DE531956C - Anordnung zur Verminderung oder Aufhebung der Richtwirkung hochfrequenter, insbesondere ultrasonorer Schallerzeuger und Schallempfaenger - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
19. AUGUST 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 531 KLASSE 74 d GRUPPE

Electroacustic G.m.b.H. in Kiel*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. Juni 1929 ab

Während bei niederfrequentem Schall die Erzeugung gerichteten Schalles besondere Vorkehrungen erfordert, liegt es bei hochfrequentem Schall kurzer Wellenlänge gerade umgekehrt. Bekanntlich kann man eine völlig ungerichtete, also kugelförmige Ausbreitung von Schallwellen mit einer einzigen Schallquelle nur erzielen, wenn man die Dimensionen der strahlenden Flächen relativ klein zur ausgesandten Wellenlänge macht. Eine Ausnahme, der mathematische Nullstrahler, d. h. eine Kugel mit conphas pulsierender Fläche, hat bisher keine praktische Bedeutung erlangt. Andererseits zwingt die begrenzte spezifische Belastbarkeit der zur Schallerzeugung benutzbaren Materialien (Metalle, Krystalle u. dgl.) dazu, daß für bestimmte auszusendende Energiemengen bestimmte Mindestgrößen . der abstrahlenden Flächen verwendet werden. Hieraus folgt für Schallstrahler zur Aussendung hochfrequenter Schallenergie die bekannte Tatsache der Richtwirkung solcher Strahler, sofern überhaupt nennenswerte Energiemengen erzeugt werden sollen. Das gleiche gilt für den Empfang, denn auch hier ist die aufgenommene Energiemenge abhängig von der aufnehmenden Fläche, und eine Verkleinerung dieser führt zu völlig ungenügenden Empfangsenergien.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Richtwirkung solcher hochfrequenten Schallstrahler in ihrer Wirkung herabzusetzen oder aufzuheben, und löst sie, indem sie auf bekannte äquivalente Mittel aus der Optik zurückgreift. Solche Mittel sind z. B. akustische Linsen, Prismen, Gitter, Resonatoren o. dgl. und insbesondere auch Spiegel. Die Anwendung akustischer Linsen und Reflektoren zum Zwecke der Änderung des Ganges akustischer Strahlen war bekannt. Sie wurden jedoch stets nur zum Zwecke der Erzeugung gerichteten Schalles aus !angerichtetem bzw. zur Änderung der Richtung eines Schallbündels angewendet, während sie hier gemäß der Erfindung zur Verringerung oder Aufhebung der Richtung eines an sich bereits gerichteten Schallbündels verwendet werden. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man in der bisher bekannten Weise größere Energiemengen in Form von Schall an dem eigentlichen Strahler noch gerichtet erzeugen und sie dann in beliebiger Weise über einen größeren oder kleineren Strahlungsbereich oder auch in Ebenen oder allseitig !angerichtet verteilen kann·.

Die Möglichkeiten der praktischen Ausführung der Erfindung sind außerordentlich zahlreich, ähnlich wie in der Optik. Es seien

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Werner Fuchs und Dr. Dr. Wilhelm Rudolph in Kiel.

als Ausführungsbeispiele nur vier besondere Fälle herausgegriffen, die auf der Verwendung eines Reflektors und auf der Verwendung von brechenden Körpern beruhen, und zwar zeigt Abb. ι Spiegel in Form von Kugelkalotten oder Mantelstücken eines Zylinders, Abb.' 2 eine KonvexKnse,
Abb. 3 eine Kombination von Linse und Prismen,

ίο Abb. 4 eine Kombination mit Resonatoren, alle in Verbindung mit einem stark gerichteten hochfrequenten Schallstrahler.

In Abb. ι bezeichnen ι, ι strahlende Kreisflächen (Membranen), die in horizontalem Schnitt dargestellt sind. Sie senden je ein Strahlenbündel 7, 7 aus, welches in größerer Entfernung auf je einen Konvexspiegel 2,2 fällt und von diesem zerstreut wird. Wenn es sich um Spiegel in Form einer Kugelkalotte handelt, deren Krümmung und Ausdehnung so gewählt ist, daß die am Rand reflektierten Strahlen senkrecht zur Hauptrichtung des Strahles austreten, dann erfolgt eine allseitig gleichmäßige Zerstreuung im Raum. Bei Spiegehi, welche die Form eines Zylindermantels mit senkrecht zur Blattebene stehender Hauptachse haben, erfolgt die Zerstreuung hauptsächlich in einer horizontalen Ebene.

Bei dem Beispiel der Abb. 2 handelt es sich um eine Einrichtung zur teilweisen Verbreiterung des Strahles. Die Schallsendermembran ist wieder bei 1 im Schnitt angedeutet, ebenso das Strahlenbündel bei 7. Hier dient zixr Verbreiterung des Strahlenbündels eine akustische Zerstreuungslinse 3, die wiederum als Kügellinse oder als Zylinderlinse ausgebildet sein kann, je nachdem ob eine axialsymmetrische Zerstreuung des Strahles oder eine Zerstreuung vorzugsweise in einer Ebene gewünscht wird. Als Material für brechende Körper kommen an sich bekannte Materialien von abweichenden Fortpflanzungseigenschaften für Schall gegenüber dem umgebenden Medium, im Wasser z. B. Pech, gewisse Salze o. dgl., in Frage. Abb. 3 zeigt eine akustische Optik, ähnlich der Scheinwerferoptik, die aus akustischen Linsen und akustischen Prismen zusammengesetzt ist. Das von der Schallplatte I ausgehende Strahlenbündel 7 wird durch die Konkavlinse 4 und die Prismenkombination 5 und 6 seitlich zerstreut. Um hier eine doppelseitige Wirkung zu erzielen, kann man dem Sender 1 je eine derartige zerstreuende Kombination auf beiden Seiten zuordnen und so eine allseitige Zerstreuung im Räume oder in einer Ebene erzielen, je nachdem· ob die Kombinationen kugel- oder zylinderförmig ausgeführt sind.

Ähnlich wirken Gitter- und Resonatorenkombinationen, bei denen die zerstreuende Wirkung noch durch Mittel zum Einstellen der Schwingungsphase in ihnen reguliert werden kann. Eine solche Einrichtung ist schematisch in Abb. 4 dargestellt, wo wiederum 1 den Hauptstrahler und 7 den Schallstrahl desselben darstellt. Bei 10 sind Resonatoren, hier in Gestalt von Schwingungsmembranen, angedeutet, die ihrer geringen Größe wegen jeder für sich Strahlenbündel von'größerem Öffnungswinkel aussenden und somit und auch wegen ihrer räumlichen Anordnung in einem größeren Raum strahlen. Sie werden vom Sender 1 erregt. ..Um nicht zu allzu kleinen Resonatoren zu gelangen, kann man auch größere in einer Oberschwingung erregen.

Um die Verhältnisse für den Schallempfang zu übersehen, genügt es, die Strahlrichtung in Gedanken umzukehren.

Falls, insbesondere für horizontale Schallausbreitung, aus irgendwelchen Gründen mit nur einem Schallsender eine genügende Zerstreuung der Wellen nicht erreichbar ist, kann man mehrere solcher Kombinationen in Winkeln übereinander anordnen, wie es in Abb. 3 punktiert angedeutet ist.

Es kann davon abgesehen werden, weitere Beispiele zu erörtern, da sich alle weiteren möglichen Ausführungsformen durch Übertragung der optischen Gesetze auf die akustischen Wellenvorgänge ergeben. Als Sender finden zweckmäßig die bekannten Ausführungsformen,-die nach der piezo-elektrischen Methode arbeiten, oder rein elektrische Schallsender Verwendung. Die Erfindung ist vor allem geeignet für die Aussendung und Aufnahme von Schallwellen im Wasser, wobei die dargestellten Einrichtungen an Schiffen vor allem an deren Boden anzubringen sind. Um den Schiffsbetrieb gegebenenfalls nicht zu stören, müssen sie aus- und einfahrbar eingerichtet sein.

Eine besondere Bedeutung besitzt die Einrichtung für den Echolotbetrieb, wo es bei scharf gerichtetem Strahl häufig passiert, daß infolge von Schiffsbewegungen' der reflektierte Strahl den Lotempfänger nicht trifft. Hier kann durch ein stärker konvergierendes Strahlenbündel eine erhebliche Verbesserung des Lotempfangs erzielt werden.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zur Verminderung oder Aufhebung der RicMwirkung hochfrequenter, insbesondere ultrasonorer Schallerzeuger und Schallempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg der Schallstrahlen zwischen dem freien Schallfeld und dem Strahler des Schallerzeugers oder -empfängers an sich bekannte schallreflektierende, -brechende oder -beugende Mittel derart eingeschaltet sind, daß sie der Richtwirkung entgegenwirken.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Kombination eines oder zweier gerichteter Schallstrahler mit einem oder zwei konvexen Kreis- oder Zylinderspiegeln (Abb. i).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination eines gerichteten Schallstrahlers mit einer oder mehreren Zerstreuungslinsen (Abb. 2 und 3).
4. 4. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Kombination eines gerichtet wirkenden Strahlers mit einer zerstreuenden Zusammenstellung von schallbrechenden Linsen, Prismen, Resonatoren ■ oder Gittern (Abb. 3 und 4).
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Anordnung eines doppelseitig gerichtet wirkenden Strahlers mit je einer zerstreuenden Vorrichtung an entgegengesetzten Seiten (Abb. 3).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kombinationen von gerichteten Strahlern mit Zerstreuungsvorrichtungen in Winkern zueinander und gegebenenfalls gegeneinander versetzt angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen