DE673936C

DE673936C - Air listening device for binaural direction determination

Info

Publication number: DE673936C
Application number: DEE47767D
Authority: DE
Original assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Current assignee: ELAC Electroacustic GmbH
Priority date: 1935-12-22
Filing date: 1935-12-22
Publication date: 1939-03-31

Description

Lufthorchgerät zur binauralen Richtungsbestimmung Die bekannten Lufthorchgeräte zur Anpeilung herannahender Flugzeuge besitzen vier Trichter oder Reflektoren (Paraboloide), die den ankommenden Flugzeugschall auffangen und ihn entweder -unmittelbar oder auf dem Umwege über einen elektroakustischen Empfänger mit Verstärker und Telephon auf das Ohr des Beobachters wirken lassen. Zwei horizontal nebeneinanderliegende Trichter bzw. Reflektoren dienen zur Peilung des Azimuts, und zwei in der Vertikalebene liegende Trichter bzw. Reflektoren dienen zur Peilung des Höhenwinkels des Flugzeuges. Es sind auch bereits Horchgeräte bekanntgeworden, bei denen kleine Mikrophone zur Schallaufnahme verwendet werden.Air listening device for binaural direction determination The well-known air listening devices to locate approaching aircraft have four funnels or reflectors (paraboloids), which absorb the incoming aircraft noise and either -immediately or indirectly via an electroacoustic receiver with amplifier and telephone let it work on the ear of the observer. Two horizontally adjacent Funnels or reflectors are used for bearing the azimuth, and two in the vertical plane horizontal funnels or reflectors are used for bearing the aircraft's altitude angle. Listening devices have also become known in which small microphones are used Sound recording can be used.

Es hat sich gezeigt, daß die bisher stets verwendeten Trichter und Reflektoren zwar hoheTöne sehr gut sammeln undwiedergeben, weil ihre Abmessungen für diese Töne groß im Vergleich zur Wellenlänge sind, daß aber tiefeTöne nur schlecht gesammelt undwiedergegeben werden, weil für diese Töne die Abine.ssungen klein zur Wellenlänge sind, wenn man nicht zu praktisch unzulässig großen absoluten Abmessungen kommen will. Nun gelangen aber, von besonders günstigen Empfangsverhältnissen in der Luft abgesehen, bei den in der Praxis besonders wichtigen großen Peilentfernungen nur die tiefen Teiltöne des Flugzeuggeräusches an den Aufstellungsort des Horchgerätes, weil die hohen Teiltöne auf dem langen Wege vom Flugzeug zum Horchgerät durch Absorption vernichtet werden. Das Flugzeuggeräusch hat also für den entfernt stehenden Beobachter ein tiefliegendes Frequenzspektrum von etwa 3oo bis 6oo Hz, während die bisher bekannten Horchgeräte mit Trichtern und Reflektoren bei praktisch zulässigenAbmessungen erst von etwa fioo Hz an ein brauchbares Sammel- und Wiedergabevermögen besitzen. Diese Horchgeräte sind also für die Peilung entfernter Flugzeuge, d. h. für die in der Praxis wichtigste Aufgabe, ungeeignet.It has been shown that the funnel and Reflectors collect and reproduce high tones very well because of their dimensions for these tones are large compared to the wavelength, but that low tones are only bad collected and reproduced because the abine.ssungen small to Wavelength are, if one does not have to practically inadmissibly large absolute dimensions want to come. Now, however, get in from particularly favorable reception conditions apart from the air, at the large bearing distances that are particularly important in practice only the low partials of the aircraft noise to the location of the listening device, because the high partials are absorbed on the long way from the aircraft to the listening device be destroyed. So the aircraft noise has for the distant observer a low-lying frequency spectrum of around 3oo to 6oo Hz, while the previously known Listening devices with funnels and reflectors with practically permissible dimensions from about fioo Hz to have a useful collecting and reproducing ability. These Listening devices are therefore used for the direction finding of distant aircraft, i. H. for those in the Practice most important task, unsuitable.

Eine Verbesserung ließe sich durch genügende Vergrößerung der Trichter- oder Reflektorabmessungen erzielen. Dieser Weg ist bei ortsveränderlichen, insbesondere bei fahrbaren Geräten nicht angängig, da aus strategischen Gründen die Transportm6glichkeit solcher Geräte nicht durch zu große Abinessungen behindert werden darf. Damit die Horchgeräte mit Kraftwagen. oder Eisenbahn, durch Tunnel oder über Brücken ungehindert befördert werden können, dürfen ihre Abmessungen ein gewisses vorgeschriebenes Maß nicht überschreiten. Der zweite Ausweg der Zerlegbarkeit derGeräte ist nicht in Einklang zu bringen mit der Forderung der sofortigen Einsatzbereitschaft.An improvement could be made by sufficiently enlarging the funnel or achieve reflector dimensions. This path is with portable, in particular Not suitable for mobile devices, as the transport option for strategic reasons such devices must not be hindered by too large dimensions. So that Listening devices with motor vehicles. or railroad, unhindered through tunnels or bridges can be transported, their dimensions may be a certain prescribed level do not exceed. The second way out of the dismantling of the devices is not in To bring it in line with the requirement of immediate readiness for action.

Die vorstehenden Überlegungen waren die Veranlassung, einenLuftschallempfängerbzw. ein Lufthorchgerät zu entwickeln, bei dem von der seinerzeit von H o rn b os t e 1 und Wertheimer vorgeschlagenen Verwendung von Mikrophonen Gebrauch gemacht wird. Da jedoch fürdieFlugzeugortunggerade die tiefen Frequenzen von etwa 3oo bis 6oo Hz maßgebend sind und die üblichen Mikrophone Abmessungen aufweisen, die viel kleiner sind als die den tiefen Frequenzen entsprechenden Wellenlängen, so läßt sich mit den bekannten Mikrophonhorchgeräten keine befriedigende Peilwirkung erzielen.The above considerations gave rise to an airborne sound receiver or to develop an air listening device, in which from the at that time by H o rn b os t e 1 and Wertheimer proposed use use of microphones is made. However, since the low frequencies of about 300 to 600 Hz are decisive and have the usual microphone dimensions, which are much smaller than the wavelengths corresponding to the low frequencies, so with the known microphone listening devices no satisfactory direction finding effect can be achieved achieve.

Nach der Erfindung ist der Durchmesser der für die Empfänger verwendeten Membranen von der Größenordnung der den Frequenzen zwischen 300 und 6oo Hz entsprechenden Schallwellenlängen; hierdurch ergibt sich eine für die Peilwirkung günstige Eigenrichtwirkung jedes einzelnen Empfängers.According to the invention, the diameter of the membranes used for the receivers is of the order of magnitude of the sound wavelengths corresponding to frequencies between 300 and 600 Hz; This results in a self-directing effect that is favorable for the direction finding effect of each individual receiver.

Vorzugsweise besteht das Gerät aus zwei kreuzweise angeordneten Membranempfängerpaaren für Höhen- und Seitenpeilung. Die von den Membranen aufgefangene Schallenergie wird in die elektrische Energie tonfrequenter Wechselströme umgewandelt. Die Wechselströme der beiden Höhenempfänger und der beiden Seitenempfänger werden je zu einem aus Telephonen gebildeten binauralen Hörerpaar geführt. Die Membranen derEmpfänger werden so groß gewählt, wie es die vorgeschriebenen Bauabmessungen zulassen, und in bekannter Weise auf das für die Flugzeuge wichtige Frequenzspektrum abgestimmt. Solche Membranhorchgeräte haben den weiteren Vorteil, daß ihre Lautstärke durch Einschalten einer Verstärkeranlage zwischen Empfänger und Telephon erheblich gesteigert werden kann.The device preferably consists of two pairs of membrane receivers arranged crosswise for elevation and lateral bearing. The sound energy captured by the membranes is converted into the electrical energy of audio-frequency alternating currents. The alternating currents the two height receivers and the two side receivers each become one Telephones led by a pair of binaural listeners. The membranes of the recipients become chosen as large as the prescribed structural dimensions allow, and in known Way, tuned to the frequency spectrum that is important for the aircraft. Such membrane listening devices have the further advantage that their volume can be changed by switching on a sound system between receiver and telephone can be increased considerably.

Die Empfänger müssen, wenn sie ihre Aufgabe, Schall von etwa 3oo bis 6oo Hz gut aufzunehmen, erfüllen sollen, folgenden Bedingungen genügen: i. Ihre Eigenabstimmung muß in dem genannten Frequenzbereich oder in dessen Nähe liegen, um die nötige Empfindlichkeit zu erzielen.The receivers must, when they do their job, sound from about 3oo to To absorb 600 Hz well, to meet the following conditions: i. Her Self-tuning must be in or near the specified frequency range, to achieve the necessary sensitivity.

z. Die Abmessungen der Membran senkrecht zur Medianebene müssen der Größenordnung nach der Wellenlänge des aufzunehmenden Frequenzbereiches nahekommen, brauchen aber nicht groß im Verhältnis zu diesen Wellenlängen zu sein, um die notwendige Empfindlichkeit und eine gewisse günstige Eigentichtwirkung zu erreichen.z. The dimensions of the membrane perpendicular to the median plane must be of the In the order of magnitude of the wavelength of the frequency range to be recorded, but do not need to be large in relation to these wavelengths in order to achieve the necessary To achieve sensitivity and a certain favorable self-effect.

3. Die Strahlungsdämpfung der Membran muß groß im Vergleich zur schädlichen Dämpfung sein, d. h. die Membran muß bei kleinster Schwingungsmasse möglichst ideal 'als Kolbenmembran schwingen, um möglichst hohe Empfindlichkeit zu bekommen.3. The radiation attenuation of the membrane must be large compared to the harmful Be attenuation, d. H. the membrane must be as ideal as possible with the smallest vibration mass 'vibrate as a piston diaphragm in order to get the highest possible sensitivity.

Gibt man dem Empfänger dann noch eine rotationssymmetrische Form, so hat das den weiteren Vorteil, daß man eine in der Herstellun& der Einzelteile und im Zusammenbau besonders zweckmäßige Ausführungsform ,,erhält, die bei Trichtern wegen deren akustisch bedingter Länge nicht erreichbar ist.If you then give the receiver a rotationally symmetrical shape, so this has the further advantage that one is involved in the production of the individual parts and in the assembly particularly expedient embodiment, obtained in the case of funnels because of their acoustically caused length cannot be reached.

Alle diese Bedingungen werden besonders gut von Membranempfängern nach dein elektrodynamischen Prinzip mit permanentem oder gleichstromerregtem Magneten erfüllt. Die Empfindlichkeit von solchen Empfängern ist nämlich besonders gut bei verhältnismäßig tiefer Eigenabstimmung, wie sie dem geforderten Frequenzbereich entspricht. Auch ist es verhältnismäßig leicht, derartige Empfänger in den gewünschten Abmessungen zu bauen. Schließlich führt das geringe Gewicht der Schwingspule der elektrodynamischen Empfänger zu kleinen Schwingmassen, wenn durch Verwendung geeigneter Membranen dafür gesorgt wird, daß auch das Gewicht der Membran selbst klein ist. Als Membranen werden zweckmäßig formsteife Membranen aus leichtem Material (dünnes Leichtmetallblech) gewählt, die kleines Gewicht mit günstigster Schwingungsform (Kolbenmembran) verbinden. Die Formsteifigkeit wird in bekannter Weise durch Eindrücken von konzentrischen oder radialen Rillen erreicht. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Zahl und Tiefe der Rillen so gewählt wird, daß alle Teilabstimmungen der Membran über dem geforderten Frequenzbereich liegen. Weiter ist wesentlich, daß die Ausdehnung der Rippen in Richtung der vertikalen Membranachse mit Rücksicht auf unerwünschte Richtwirkungen klein zur Wellenlänge bleibt. Aus diesen Gründen sind einfache Konusmembranen unzweckmäßig,- während Membranen mit zwei oder drei konzentrischen Rillen sehr gut brauchbar sind, besonders, wenn Rille unmittelbar an Rille stößt und die Tiefe der Rillen etwa gleich; der halben Breite der Rillen ist. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindungbesteht darin, daß man, um störende Teilschwingungen der äußeren Rillen zu vermeiden, Breite und Tiefe der Rillen nach dem Rande zu abnehmen läßt. Die Verwendung von Metall ist mit Rücksicht auf die nötige Wetterbeständigkeit erforderlich.All of these conditions work particularly well with membrane receivers according to your electrodynamic principle with permanent or DC excited magnet Fulfills. The sensitivity of such receivers is particularly good at relatively deeper self-tuning, as in the required frequency range is equivalent to. It is also relatively easy to get such recipients into the desired Build dimensions. Finally, the low weight of the voice coil leads to the electrodynamic receiver to small oscillating masses, if by using more suitable Membrane ensures that the weight of the membrane itself is small. Dimensionally stable membranes made of light material (thin Light metal sheet) selected, the low weight with the most favorable oscillation form Connect (piston diaphragm). The dimensional stiffness is achieved in a known manner by pressing achieved by concentric or radial grooves. An essential feature of the invention is that the number and depth of the grooves is chosen so that all partial matches of the membrane are above the required frequency range. It is also essential that the extension of the ribs in the direction of the vertical membrane axis with consideration on undesired directional effects remains small to the wavelength. For these reasons simple conical diaphragms are inexpedient, while diaphragms with two or three concentric grooves are very useful, especially if the groove is immediate abuts a groove and the depth of the grooves is about the same; half the width of the grooves is. Another important feature of the invention is that one, in order to avoid disruptive Avoid partial vibrations of the outer grooves, according to the width and depth of the grooves to decrease the edge. The use of metal is out of consideration necessary weather resistance required.

Abb. z zeigt einen für ein Lufthorchgerät geeigneten elektrodynamischen Empfänger nach der Erfindung. Das Empfängergehäuse i hat die Form eines Kegelstumpfes, in dessen Innern der durch die Gleichstromwicklung z erregte Magnet 3 angebracht ist. Bei einem permanenten Magneten fällt natürlich die Wicklung a fort. Der Boden des Gehäuses wird durch die Membran q. gebildet, die mit eingedrückten konzentrischen Rillen versehen und durch den Ring 5 an dem Gehäuse befestigt ist. Auf der Membran sitzt die Tauchspule 6. Die eintreffenden Schallwellen erregen die Membran mit der Tauchspule zu Schwingungen, wodurch in der Wicklung der Spule tonfrequente Wechselströme induziert werden. Der Empfänger nach Abb. i hat eine Membran mit gleichbleibender Rillenbreite und Rillentiefe, während in Abb. 2 eine Membran mit Rillen dargestellt ist, deren Breite und Tiefe nach dem Rande zu abnehmen.Fig. Z shows an electrodynamic one suitable for an air listening device Receiver according to the invention. The receiver housing i has the shape of a truncated cone, inside the magnet 3 excited by the direct current winding z is attached is. In the case of a permanent magnet, of course, the winding a is omitted. The floor of the housing is through the membrane q. formed with indented concentric Is provided with grooves and fixed by the ring 5 to the housing. On the membrane the moving coil 6 is seated. The incoming sound waves excite the The membrane with the moving coil causes vibrations, which in the winding of the coil cause audio frequencies Alternating currents are induced. The receiver according to Fig. I has a membrane with a constant Groove width and groove depth, while in Fig. 2 a membrane with grooves is shown is, the width and depth of which decrease towards the edge.

Abb. 3 zeigt den Zusammenbau von solchen Schallempfängern zu einem Peilgerät. Zwei kreuzweise angeordnete Empfängerpaare sind zu einem starren Ganzen vereinigt. Die Empfänger i und 2 dienen für die Höhenpeilung, die Empfänger 3 und 4 für die Seitenpeilung. Bei der Höhenpeilung wird das Empfängersystem und die waagerechte Drehachse 5, die in dem Ständer 6 gelagert ist, geschwenkt. Die Seitenpeilung geschieht durch Verdrehen des Ständers um die senkrechte Drehachse 7,. die von dem Grundgestell 8 aufgenommen wird. Von den Tauchspulen der Empfänger führen elektrische Leitungsdrähte zu den Horchbügeln mit den Doppelkopfhörern 9 und io.Fig. 3 shows the assembly of such sound receivers into one Direction finder. Two pairs of receivers arranged crosswise are a rigid whole united. The receivers i and 2 are used for the altitude bearing, the receivers 3 and 4 for side bearing. The receiver system and the horizontal Axis of rotation 5, which is mounted in the stand 6, pivoted. The side bearing happens by rotating the stand about the vertical axis of rotation 7 ,. those of the base frame 8 is recorded. Electrical wires lead from the plunger coils of the receiver to the listening brackets with the double headphones 9 and io.

Die Bestimmung des Höhen- und Seitenwinkels erfolgt in bekannter Weise nach der binauralen Methode. Die Verbindung zwischen Empfänger und Telephon ist in der Abbildung nur schematisch dargestellt. Bei der wirklichen Ausführung wird man die Verbindungskabel im Innern des Gerätes verlegen und eine Verstärkeranlage einschalten.The elevation and side angles are determined in a known manner according to the binaural method. The connection between the receiver and the telephone is only shown schematically in the figure. In the real execution will you lay the connection cables inside the device and an amplifier system turn on.

Claims

PATENT CLAIM: i. Air listening device for binaural direction determination for sound frequencies between 300 and 600 oscillations per second by means of a membrane receiver, characterized in that the membrane diameter of the receiver is of the order of magnitude of the sound wavelength.

2. Air listening device for altitude and Side bearing, characterized in that the airborne sound receiver according to claim i in in a manner known per se to a system consisting of two crossed pairs are combined, which is rotatable about a horizontal and a vertical axis. .

3. air receiver for devices according to claim i and 2, characterized in that that the receivers are built according to the electrodynamic principle and self-tuning the membrane is in or near the frequency band to be recorded.

4. Air receiver for devices according to claim 1 and 2, characterized in that the membrane is the receiver Made of thin light metal sheet with impressed concentric or radial grooves exists and acts as a piston diaphragm.

5. Air receiver for devices according to claim i and 2, characterized in that the self-tuning of the overall membrane in the area from 3oo to 6oo Hz, the tuning of the possibly capable of natural oscillations However, membrane components are above this frequency band.

6. Air receiver for devices according to claim i and 2, characterized in that the dimensions of the Membranes perpendicular to the median plane of approximately the same size as the wavelengths of the frequency range from 3oo to 6oo Hz.

7. Air receiver for devices according to claim 1, 2 and 4, characterized in that the grooves in the membranes meet immediately and are about twice as wide as deep. B. air receiver for devices according to claim 1, 2 and 7, characterized in that width and depth of the membrane grooves towards the edge.