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Verfahren zur Richtumsbestimmung einer Schallquelle M
Die bisherigen
Verfahren zur Richtungsbestimmung einer Schallquelle mit einer -,#mzahl in bestimmten
Abständen angeordneter Empfänger bestehen in der sog,-nannten Maximal-, Minimal-
oder Binauralmethode oder in der Kombination von diesen. Dabei kann entweder die
Empfängeranordnung geel zz dreht werden, oder man verwendet veränderliche elektrisch6
Kompensatoren mit fester Empfängeranordnung, oder endlich, man benutzt eine Drehvorrichtung
mit festkompensierten Empfängern. Bei allen diesen ' Methoden kann man nach
der reinen Maximalmethode arbeiten, d. h. feststellen, wann in dem Anzeigeinstrument
die größte Lautstärke herrscht, oder nach der reinen Miniinalmethode, wobei ein
Teil der Empfänger umgekehrt - olt ist als ein anderer Teil und el bep die
Stellung beobachtet wird, wo im Anzeigeinstrurnent das Minimum der Lautstärke eintritt.
Die Binauralmethode wird meistens in Verbindung mit der Maximalmethode ben utzt,
und zwar in folgender Weise: Die Empfängeranordnung mag willkürlich im Raum fest
angeordnet sein; die zu peilende Schallquelle sei lediglich der einfachen Darstellung
halber auf eine bestimmte Ebene beschränkt. Die Ernpfinger seien in zwei Gruppen
unterteilt gedacht, wobei auch ein Teil der Empfänger oder alle Empfänger beiden
Gruppen gemeinsam sein kann. Doch soll zunäch-st die Unterteilung -so getroffen
-ein, da13 n el der geometrische Schwerpunkt der beiden einzeinen Gruppen
voneinande.r verschieden ist. Es wird nun die reine Maximalmethode angewandt. indem
die zu jeder Gruppe gehörenden Maximalkonipensatoren bei einer bestimmten Schallrichtung
so eingestellt werden, daß in jedem Ohr einzeln die größte Lautstärke eintritt.
Um Mitteneindruck zu bekommen, muß -aber weiter noch die Zeitdifferenz, die durch
die verschiedene Lage der beiden Schwerpunkte hervorgerufen wird, ausgeglichen werden.
Die entsprechende Einrichtung sei die binaurale Kompensation geel nannt. Bei den
bisher benutzten Einrichtungen waren die beiden Kompensatoren für die zwei Empfängergruppen
sowie die binaurale Kompensation zwangsläufig in der Weise gekoppelt, daß gleichzeitig
mit dem Eintreten des 'Maximaleffektes in jedem Ohr auch der ',\litteneindruck in
Erscheinun- treten mußte.
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Demgegenüber unterscheidet sich der Er-Andungsgedanke grundsätzlich
dadurch, daß Z, II man den Maximal- oder Minimaleffekt der beiden Gruppen
nicht gleichzeitig miteinander und mit dem binauralen Mitteneindruck, sondern vor
und nach bzw. nach und vor diesem -.Hitteneindruck eintreten läßt. Damit wird der
Vorteil erreicht, daß bei einer geringen Verschiebung aus der dem 'Mitteneindruck
entsprechenden Stellun- die Lautstärke in dein einen Ohr stark zunimmt und im anderen
Ohr gleichzeitig stark ab-Z, n
Dadurch wird eine wesentlich sch.*irfere Einstellung
mö-lich als bei den bislieri-I l# #en '\-erfahren wo die Lautstärke in beiden
Ohren
gleichmäßig abnahm, wenn der Kompensator aus der dem Mitteneindruck entsprechenden
Stellung gedreht wurde. Der Grund für die schärfere Einstellungsmöglichkeit liegt
in der bekannten Tatsache, daß das Wandern des Richtungseindruckes nicht nur von
der Zeitdifferenz, sondern auch von den Intensitätsunterschieden abhängt, so daß
die Schallrichtung nach dem Ohr, das mit größererIntensität empfängt, verschoben
erscheint.
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Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise und
schematisch -veranschaulicht. Es stellen dar: Fig* i die zwei Charakteristiken zweier
Empfängergruppen nach einer bekannten Anordnung' Fig. 2 und 3 je zwei Charakteristiken
zweier Empfängergruppen in Anordnung nach der Erfindung einmal bei dem Maximal-und
einmal bei dem Xlinimalverfahren, Fig. 4 zwei Gruppen von je vier Empfängern
mit zueinander geneigterBasis an einem gemeinsamen Dreligestell, Fig*
5 eine ähnliche Anordnung wie in Fig wobei jedoch an Stelle der gegeneinander
geneigten Gruppen entsprechend festkompensierte Empfängergruppen vorgesehen sind,
Fig. 6 zwei festkompensierte Gruppen auf einem drehbaren Gestell, wobei sämtlich-Empfänger
sowohl mit dem einen als auch mit dem anderen Ohr über feste Verzögerungsleitungen
verbunden sind, -Fig. 7 eine Anordnung von vier Empfängern nach der bekannten
Maximal-Binaural-Methode, wobei veränderliche Kompensationseinrichtungen vorgesehen
sind, Fi-' 8 die entsprechende Anordnung wie in F'g' 7, wobei der
Erfindungsgedanke dadurch zum Ausdruck kommt, daß die maximale Kompensation mit
der binauralen Kompensation nicht zusammenfällt.
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Denkt man sich gemäß Fig. i die Charakteristik R, und R# von Empfängergruppeh
S,
und S. in Abhängigkeit von dem Winkel a gesondert aufgezeichnet,
dann ergeben sich bei den alten Verfahren die in Fi,g. i dargestellten Verhältnisse,
wobei angenommen ist, daß die Schallquelle und damit der Mitteneindruck durch den
Winkel a. = go' gegeben ist. Die Winkel a" a2 und a, sind-in diesem
Fall gleich. Dabei mag daran erinnert werden, daß die Lag ge des Maximums von R,
und R# für alle Frequenzen dieselbe ist, daß dagegen die Breite voll R, und R2 von
der Frequenz in der Weise abhängt, daß bei höheren Frequenzen die Breite des Hauptmaximtims
geringer wird.
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Der Erfindungsgedailke ist in Fig. 2 dargestellt. Nimmt man etwa all,
daß die EmpfingergruppeS, mit dem linken Ohr, die Z>
Empfän.ger,-ruppeS. mit
dem rechten Ohr verbunden ist, so ist der Erhildungsgedanke dadurch gekennzeichnet,
daß beim Drehen der Kompensationseinrichtung das Maximum der Lautstärke im linken
Ohr etwas vor (bei a=a,) und das Maximum der Lautstärke im rechten Ohr (bei a=a,)
etwas hinter der dein Mitteneindruck entsprechenden Stellung des Kompensators #bei
a=a.,) eintritt. Der Erfindungsgedanke ist auch ohne weiteres anwendbar, wenn der
Schwerpunkt der TeilgruppeS1 init dem Schwerpunkt der TeilgruppeS. zusainnienfällt
und ebenso wenn die beiden ;feilgruppen identisch sind. Man hat nur nötig, durch
entsprechende Verzögerungseinrichtungen dafür zu sorgen, daß die Lautstärkenzu-
und. -abnahnie in jedem Ohr in der richtigen Weise erfolgt.
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Der Erfindungsgedanke ist natürlich nicht auf die Verwendung der künstlichen
Charakteristik beschränkt. Er kann ebensogut angewandt werden beim Drehen einer
unkompensierten oder festkonipensierten Gruppeneinrichtung, wenn. man dafür sorgt,
daß das Maximum derRichtcharakteristik. die in dem einen Ohr zur Geltung koniint,
etwas vor und das Maxiinum. der Richtcharakteristik für das andere Ohr etwas hinter
der Stellung eintritt, die dem Mitteneindruck entspricht.
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Erfindungsgemäß wird die 'Methode auch bei der Minimal-Binaural-Einrichtung
be-
nutzt. Man hat hier dafür zu sorgen, daß das Minimum von S, etwas
nach und das -L\Iinimum von S. et-,vas vor der dein Mitteneindruck
entsprechenden Stellung eintritt. Die Richtcharakteristik der beiden Gruppen
S,
und S, in Abhängigkeit von dein Winkel a ist für diesen Fall
durch Fig- 3 dargestellt. Auch. hier wird beim Drehen des Konipensators bei
fest gedachter Schallquelle oder beim Wandern. der Schallquelle bei fest gedachter
Kompensatorstellung das Wandern des Richtungseindruckes durch die Vergrößerung des
Lautstärkenunterschiedes in beiden Ohren verstärkt in Erscheinung treten. Der Richtungseindruck
ändert sich in diesem Fall sehr schnell und gestattet damit eine außerordentlich
scharfe Einstellung.
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Endlich kommt der Erfindun-s,-edanlze auch in der Verwendung
voll zwei Meßinstrumenten zum Ausdruck-, die gleichzeitig mit oder all Stelle
der Ohren allein eiligeschaltet sind, uni die Lautstärke jeder Gruppe einzeln zu
messen. Abgesehen davon, M
daß die richtige Peilung durch den gleichen Ausschlag
in jedem Instrument sehr scharf erkannt werden kann, wird durch die erfindungsgemäß
eintretende Lautstärkenzinderung erreicht, daß auch der Sinn, in welchem die Dreligruppe
bzw. der Kompensatorschieber bei Benutzung einer festen E#nipf:111#,feranordnung
verstellt
werden muß, um die richtige Peilung zu erreichen, sofort durch die Stellung der
beiden Instrumente eindeutig gegeben ist. Dies ist besonders wichtig ZD Z,1 wenn
es sich um die fortlaufende Peilung von schnell veränderlichen Schallquellen (Flugzeuge,
Schiffe) handelt. Empfehlenswert ist es ferner, an Stelle der beiden Instrumente
ein Instrument in Brückenschaltung anzuwenden,-so daß durch die Mittelstellung des
Instrumentes die richtige Peilung, durch einen Rechts- bzw. Linksausschlag dagegen
angezeigt wird, daß die Drehgruppe bzw. der Kompensatorschieber nach links bzw.
rechts gedreht werden muß, um die richtige Teilung zu erhalten.
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In der Fi-' 4 ist die Anordnung so getroffen, daß vier ]Empfänger
1, 2, 3, 4 einer Gruppe S, eine natürliche Richtcharakteristik .haben,
deren Maximum durch den PfeilA. und vier Empfänger 5, 6, 7, 8 einer Gruppe
S., eine natürliche Richtcharakteristik haben, deren Maximum durch den PfeilB gegeben
ist. Wird dann die GruppeS, auf das linke Ohr, die GruppeS, auf das rechte Ohr geschaltet
und wird die Einrichtung im Uhrzeigersinn gedreht, so ist es ohne weiteres klar,
daß die Lautstärkenänderung in der gewünschten Weise eintritt.
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. In der Fig. 5 sind acht Empfänger i bis
8
in gefader Linie angeordnet. Auch hier sollen ganz ähnlich wie in Fig. 4
die Richtungen für die Hauptmaxima für die einzelnen Gruppen nicht zusammenfallen,
sondern durch die Pfeile A und B gegeben sein. Dies wird hier dadurch erreicht,
daß die einzelnen Empfänger entsprechende feste Verzögerungsleitungen haben.
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In der Fig. 6 wird eine Gruppe Sl, und eine Gruppe
S, durch dieselben Empfänger i bis 8
gebildet, aber die festen Verzögerungsketten,
die von der Gruppe S, zum linken und von der Gruppe S. !um rechten
Ohr führen, sind verschieden und so eingerichtet, daß auch hier die Maxima der Richtcharakteristik
von S, und S2 durch die Pfeile A und B ge# .geben sind.
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Endlich ist an Hand der Fil-. 7 und 8 der Erfindungsgedanke
für eine fest angeordnete Empfängergruppe bei veränderlicher Kompensation veranschaulicht,
und zwar iSt in Fig. 7 die alte kombinierte Maximal-Biniural-Methode dargestellt,
während in Fi-. 8
bei derselben Anordnung die Einrichtung entsprechend dem
Erfindungsgedanken dargestellt ist. In der Fi- 1. 7 sind Ernpfänger ki i
und 2 zunächst durch Verzögerungsketten AB und CD, Empfänger 3 und 4 durch
Verzögerungsketten DE und FE auf maximale Lautstärke für die durch
den Pfeil angegebeiie Schallrichtung kompensiert. Die binaurale Kompensation wird
durch Verzögerungskett' ten GH, und JH., be-wirkt. Der Erfindungsgedanke
kommt daiiii in der Fig. 8 dadurch zum Ausdruck, daß der Abgriff spunkt B
etwas nach rechts und der Abgriffspunkt E etwas nach links gegenüber den
entsprechenden Abgriffspunkten der Fig. 7 verschoben ist, Ivährend die binauralen
Abgriffspunkte H, bzw. H. dieselbe Stellung behalten. Dadurch wird auch hier
wieder erreicht, daß mit dem U'andern des _Mitteneindruckes eine Lautstärkenänderung
in der gewünschten Weise in jedem Ohr erzielt wird. Auch hier stellt das in Fig.
8 gegebene Beispiel nur die einfachste Anordnung für den Erfindungsgedankeii
dar, und es muß betont werden, daß der Erfinduiicrs-edaiii-ze auch bei einer belieb
g
bigen Anzahl von Einpfängern, die irgendwie im Rauni fest angeordnet sind,
ohne weiteres benutzt werden kann.
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Es ist natürlich -auch möglich, von den zwei miteinander arbeitenden
Gruppen die eine mit einer natürlichen Charakteristik zu verwenden und die andere
unter Benutzung fester Verzögerun-sleitun-en künstlich zu kompensieren, inn eine
verschiedene Eichtun- dieser Charakteristiken zu erzielen.
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Bei einer anderen Ausführungsforrn der Einrichtun- sind an einem Kompensator
die zwangsläufig gekuppelten Abgriffspunkte an den für die maximale Kompensation
der beiden Empfängergruppen vorgesehenen Verzögerungsleitungen derart gegeneinander
und ZD gegen Cr die Abgriffspunkte an der für die binaurale Kompensation vorgesehenen
Verzögerungsleitung versetzt, daß die 'Maximal-bzw. Minimaleffekte der beiden Gruppen
init Bezug auf den Binauralmitteneindruck beider Gruppen vor und nach bzw. nach
und vor diesem 'Hitteneindruck eintreten.
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Die Erfindung ist anwendbar bei allen g bei denen Verfahren
und Einrichtungen, mit dein Binaurali-iiitteneindruck gearbeitet wird, und zwar
für alle Arten von Wellenenergie. Insbesondere kommt das Verfahren und dieEinrichtung
für dieRichtungsbestimmung von Schallquellen in Luft oder Wasser zur Anwendtiii'-.