-
Einrichtung zum Empfang von Schallwellen in einem Störungsfelde Bei
der Beobachtung von Schallsignalen und Geräuschen in Luft und im Wasser mit Hilfe
künstlicher Schallempfänger ergeben sich in der Praxis meist dadurch erhebliche
Schwierigkeiten, daß an der Beobachtungsstelle Störgeräusche vorhanden sind, deren
Stärke oft diejenige der zu beobachtenden Schallwellen beträchtlich übertrifft und
die deshalb häufig den gewünschten Empfang unmöglich machen. Besonders liegen diese
Schwierigkeiten dann vor, wenn sich die Beobachtungsstelle auf einem in Fahrt befindlichen
Fahrzeuge (Schiff, Luftfahrzeug) befindet, das einerseits durch den Gang seiner
Maschinen und andererseits infolge der Fortbewegung durch das betreffende Medium
erhebliche Geräusche verursacht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auch in solchen Fällen,
wo an der Beobachtungsstelle ein starkes Störungsfeld vorhanden ist, einen guten
Schallempfang zu ermöglichen.
-
Bei auftretenden Störungen ist die Möglichkeit eines guten Empfanges
durch das Verhältnis der Signallautstärke zu der Störungslautstärke gegeben. Man
hat bereits vorgeschlagen, zwei Empfänger in Gegenschaltung zu verwenden, bei denen
dieses Verhältnis für jeden einzelnen einen verschiedenen Wert besitzt.
-
Dabei wird der am stärksten gestörte Empfänger durch einen Schwächungswiderstand
geschwächt, bis seine Störungslautstärke allein gleich der Störungslautstärke des
zweiten Empfängers ist. Die Verschiedenheit der beiden Empfänger wird daher praktisch
dadurch erreicht, daß der eine Empfänger den Störungen gegenüber weniger empfindlich
angeordnet ist oder der andere gegenüber der Signallautstärke keine bevorzugte Empfindlichkeit
besitzt.
-
Demgegenüber besteht das Wesen der Erfindung darin, daß zwei Empfänger
so angeordnet sind, daß sie für die Störungen gleich empfindlich sind, daß aber
einer von ihnen gegen den zu empfangenden Schall abgeschirmt ist. Der Vorteil liegt
einmal darin, daß dies praktisch einfacher zu realisieren ist, und dann besonders
darin, daß bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken die zu empfangende
Lautstärke eines Empfängers nicht durch das Gegenschalten des zweiten Empfängers
geschwächt ist, wie es notwendigerweise bei der als bekannt angegebenen Anordnung
der Fall ist. Bei der Erfindung werden sich nur die Störschwingungen in ihren Wirkungen
auf die Anzeigevorrichtung mehr oder weniger aufheben, und nur der zu beobachtende
Schall wird übrig bleiben.
-
Die Wirkung wird um so besser sein, je ähnlicher das von den Hilfsschallempfängern
aufgenommene Schallgemisch hinsichtlich Klangcharakter, Phasenbeziehungen und Stärke
dem von den eigentlichen Schallempfängern neben dem zu beobachtenden Schall unerwünschterweise
noch mit aufgenommenen Störgeräusch
ist. Um in beiden Fällen den
gleichen Klangcharakter zu erhalten, ist es zweckmäßig, für die Hilfsschallempfänger
dieselbe Empfängertype zu verwenden wie für -die eigentlichen Schallempfänger. Die
Phasenbeziehungen lassen. sich durch bekannte Mittel (Verzögerungsleitungen akustischer
oder elektrischer Art) beliebig einstellen, so daß es nicht unbedingt erforderlich
ist, die Hilfsempfänger in gleicher Entfernung von den Störquellen anzuordnen wie
die eigentlichen Schallempfänger. Will man aber solche Verzögerungsleitungen vermeiden,
so muß der Abstand der Hilfsempfänger von den Störquellen derselbe sein wie der
der eigentlichen Empfänger, damit die Störgeräusche an beiden Empfängern gleichzeitig
ankommen. Denn nur in diesem Falle wird man bei der Einwirkung auf ein Anzeigeinstrument
im entgegengesetzten Polungssinne Aufhebung erzielen. Voraussetzung ist naturgemäß,
daß auch die Lautstärken vorher gleichgemacht sind.
-
Wenn man für die Aufnahme der Schallwellen und deren Richtungsbestimmung
Gruppen von mehreren Empfängern benutzt, wie dies bei den neuen Anlagen dieser Art
meistens geschieht, so kann man so verfahren, daß man zu jedem Empfänger der Gruppe
in gleicher Entfernung von der Störquelle einen zweiten Empfänger derart zuordnet,
daß dieser nur von den Störschwingungen erregt werden kann, nicht aber von den zu
beobachtenden Schwingungen, und daß man dann die zusammengehörigen Empfängerpaare
in umgekehrtem Polungssinne parallel oder hintereinander schaltet. Oder man verfährt
so, daß man in beliebiger Entfernung von den Empfängern der Gruppe einen oder mehrere
Hilfsempfänger anordnet, die nur von den Störschwingungen erregt werden können,
und daß man dann, nachdem man die Gruppe der eigentlichen Empfänger zusammengefaßt
hat, das von den Hilfsempfängern aufgenommene Störgeräusch ebenfalls zusammenfaßt,
es mit dem von den erstgenannten Empfängern aufgenommenen Geräusch in Phase bringt
und es diesem danach im entgegengesetzten Polungssinne und gleicher Stärke überlagert.
-
Die richtige Anordnung der Hilfsempfänger in der Weise, daß sie im
wesentlichen nur von den Störgeräuschen, nicht aber von den zu beobachtenden Schallwellen
erregt werden, wird sich normalerweise durch bekannte Abschirmmittel bequem erreichen
lassen. Man kann aber auch so vorgehen, daß man als Hilfsempfänger an sich bekannte
gerichtete Empfänger oder Empfängergruppen verwendet und sie so orientiert, daß
sie im wesentlichen nur das Störgeräusch aufnehmen.
-
Wenn es sich um den Schallempfang im Wasser handelt, zum Beispiel
um das Abhören von Unterwasserschallsignalen an Bord eines fahrenden Schiffes, so
überdecken die Maschinen-und Fahrtgeräusche des Schiffes häufig die aus großer Entfernung
kommenden und deshalb lautschwachen Signale derartig, daß diese nicht mehr klar
erkannt werden können. In diesem Falle kann man gemäß der Erfindung eine wesentliche
Verbesserung der Empfangsverhältnisse erzielen, wenn man im Schiffe an einer geeigneten
Stelle, zu der zwar die Störgeräusche, nicht aber die zu beobachtenden Signale gelangen
können, einen oder mehrere Hilfsempfänger anordnet und in der beschriebenen Weise
gleichzeitig auf das Hörtelephon zur Einwirkung bringt. Vielfach werden für den
Empfang von Schallsignalen oder Geräuschen im Wasser an Bord von Schiffen Anlagen
benutzt, die aus je einer Gruppe von Schallempfängern, die an Backbord- und Steuerbordseite,
meist in der Nähe des Buges, eingebaut sind, bestehen. In diesem Falle kann man
häufig den gewünschten Erfolg der Störbefreiung in der Weise erzielen, daß man die
Empfänger dür einen Seite umgekehrt gepolt parallel oder in Reihe zu den entsprechenden
Empfängern der anderen Seite schaltet. Da die beiden Empfängergruppen durch - den
Schiffskörper voneinander abgeschirmt sind, wird ein von Backbordseite kommender
Schall nicht die Empfänger der Steuerbordseite erregen können und umgekehrt. Andererseits
werden aber die vom Schiff ausgehenden Maschinen- und Fahrtgeräusche die Empfänger
beider Seiten stets gleich gut erreichen können. Bei der gegenpoligen Überlagerung
werden deshalb die Störgeräusche geschwächt bzw, aufgehoben.
-
Ähnliche Verhältnisse liegen bei Schallempfangseinrichtungen auf Luftfahrzeugen
vor. Hier handelt es sich im wesentlichen um die Aufnahme von Schallwellen, die
von unten kommen. Man wird deshalb die Hilfsschallempfänger so anordnen, daß sie
nach unten abgeschirmt sind, nach allen anderen Richtungen hin aber denselben Schall
aufnehmen können wie die eigentlichen Schallempfänger.
-
Im allgemeinen wird man sich damit begnügen können, die hauptsächlichsten
Störgeräusche, die meist von genau festliegenden Stellen ausgehen, nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung auszuscheiden. Bei Schiffen kommt hauptsächlich das Schraubengeräusch
oder das Geräusch von bestimmten Maschinen in Frage. Bei Unterseebooten ist die
Antriebsvorrichtung der Tiefenruder eine Hauptstörquelle, deren teilweise unerträglich
störendes Geräusch durch entsprechend angeordnete Hilfsempfänger nach der Erfindung
wesentlich gemildert werden kann. Bei Luftfahrzeugen ist es das Motorgeräusch, das
dem Schallempfang vor allem störend im Wege steht, selbst wenn man die Empfänger
dagegen weitestgehend abzuschirmen versucht. Auch hier läßt sich durch Hilfsempfänger'
im Sinne der Erfindung mehr erreichen als durch
alle Maßnahmen,
die Empfänger diesem Geräusch zu entziehen.
-
Im folgenden soll an Hand der Abb. i, die ein Ausführungsbeispiel
einer Schiffsanlage für Unterwasserschallempfang zeigt, die Erfindung näher erläutert
werden.
-
In der Bordwand des Schiffes ist in der Nähe des Buges unterhalb der
Wasserlinie auf jeder Schiffsseite je ein Unterwasserschallempfänger i eingebaut,
der durch eine Kabelleitung mit einem Hörapparat auf der Brücke verbunden ist. Auf
diesen Empfänger i wirken beispielsweise die von den Maschinen 2 und 3 erzeugten
Störgeräusche, die teils durch die Schiffswand selbst, teils durch das Wasser übertragen
werden, ein und erschweren den Empfang von außen kommender Schallwellen außerordentlich.
Erfindungsgemäß ist in der Nähe des Empfängers i, zum Beispiel in dem mit Wasser
gefüllten Doppelboden des Schiffes, ein Hilfsempfänger q. angeordnet. Dieser ist
von Schallschirmen derart umgeben, daß er nur den von achtern kommenden Schall,
d. h. die Störgeräusche von 2 und 3, die durch das im Doppelboden befindliche Wasser
bzw. durch die Schiffsverbände übertragen werden, aufnehmen kann. Dieser Empfänger
q. wirkt auf denselben Hörapparat ein wie der Empfänger i, und zwar wird er, nachdem
die Lautstärke der Störgeräusche, die mit den Empfängern i und q. gehört werden,
gleich groß gemacht worden ist, umgekehrt gepolt auf den Hörapparat geschaltet wie
Empfänger so daß sich die Störgeräusche aufheben bzw. geschwächt werden. Der Aufstellungsort
des Empfängers q. ist so gewählt, daß die von 2 und 3 ausgehenden Störschwingungen
ihn in demselben Augenblick erreichen wie den Empfänger i. Anstatt einen Empfänger
.4 im Doppelboden in der geschilderten Weise anzuordnen, kann man auch so vorgehen,
daß man je einen Hilfsempfänger in unmittelbarer Nähe der Störquellen, zum Beispiel
am Fundament der Maschinen, die Störgeräusche erzeugen, anbringt, wie dies durch
die Empfänger 5 und 6 angedeutet ist. Vor der Überlagerung der von diesen Empfängern
5 und 6 aufgenommenen Geräusche auf das von dem Empfänger i aufgenommene Schallgemisch,
hat man zunächst durch Zwischenschaltung von Verzögerungsleitungen dafür zu sorgen,
daß der Schall um denselben Zeitbetrag verzögert wird, um den er an den Hilfsempfängern
5 bzw. 6 früher als am Empfänger i ankommt. Dann hat man ferner die Intensitäten
entsprechend abzugleichen und kann danach die von 5 und 6 aufgenommenen Schwingungen
umgekehrt gepolt mit den von i aufgenommenen Schwingungen zusammenschalten.
-
In Abb.2 ist ein Schaltungsschema einer solchen Anlage dargestellt.
-Der eigentliche Schallempfänger, der die von der Schallquelle 7 kommenden Schallwellen
aufnehmen soll, ist mit 8 bezeichnet. Der Hilfsschallempfänger g ist durch einen
Schallschirm io gegen die von 7 kommenden Wellen abgeschirmt. Die Empfänger 8 und
g sind als Mikrophone angedeutet, die ihren Betriebsstrom von Batterien ii bzw.
12 erhalten und über die Induktionsspulen 13 bzw. 1q. auf den Kreis des Telephons
15 einwirken. Die Sekundärseiten der beiden Induktionsspulen sind umgekehrt gepolt
in Reihe geschaltet. Die Störquelle ist durch 16 angedeutet, und die von dort kommenden
Schwingungen können auf beide Empfänger 8 und g gleichzeitig und gleich stark einwirken.
Bei der Überlagerung der auf das Telephon 15 wirkenden Schwingungen heben sich die
von 16 kommenden Störgeräusche auf, während die von 7 kommenden Schallwellen, die
nur auf einen der beiden Empfänger einwirken, in voller Stärke auf das Telephon
15 wirken.
-
In Abb. 3 ist der Fall schematisch dargestellt, daß der eigentliche
Schallempfänger und der Hilfsempfänger verschiedene Entfernung von der Störquelle
haben. Die Störquelle i7 liegt näher zum Hilfsempfänger i8 als zum eigcntlichen
Schallempfänger ig, der die von der Schallquelle 2o kommenden Schwingungen empfangen
soll. Um in diesem Falle die von den beiden Empfängern 18 und ig aufgenommenen Störgeräusche
genau gleichzeitig zur Einwirkung auf das Telephon 21 bringen zu können, ist es
notwendig, den Zeitunterschied in der Erregung der beiden Empfänger auszugleichen.
Dies geschieht in bekannter Weise zum Beispiel durch Vorschalten einer elektrischen
Verzögerungsleitung 22 von entsprechender Länge in den Kreis des zuerst erregten
Empfängers. Im Kreise des Empfängers 18 ist zur Regulierung der Lautstärke ein parallel
geschalteter W iderstand 23 vorgesehen.
-
Die Abbildungen stellen naturgemäß nur schematische Ausführungsbeispiele
dar. In der Praxis wird es sich im allgemeinen um wesentlich umfangreichere Einrichtungen
handeln, - vor allem wenn Gruppenanordnungen von Schallempfängern, die gleichzeitig
zur Richtungsbestimmung dienen, verwendet werden.
-
Wie schon ausgeführt, ist als das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung
der Schallempfang auf Fahrzeugen anzusehen, die durch den Gang ihrer Maschinen und
durch Wind- oder Wassergeräusche immer starke Störfelder mit sich führen. Von Bedeutung
ist auch insbesondere die Anwendung auf die akustischen Lotvorrichtungen.