DE620812C

DE620812C - Device for direction reception of noises

Info

Publication number: DE620812C
Application number: DEA73479D
Authority: DE
Inventors: Dr Heinrich Stenzel
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1934-06-17
Filing date: 1934-06-17
Publication date: 1935-10-30

Description

Einrichtung zum Richtungsempfang von Geräuschen Es ist bekannt, Gruppen von einzelnen ungerichteten Empfängern zu verwenden, um die Richtung einer Schallquelle zu bestimmen oder um Schall möglichst störungsfrei zu-empfangen. Dabei wird entweder die gesamte Empfängergruppe gedreht, um das Maximum bzw. das Minimum der Lautstärke festzustellen, wobei die natürliche Richtcharakteristik der Gruppe ausgenutzt wird, oder die einzelnen Empfänger bleiben fest und sind mit einem einstellbaren elektrischen Kompensator verbunden, mit dem das Maximum bzw. das Minimum der Lautstärke eingestellt werden kann, wobei die künstliche Charakteristik maßgebend ist. Bei allen diesen Einrichtungen ist es wesentlich, die Anordnung der Empfänger so zu treffen, daß eine möglichst eindeutige Peilung bei möglichst großer Peilgenauigkeit (Peilschärfe) bzw. Störungsfreiheit erreicht wird.Device for directional reception of noises It is known to use groups of single omnidirectional receivers to use to determine the direction of a sound source to determine or to receive sound with as little interference as possible. Either the entire recipient group rotated to the maximum or the minimum of the volume determine, using the natural directional characteristic of the group, or the individual receivers remain fixed and have an adjustable electrical Compensator connected, with which the maximum or the minimum of the volume is set can be, whereby the artificial characteristic is decisive. With all of these Facilities, it is essential to arrange the receivers so that the clearest possible bearing with the greatest possible bearing accuracy (bearing sharpness) or freedom from interference is achieved.

Legt man eine bestimmte Frequenz N zugrunde, so war es bekannt, daß der Abstand der Empfänger voneinander im Vergleich mit der Wellenlänge eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf, wenn das Auftreten störender Nebenmaxima vermieden werden soll. Sind die Empfänger z. B. geradlinig in gleichem Abstande d angeordnet, so müß bei Ausnutzung der natürlichen Charakteristik die Bedingung bei Ausnutzung der künstlichen Charakteristik die Bedingung zweier benachbarter Empfänger, n die Anzahl erfüllt sein. Dabei ist d der Abstand der Empfänger und A, die Wellenlänge des Schalles mit der zugrunde gelegten Frequenz N. Für die Anordnung auf demKreise waren ähnlicheBedingungenbekannt. DieseBedingungen, die, streng genommen, nur für ein bestimmtes 2., also für bestimmte Töne Geltung hatten; wurden nun auch für den Empfang von Geräuschen für maßgebend gehalten.If a certain frequency N is taken as a basis, it was known that the distance between the receivers in comparison with the wavelength must not exceed a certain size if the occurrence of disturbing secondary maxima is to be avoided. Are the recipients z. B. arranged in a straight line at the same distance d, the condition must be met when using the natural characteristics if the artificial characteristic is used, the condition of two neighboring receivers, n the number be fulfilled. Here d is the distance between the receivers and A, the wavelength of the sound with the underlying frequency N. Similar conditions were known for the arrangement on the circle. These conditions, which, strictly speaking, were only valid for a certain 2nd, that is, for certain tones; were now considered authoritative for the reception of noises.

Demgemäß beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die für die einzelnen Töne geltenden optimalen Abstandsbestimmungen für den Empfang von Geräuschen durch andere Regeln ersetzt werden müssen. Der wesentliche Unterschied liegt dabei darin, daß die Anzahl der Empfänger beim Geräuschempfang in ganz anderer Weise ausschlaggebend in Erscheinung tritt als beim Empfang von Tönen. Während die bisherige Erkenntnis darin bestand, daß bei einer beliebigen Anzahl von Empfängern bei hinreichend großem Abstand bzw. genügend hoher Frequenz stets Nebenmaxima gleich oder annähernd gleich dem Hauptmaximum zu erwarten sind, beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß beim Geräuschempfang für einenhinreichendhochliegenden und genügend breiten Frequenzbereichvon etwa zwei Oktaven oder mehr- die _ Intensität -der Nebenmaxima proportional mit der Anzahl der Empfänger abnimmt so -daß durch eine hinreichende Anzahl von Empfängern erreicht wird, daß die Intensität der Nebenmaxima unter allen Umständen beliebig klein bleibt, gleichgültig ob dabei mit beliebig hohem, aber genügend breitem Frequenzbereich gepeilt wird oder ob der Abstand der Empfänger voneinander beliebig vergrößert wird. Maßgebend war dabei die Feststellung, daß die praktisch hauptsächlich in Betracht kommenden Geräuschquellen, insbesondere Flugzeuge für Luftschall und Schiffe für Unterwasserschall, nur in dem unteren Bereich bis zu etwa 2ooo Hertz Schwankungen bestimmter Frequenz enthalten, deren Amplitude sich stark über das mittlere Niveau erhebt, daß dagegen der oberhalb etwa 2ooo Hertz sich erstrekkende Frequenzbereich eines Geräusches- sich zwar beliebig weit nach oben erstreckt und viele Oktaven des unhörbaren Bereiches überdeckt, daß aber hier alle Frequenzen mit wesentlich gleicher Amplitude auftreten.Accordingly, the invention is based on the knowledge that for the individual tones apply optimal distance regulations for the reception of noises need to be replaced by other rules. The main difference lies in this in the fact that the number of receivers when receiving noise is crucial in a completely different way appears as when receiving sounds. While the previous knowledge consisted in the fact that with any number of recipients with a sufficiently large Distance or sufficiently high frequency always secondary maxima the same or approximately the same the main maximum are to be expected, the invention is based on the knowledge that when receiving noise for a sufficiently high and sufficiently wide frequency range of about two octaves or more- the _ intensity -of the secondary maxima proportional with the number of recipients decreases so -that by a sufficient number of Receivers achieved that the intensity of the secondary maxima under all circumstances remains arbitrarily small, regardless of whether it is arbitrarily high but sufficiently wide Frequency range is sounded or whether the distance between the receivers is arbitrary is enlarged. The decisive factor was the finding that the practically mainly Possible sources of noise, in particular aircraft for airborne noise and Ships for underwater sound, only in the lower range up to about 2,000 Hertz Contain fluctuations of a certain frequency, the amplitude of which varies greatly over the The middle level rises, whereas the one above about 2ooo Hertz extends Frequency range of a noise - although it extends arbitrarily far upwards and covers many octaves of the inaudible range, but that here all frequencies occur with substantially the same amplitude.

Das Wesen der Erfindung besteht dann darin, daß durch Siebmittel (und gegebenenfalls durch En- tzerrungseinrichtungen) dafür gesorgt wird, daß der aufgenommene Frequenzbereich- des - Geräusches für alle Frequenzen -annähernd gleiche Intensität besitzt, daß der Frequenzbereich genügend breit ist und daß die Empfängerzahl genügend groß ist, damit die außerhalb des Hauptmaximums auftretende Intensität um wenigstens eine Größenordnung unter der Intensität des Hauptmaximums liegt. Unter Größenordnung wird im folgenden der Unterschied zweier Zahlen um eine Zehnerpotenz verstanden.The essence of the invention then consists in the fact that sieve means (and if necessary by means of equalization) it is ensured that the recorded Frequency range of the - noise for all frequencies - approximately the same intensity has that the frequency range is sufficiently wide and that the number of receivers is sufficient is large, so that the intensity occurring outside the main maximum by at least an order of magnitude below the intensity of the main maximum. Below the order of magnitude In the following, the difference between two numbers by a power of ten is understood.

Es ergibt sich nämlich, daß die beim Peilen mit einer Gruppenanordnung in Erscheinung tretende Intensität der Nebenmaxima in einfachster Weise nur von der Anzahl der Emp= fänger und von der Breite des durchgelassenen Frequenzbereiches abhängig ist, und zwar nimmt das mittlere Niveau der Nebenmaxima direkt proportional mit der zunehmenden Anzahl der Empfänger ab, während die Höhe. der Schwankung, um die sich die Intensität der störenden Nebenmaxima über dieses mittlere Niveau erhebt, von der Breite des durchgelassenen Frequenzbereiches in der Weise abhängt, daß, je größer der durchgelassene Bereich ist, um so weniger die Höhe der Schwankung beträgt, so daß bei einem Durchfaßbereich von etwa zwei Oktaven oder mehr die Höhe der Schwankung der Nebenmaxima praktisch keine Rolle spielt. Man hat es dann durch Verwendung einer hinreichend großen Anzahl von Empfängern in der Hand,.dafür zu sorgen, daß sämtliche auftretenden Nebenmaxima klein gegenüber dem Hauptmaxima sind. .It turns out that the direction finding with a group arrangement The intensity of the secondary maxima appearing in the simplest way only from the number of receivers and the width of the frequency range allowed is dependent, namely the mean level of the secondary maxima increases in direct proportion with the increasing number of recipients, while increasing the amount. the fluctuation to which raises the intensity of the disruptive secondary maxima above this mean level, depends on the width of the transmitted frequency range in such a way that, the larger the area allowed to pass, the less the amount of fluctuation is, so that with a throughput range of about two octaves or more, the height the fluctuation of the secondary maxima plays practically no role. Then you have it through Use of a sufficiently large number of receivers in hand, for that too ensure that all secondary maxima that occur are small compared to the main maxima. .

Die Erfindung ist beispielsweise durch die Fig. i und 2 erläutert.The invention is illustrated, for example, by FIGS.

Fig. i stellt die mit einer Empfängergruppe aufgenommene Schallstärke bei fünf verschiedenen Durchlaßbereichen und bei gleicher Empfängeranordnung dar, Fig. 2 die mit einer Qruppenanordnung aufgenommene Schallstärke bei vier verschiedenen Empfängeranordnungen und gleichem Durchlaßbereich.Fig. I shows the sound strength recorded with a group of receivers with five different passbands and with the same receiver arrangement, 2 shows the sound strength recorded with a group arrangement at four different levels Receiver arrangements and the same pass band.

Zur Erläuterung der Erfindung wird von einer geraden drehbaren Empfängerbasis mit sechs Empfängern in gleichem Abstande d ausgegangen. Die bekannte Richtcharakteristik für eine bestimmte Frequenz N ist in Fig. i durch die Kurve A dargestellt. Als Abszisse ist dabei die Größe aufgetragen, wobei die Wellenlänge.? zu der entsprechenden Frequenz N gehört und a den Winkel bedeutet, den die Mittelsenkrechte der geraden Gruppe mit der Richtung der Schallquelle bildet. Jeder Drehung a der Empfängerbasis entspricht eine bestimmte Abszisse Die dazugehörenden Ordinaten der Kurve A geben die entsprechende Schallstärke an. Aus der Kurve A ist zu erkennen, daß auf das Hauptmaximum von der Größe i zunächst eine Reihe (vier) kleiner Nebenmaxima folgen, die aber praktisch unwesentlich sind und daher im folgenden stets außer Betracht gelassen werden, da sie um mehr als eine Größenordnung unter dem Hauptmaximum liegen. Erst wenn die Abszisse gleich Eins wird, tritt ein sehr störendes Maximum der Größe i in Erscheinung. Um dies zu vermeiden, war es bekannt, den Empfängerabstand so zuwählen, da.ß die Bedingung erfüllt war.To explain the invention, a straight rotatable receiver base with six receivers at the same distance d is assumed. The known directional characteristic for a specific frequency N is shown by curve A in FIG. The abscissa is the size plotted, with the wavelength.? belongs to the corresponding frequency N and a means the angle which the median perpendicular of the straight group forms with the direction of the sound source. Each rotation a of the receiver base corresponds to a certain abscissa The associated ordinates of curve A indicate the corresponding sound strength. From curve A it can be seen that the main maximum of size i is initially followed by a series (four) of small secondary maxima, which, however, are practically insignificant and are therefore always disregarded in the following, since they are more than an order of magnitude below Main maximum lie. Only when the abscissa equals one, a very disturbing maximum of size i appears. To avoid this, it was known to select the receiver distance so that the condition was fulfilled.

Empfängt man nun an Stelle eines reinen Tones der Frequenz N ein Frequenzgemisch innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches, so ändern-sich die Verhältnisse wesentlich. Die -Kurven B, C, D,E der Fig. i stellen jetzt die Richtcharakteristiken einzelner Teilfrequenzen des Frequenzgemisches dar, wobei die entsprechenden Frequenzbereiche sich von N bis 1,2 N, N bis 1,5 N, N bis 2 N (d. h. eine Oktave), N bis 4 N (d. h. zwei Oktaven) erstrecken. Abgesehen davon, daß infolge der auftretenden hohen Frequenzen eine Verschärfung des Hauptmaximums und eine Verschiebung des störenden Nebenmaximums nach links eintritt, zeigt sich, daß die Intensität des störenden Nebenmaximums mit wachsender Breite des Frequenz- Bereiches immer kleiner wird, aber stets um einen gewissen Betrag, der in der Abbildung mit den Größen hl, h2, h3, h4, h5 bezeichnet ist, oberhalb 1/a liegt (6 - Anzahl der Empfänger).If, instead of a pure tone of frequency N, one receives a frequency mixture within a certain frequency range, the conditions change significantly. The curves B, C, D, E, i finding the Figure, the directional characteristics of individual partial frequencies of the frequency mixture is, the corresponding frequency ranges, ie, from N to 1.2 N, N to 1.5 N, N to 2 N ( one octave), N to 4N (i.e. two octaves). Apart from the fact that, as a result of the high frequencies that occur, the main maximum is sharpened and the disturbing secondary maximum is shifted to the left, it can be seen that the intensity of the disturbing secondary maximum becomes smaller and smaller as the width of the frequency range increases, but always by a certain amount, which is designated in the figure with the sizes hl, h2, h3, h4, h5, is above 1 / a (6 - number of recipients).

In Fig.2 ist für alle dargestellten (vier) Kurven der Durchlaßbereich von N bis 2 N (d. h. eine Oktave) gewählt, und die den einzelnen Kurven zugrunde liegenden Empfängeranordnungen unterscheiden sich dadurch, daß der Kurve F zwei Empfänger im Abstand d, der Kurve G drei Empfänger im Abstand d, der Kurve H vier Empfänger im Abstand d und der Kurve I sechs Empfänger im Abstand d, geradlinig angeordnet, entsprechen. Als Abszisse ist wieder aufgetragen, wobei X die zu N gehörende Wellenlänge bedeutet. Aus den Kurven der Fig. 2 - ist zu erkennen, daß. bei zwei Empfängern der mittlere Wert der Intensität des störenden l"Tebenmaximums um den halben Wert der Intensität des Hauptmaximums schwankt, bei drei Empfängern um den Eindrittelwert, bei vier Empfängern um den Einviertelwert und bei sechs Empfängern um den Einsechstelwert. Dabei bleiben die Größen hl, h2, h3, h4, welche die größten Schwankungen über das mittlere Niveau des Nebenmaximums angeben, annähernd konstant. In FIG. 2, the pass band from N to 2 N (ie one octave) is selected for all (four) curves shown, and the receiver arrangements on which the individual curves are based differ in that curve F has two receivers at a distance d, of the curve G correspond to three receivers at distance d, curve H four receivers at distance d and curve I to six receivers at distance d, arranged in a straight line. As the abscissa is again plotted, where X is the wavelength associated with N. From the curves of Fig. 2 - it can be seen that. In the case of two receivers, the mean value of the intensity of the interfering level maximum fluctuates by half the value of the intensity of the main maximum, in the case of three receivers by the one-third value, in the case of four receivers by the one-quarter value and in the case of six receivers by the one-sixth. h2, h3, h4, which indicate the greatest fluctuations over the mean level of the secondary maximum, are approximately constant.

Wird an Stelle der Drehbasis eine feste Anordnung von Empfängern unter Verwendung eines einstellbaren elektrischen Kompensators benutzt, so tritt an Stelle der natürlichen Richtcharakteristik die künstliche. Das bedeutet, daß in Fig. i und 2 an Stelle der Abszissen die Abszissen zu setzen sind. Dabie bedeutet a den Winkel, den die Richtung der Schallquelle mit der Mittelachse der Gruppenanordnung bildet und ao den Kompensationswinkel, der mit Hilfe des verstellbaren Kompensators kontinuierlich geändert wird. Jeder Stellung des Kompensators entspricht daher bei einer bestimmten Lage der Schallquelle eine Abszisse mit der entsprechenden Ordinate. In diesem Falle stellen die Kurven der Fig. i und 2 die künstliche Richtcharakteristik dar. Da sich die Ordinaten nicht ändern, gilt die obige Betrachtung entsprechend auch bei Benutzung der künstlichen Charakteristik.If a fixed arrangement of receivers using an adjustable electrical compensator is used instead of the rotating base, the artificial directional characteristic is used instead of the natural directional characteristic. This means that in FIGS. 1 and 2, instead of the abscissas, the abscissas to put are. Here a means the angle that the direction of the sound source forms with the central axis of the group arrangement and ao the compensation angle, which is continuously changed with the help of the adjustable compensator. Each position of the compensator therefore corresponds to an abscissa with the corresponding ordinate for a specific position of the sound source. In this case, the curves in FIGS. I and 2 represent the artificial directional characteristic. Since the ordinates do not change, the above consideration also applies accordingly when the artificial characteristic is used.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin; daß beispielsweise bei der Gruppenanordnung von Empfängern in gerader Linie oder im Kreise der durchgelassene Frequenzbereich beliebig hoch gelegt werden kann, insbesondere auch oberhalb der Hörgrenze, und damit eine beliebige Peilschärfe bzw. Störbefreiung erreicht wird, ohne daß störende Nebenmaxima in Erscheinung treten bzw. ohne daß man gezwungen ist, die Empfängerabstände sehr klein zu machen. Natürlich ist der Erfindungsgedanke nicht auf geradlinige oder kreisförmige Anordnungen der Empfänger beschränkt, sondern gilt allgemein für beliebig im Raume angeordnete Empfänger und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Empfänger so groß zu der mittleren Wellenlänge des durchgelassenen Frequenzbereiches gewählt sind oder der durchgelassene Frequenzbereich so hoch gewählt ist, daß einzelne Frequenzen des Durchlaßbereiches, für sich allein betrachtet, störende Nebenmaxima zur Folge haben würden. Die Erfindung gibt dann die Lehre, wie durch richtige Wahl der Empfängeranzahl und der Durchlaßbreite dafür gesorgt werden kann, daß bei Superposition sämtlicher Frequenzen des Durchlaßbereiches die störenden Nebenmaxima praktisch vermieden werden.The advantage of the device according to the invention is; that for example in the group arrangement of receivers in a straight line or in a circle, the one that is let through Frequency range can be set arbitrarily high, in particular above the Hearing limit, and thus any directional focus or interference elimination is achieved, without disturbing secondary maxima appearing or without being forced is to make the receiver distances very small. Of course the inventive idea is not limited to rectilinear or circular arrangements of the receivers, but rather applies generally to receivers arranged anywhere in the room and is characterized by that the distances of the receivers are so great to the mean wavelength of the transmitted Frequency range are selected or the frequency range allowed to pass is selected as high is that individual frequencies of the pass band, considered by themselves, would result in disturbing secondary maxima. The invention then gives the teaching as ensured by the correct choice of the number of receivers and the passage width it can be that with superposition of all frequencies of the pass band the disturbing secondary maxima can be practically avoided.

Als Empfänger haben sich neben solchen, deren Abstimmung außerhalb des Durchlaßbereiches liegt, die deshalb keine hervortretende Resonanz besitzen, insbesondere piezoelektrische und Magnetostriktionsempfänger bewährt, da sie mit gleichmäßig guter Empfindlichkeit für breite Frequenzbereiche, insbesondere bis zu sehr hohen Frequenzen hinauf gebaut werden können.As recipients, in addition to those whose voting is outside of the pass band, which therefore have no prominent resonance, Piezoelectric and magnetostriction receivers in particular have proven their worth, as they are with uniformly good sensitivity for wide frequency ranges, especially up to can be built up to very high frequencies.

Im allgemeinen ist es zweckmäßig, einen kontinuierlichen Frequenzbereich hindurchzulassen. In manchen Fällen, insbesondere wenn bestimmte Frequenzbereiche durch andere Geräuschquellen (z. B. von dem beobachtenden Fahrzeug selbst hervorgerufen) störend in Erscheinung treten, kann es auch zweckmäßig sein, mehrere getrennte Bereiche des zu beobachtenten Geräusches zu empfangen, wobei wieder für gleiche Empfangsintensität gesorgt wird.In general, it is appropriate to use a continuous frequency range to let through. In some cases, especially when certain frequency ranges by other noise sources (e.g. caused by the observing vehicle itself) interfering in appearance, it can also be useful to have several separate areas of the observed noise to be received, again for the same reception intensity is taken care of.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for direction reception of noises with a plurality of receivers arranged in a certain position in relation to one another in the room, which are connected to a display device via electrical screen means, thereby characterized in that the frequency or passband of the receiver is sufficiently wide and the number of recipients is so large that with any enlargement of the mutual Distance and with any increase in the frequency range outside of the Main maximum resulting noise intensity is an order of magnitude smaller than the intensity of the main maximum (order of magnitude equals difference by a power of ten).

2. Device according to claim i, characterized characterized in that sieve means are used -which-suppress the low frequency ranges as far as they are Contain individual vibrations that are strongly pronounced in amplitude.

I 3. A device according to claims and 2, characterized in that the transmitted frequency range above 2ooo Hertz, at least two Oc- taven is wide - and the number of recipients is equal to or greater io. q ..

Device according to claims i to 3, characterized characterized in that the passed frequency range is chosen so that it does not Contains natural vibrations of the receiver used.

5. Device for direction reception of noises according to the-- claims i to q., characterized in that when arranged the receiver at the same distance on a circle or on a straight line below Exploitation of the natural characteristics of the distance between neighboring receivers is greater is than the mean wavelength (4 of the pass band.

6. Device for directional reception of noises according to the .Ansprüche i to q., Characterized in that when the receiver is arranged at the same distance on a circle or on a straight line, utilizing the artificial characteristic, the distance between neighboring receivers is greater than half the .laßbereiches . the mean wavelength of the through-7. Device for the directional reception of noises according to Claims 1 to 6, characterized in that the frequency range allowed to pass through is close to or above the audible limit.