one of the known ones Types of delay of the impulses in the way between each apparatus and the actual transmitting or receiving point take place, in the case of electrical transmitters or Receivers therefore preferably by means of so-called electrical compensators.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Facility for preferential sending or receiving of mechanical impulses (sound waves) in horizontal or inclined fields, characterized in that two or more transmitting or receiving devices are perpendicular to the direction of the sound field (preferably in a straight line one above the other) at such a distance are arranged so that their effects add up in the sound field.

2. Establishment according to claim i, characterized in that the sound apparatus in the distance half a wavelength from each other.

3. Device according to claim i, characterized in that the sound apparatus at a distance (A, - wavelength, n - number of devices) are arranged from each other. q ..

Facility for the generation of a sound directional field delimited on several sides in the room by a multi-dimensional combination of sound devices, the distances (d) the individual devices of each linear sub-combination according to claim i or 2 or 3 are selected.

5. Transmitting or receiving device for underwater sound waves Board of ships, characterized in that both in the horizontal and in the vertical two or more transmitters or receivers in according to claim i or 2 or 3 measured distances from each other are arranged.

6. Transmitting or receiving device for directional sending or receiving in a layered volume of medium the binaural method known per se, characterized in that the two separate transmitter or receiver of the base from combinations of individual devices exist, which are perpendicular to the medium layer and in according to claim i or 2 or 3 measured distances are arranged from each other.

7. Device according to claim i with funnel devices, characterized in that the funnels are dimensioned or are shaped and arranged at such a distance from one another that the distance (d) the center of the funnel opening areas according to claim i or 2 or 3 is selected.