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Einrichtung zum Senden und Empfangen von Sprache durch Schallwellen,
insbesondere in Wasser Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Übermittlung von
Sprachschwingungen durch das Wasser Schallsender und Empfänger zu verwenden, die
auf eine oberhalb der Hörgrenze liegende Frequenz abgestimmt sind. Für die Zwecke
der Sprachübermittlung wurde dabei bisher der Sender durch eine der Abstimmung entsprechende
Trägerfrequenz erregt und diese Trägerfrequenz mit den Sprachschwingungen moduliert.
Es ist bekannt, daß hohe Frequenzen vom Wasser schlechter übertragen werden als
tiefe Frequenzen, und eine tiefliegende Trägerfrequenz ist daher wegen der besseren
Schallübertragung und großen Reichweite vorzuziehen. Bei einfacher Signalübermittlung
wird auch vielfach von dieser vorteilhaften tiefen Abstimmung Gebrauch gemacht.
Bei der Trägerfrequenzübertragung von Sprachschwingungen jedoch kann man mit der
Trägerfrequenz nicht so weit herabgehen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die
zur Verfügung stehenden Schwinger für Unterwasserschall um so geringere Breite der
Resonanzkurve aufweisen, je tiefer ihre Abstimmung liegt. Läßt man nun, wie üblich,
die Trägerfrequenz mit der Abstimmungsfrequenz zusammenfallen, so kommt man bei
Herabsetzung der Trägerfrequenz schon sehr bald an eine untere Grenze, unterhalb
derer das noch zur Verfügung stehende Seitenband nicht mehr ausreicht, um eine hinreichende
Sprachverständlichkeit zu gewährleisten. Es wäre zwar möglich, die Sprachverständlichkeit
dadurch zu verbessern, daß man die Seitenbänder -durch entsprechende Verstärkung
empfangsseitig verbreitert. Dies hat jedoch eine beträchtliche Vergrößerung der
Störanfälligkeit zur Folge und ist deshalb nur ein schlechter Behelf, zumal bei
Unterwasserschall, wo der Störspiegel ohnehin reichlich hoch liegt. Um daher eine
gute Sprachverständlichkeit zu erzielen, mußte man bisher mit der Abstimmung der
Schwinger relativ hoch über die Hörgrenze hinausgehen. Dies bringt aber den Nachteil
mit sich, daß nur verhältnismäßig geringe Reichweiten erhalten werden können.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Einrichtung
zur Sprachübermittlung im Wasser zu schaffen, die sowohl eine große Reichweite als
auch eine gute Sprachverständlichkeit gewährleistet. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß
dadurch gelöst worden, daß bei einer Einrichtung zum Senden und Empfangen von Sprache
durch
Schallwellen, insbesondere im Wasser unter Benutzung von Schwingern,
die auf eine oberhalb der Hörgrenze liegende Frequenz abgestimmt sind und mit einer
mit Hörfrequenz modulierten Trägerfrequenz betrieben werden, die Abstimmung der
Schwinger nahe und oberhalb der oberen Hörgrenze liegt und die Trägerfrequenz soweit
oberhalb bzw. unterhalb der Abstimmungsfrequenz der Schwinger gelegt ist, daß das
durch Ampli= tudenmodulation der Trägerfrequenz mit den für die Sprachverständlichkeit
hauptsächlich in Betracht kommenden Frequenzen (5oo bis i Soo Hz) entstehende eine
Seitenband im Hauptempfindlichkeitsbereich der Resonanzkurve der Schwinger liegt.
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Durch das Heruntergehen der Abstimmung bis zur oberen Hörgrenze wird
die größtmögliche Reichweite der Schallübertragung im Wasser gewährleistet, und
durch die Wahl der Trägerfrequenz oberhalb bzw. unterhalb der Abstimmungsfrequenz
wird trotz der tiefen Abstimmung ein breites Frequenzband und damit eine gute Sprachverständlichkeit
erzielt, ohne eine übermäßige, die Störanfälligkeit vergrößernde Verstärkung bzw.
Entzerrung auf der Empfangsseite vornehmen zu müssen. Außerdem ist mit der Lage
der Trägerfrequenz oberhalb bzw. unterhalb der Abstimmungsfrequenz der an sich bekannte
Vorteil verbunden, daß der Sender in unmoduliertem Zustand nur eine sehr geringe
Energie ausstrahlt im Verhältnis zu der Energie, die bei voller Modulierung bei
der Abstimmungsfrequenz ausgestrahlt wird.
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Als geeigneter Abstand der Trägerfrequenz von der Abstimmungsfrequenz
hat sich eine Differenz von etwa iooo Hz ergeben. Um in unmoduliertem Zustande durch
die Trägerfrequenz nur eine möglichst geringe Energie auszustrahlen, wird bei diesem
Abstand von iooo Hz zwischen Trägerfrequenz und Abstimmung die Dämpfung der Schwinger
so gewählt, daß die sich aus der Resonanzkurve ergebende Empfindlichkeit der Schwinger
für die Trägerfrequenz nur einige Prozente der Empfindlichkeit in der Resonanzlage
der Schwinger beträgt.
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Um eine möglichst gute Energieausnutzung zu erreichen, können an Stelle
eines Schwingerpaares zwei Schwinger als Sender bzw. Empfänger benutzt werden, deren
Abstimmung so gewählt ist, daß die eine oberhalb, die andere unterhalb derTrägerfrequenz
liegt, und zwar entweder gleich weit entfernt oder um einen gewissen Betrag verschieden.
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Als geeigneter Abstand zwischen den Abstimmungsfrequenzen ist ein
Abstand von etwa 2ooo Hz vorteilhaft.
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Durch die Wahl der Trägerfrequenz außerhalb des Empfindlichkeitsbereiches
der Schwinger werden also zwei Vorteile erreicht gegenüber dem Fall, wo die Trägerfrequenz
mitten in den Abstimmungsbereich der Schwinger hineingelegt ist. Einerseits erhält
man für das bei der Modulation mit Sprachschwingungen entstehende Seitenband den
doppelten Frequenzbereich, der mit gutem Wirkungsgrad gestrahlt werden kann, und
kann infolgedessen bei gleicher Sprachverständlichkeit mit der Abstimmung zu einer
tieferen Frequenz herabgehen und damit zu einer größeren Reichweite gelangen, andererseits
wird durch die Trägerfrequenz in unmoduliertem Zustand nur wenig Energie ausgestrahlt,
was sowohl vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit aus als auch mit Rücksicht auf
die Geheimhaltung erwünscht ist.
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Die Erfindung ist an Hand der Abbildungen beispielsweise erläutert.
Es stellt dar: Abb. i die Resonanzkurve eines Schwingers, wobei die Trägerfrequenz
oberhalb der Abstimmungsfrequenz liegt, Abb. 2 den Fall, wo zwei auf verschiedene
Frequenzen abgestimmte Schwinger benutzt werden und die Trägerfrequenz mitten zwischen
beiden Abstimmungen liegt.
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In Abb. i ist eine Resonanzkurve i eines ultrasonoren Senders dargestellt,
dessen Abstimmung bei 2o ooo Hz liegt. Als Abszissen sind die Frequenzen zz, als
Ordinaten die vom Schwinger aufgenommenen elektrischen Leistungen in Watt aufgetragen.
An die Resonanzkurve i ist eine Asymptote 2 gelegt. Der über dieser Asymptote liegende,
von der Kurve i begrenzte Energiebetrag stellt im wesentlichen die ausgestrahlte
Schalleistung dar, während der zwischen Asymptote und Abszissen liegende Energiebetrag
die Verluste darstellt. Man erkennt, daß der Sender im -,wesentlichen nur im Bereich
dieser Abstimmung, die bei 20 ooo Hz liegt, genügend Energie strahlt, während er
beispielsweise bei r9 ooo und 21 ooo Hz nur sehr geringe Energie abgibt.
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Erfindungsgemäß wird die Trägerfrequenz, beispielsweise iooo Hz oberhalb
der Abstimmungsfrequenz, also zu 21 ooo Hz gewählt, wie bei 3 angedeutet. Wenn diese
Trägerfrequenz mit Sprachschwingungen moduliert wird, so entstehen zwei Seitenbänder,
die oberhalb und unterhalb dieser T räger frequent liegen. Für die Übertragung wird
im vorliegenden Falle nur das eine unterhalb 21 ooo Hz liegende Seitenband ausgenutzt,
und zwar fallen in den Empfindlichkeitsbereich der Resonanzkurve gerade diejenigen
Frequenzen, die durch Modulation der. Trägerfrequenz mit den hauptsächlich inBetracht
kommendenHörfrequenzen, nämlich etwa 5oo bis 1500 Hz, entstehen, so daß für diese
Frequenzen eine Übertragung mit großer
Energie und gutem Wirkungsgrad
gewährleistet ist. Die Trägerfrequenz selbst wird,, solange sie nicht moduliert
ist, nur eine sehr geringe Energie aussenden, da sie außerhalb' der Resonanzkurve
des Schwingers liegt: Auf der Empfangsseite wird ein auf die gleiche-Frequenz von
20 ooo Hz abgestimmter Schwinger benutzt, und die Frequenz von 21 ooo Hz wird, falls
es erforderlich ist, zu den aufgenommenen Frequenzen wieder hinzugefügt, um eine
Demodulation vornehmen zu können.
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In Abb. 2 ist der Fall gezeichnet, wo zwei Schwinger gleichzeitig
benutzt werden, deren Abstimmung beispielsweise bei 2o ooo und 22 000 Hz
liegt, während die Trägerfrequenz bei 21 000 Hz gewählt ist. Auf diese Weise
können beide Seitenbänder, die bei der Modulation der Trägerwelle entstehen, für
die Energieübertragung ausgenutzt werden. Die Trägerfrequenz selbst strahlt aber
nur geringeEnergie aus, solange sie unmoduliert ist.
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Als Schallsender werden zweckmäßig Schwinger benutzt, die magnetostriktiv
oder piezoelektrisch erregt werden. Diese Schwinger kann man wirtschaftlich mit
Resonanzkurven herstellen, deren Strahlungsdämpfung beispielsweise etwa zwischen
o,o5 und o,i5 liegt. Bei einer Dämpfung der Resonanzkurve von 0,05 ergibt
sich, wenn die Abstimmung des Schwingers bei 2o ooo Hz und die Trägerfrequenz etwa
iooo Hz oberhalb derselben liegt, für die unmodulierte Trägerwelle eine Strahlungsleistung,
die nur einige Prozent von derjenigen in der Resonanzlage beträgt. In diesem Falle
wird nach der Modulation ein Frequenzbereich, der etwa zwischen Soo und i 5oo Hz
liegt, mit gutem Wirkungsgrad übertragen. Würde man die Abstimmungsfrequenz der
Schwinger etwa zu ioo ooo Hz wählen, so würde sich bei einem gleichen Abstand der
Trägerfrequenz von der Resonanzfrequenz für die unmodulierte Trägerwelle eine nur
um wenige Prozent gegenüber der Abstimmungsfrequenz verminderte Eriergiestr ahlungergeben,
also ein vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit her unerwünschter Zustand, der
auch in Rücksicht auf die Geheimhaltung sich nachteilig auswirkt. In diesem Falle
kann man allerdings, um ein günstigeres Verhältnis zu erzielen, durch elektrische
Siebkreise von geringer Dämpfung, zum Beispiel einer Dämpfung, die mindestens@eine
Zehnerpotenz kleiner ist als die der Schwinger, die Trägerwelle aussieben. - Jedoch
bleibt der eingangs erwähnte Nachteil, daß die hohen Frequenzen im Wasser einer
größeren Absorption unterliegen als die niedrigeren und deshalb keine günstigen
Reichweiten zu erhalten sind, bestehen.