DE746532C

DE746532C - Device for determining the direction of sound sources using the high frequencies they contain

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Publication number: DE746532C
Application number: DEA84224D
Authority: DE
Priority date: 1937-09-17
Filing date: 1937-09-17
Publication date: 1944-12-23

Description

Einrichtung zur Richtungsbestimmung von Schallquellen mit Hilfe der in ihnen enthaltenen hohen Frequenzen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Richtungsbestinnnung von Schallquellen mit Hilfe der in ihnen enthaltenen hohen Frequenzen, bestehend aus einer Gruppenanordnung einer großen Anzahl von Empfängern mit elektrischem Kompensator und Siebmitteln zum Unterdrücken bestimmter Frequenzbereiche zwischen dem Kompensator und Anzeigegerät. Bei den gebräuchlichen Einrichtungen dieser Art liegen die Siebmittel hinter dem Kompensator, um mit einem allen Empfängern gemeinsamen Filter auszukommen. Es hat sich gezeigt, daß beim Betriebe derartiger Peilgeräte nach dem Einschalten des Filters häufig starke, die Pei lung beeinträchtigende Knackgeräusche hervorgerufen werden, wenn im Ko,mpensator die Gleitkontakte über die Kontaktbahnen der Verzögerungsketten hinweggleiten.Device for determining the direction of sound sources using the high frequencies contained in them The invention relates to a device for determining the direction of sound sources with the help of the high levels they contain Frequencies consisting of a group arrangement of a large number of receivers with electrical compensator and filter means for suppressing certain frequency ranges between the compensator and indicator. With the usual facilities of this type, the sieve means are located behind the compensator in order to deal with all of the receivers common filter get along. It has been shown that such After the filter has been switched on, direction finding devices are often strong, impairing the direction of the bearing Cracking noises are caused when the sliding contacts in the capacitor are over the contact paths of the delay chains slide away.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Knackgeräusche zu vermei!den. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung ton der folgenden Erkenntnis aus: Beim Schalten von Schwingungsenergie - beliebiger Frequenz entstehen Knackgeräusche, die bei einer richtig ausgeführten Schaltvorrichtung klein sind im Verhältnis zur geschalteten Energie. Nach dem Einschalten des Filters und dem dann notwendigen Verstärkungsgrad macht sich jedoch das Knicken gegenüber der stark verminderten Nutzenergie störend bemerkbar. Die starken, nach Einschalten des Filters auftretenden Knackgeräusche sind demnach darauf zurückzuführen, daß nach dem Einschalten des Filters im Kompensator nicht nur die vom Filter durchgelassenen und zum Peilen wirklich ausgenutzten Schallschwingungen, sondern unnützerweise stets die gesamte, von den Empfängern aufgenommene Schallenergie geschaltet wird. Ausgehend von dieser Erkenntnis sind gemäß der Erfindung zur Beseitigung der Knackgeräusche bei Betätigung des Kompensators außer den elektrischen Siebmitteln zwischen Kompensator und Anzeigegerät zusätzliche einfache Siebmittel in Gestalt von Kondensatoren oder Drosseln zwischen dem Kompensator und den einzelnen Empfängern eimt,eschaltet, durch die zum mindesten der energiemäßig überwi ewende Teil der zur Peilung nicht benutzten Freqnenzgebiete von dem Kompensator ferngehalten wird. The invention is based on the problem of these cracking noises avoid. In solving this problem, the invention is based on the following knowledge off: when switching vibration energy - any frequency, cracking noises occur, which are small in a properly executed switching device in relation to switched energy. After switching on the filter and the then necessary However, the degree of reinforcement makes the buckling compared to the greatly diminished Useful energy noticeable disturbing. The strong ones that occur after switching on the filter Clicking noises are therefore due to the fact that after switching on the Filters in the compensator are not only those that are let through by the filter and are actually used for direction finding exploited sound vibrations, but uselessly always the entire, from the Receivers absorbed sound energy is switched. Based on this knowledge are according to the invention to eliminate the cracking noises when operating the compensator in addition to the electrical screen means between the compensator and the display device, additional ones simple screening means in the form of capacitors or chokes between the compensator and the individual receivers eimt, eschwitched, through the at least the most energy-wise part of the frequency areas not used for direction finding is kept away from the compensator.

Es war zwar schon bekannt, daß man die Siebung der jeweils zur Peilung nicht benutzten Frequenzen auch zwischen den einzelnen Empfängern und dem Kompensator vornehmen kann. Von dieser Möglichkeit ist jedoch praktisch niemals Gebrauch gemacht worden, da man die Vorteile der Siebung vor dem Kompensator nicht erkannt hatte und die Siebung hinter dem Kompensator mit sehr viel geringerem Aufwand an technischen Älit teln durchführbar ist. Es würde natürlich die Herstellung der Anlage außerordentlich erschweren und verteuern, wenn man bei einer größeren Anzahl Empfänger, wie sie regelmäßig bei derartigen Anlagen benutzt wird in die einzelnen Empfängedeitungen Siebmittel einschalten wollte, wie sie zum Erzielen der gewünschten Richtcharakteristik erforderlich sind. Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß es zur Unterdrüdung der Knackgeräusche genügt wenn nur der energiemäßig überwiegende Teil der zur Peilung nicht benutzten Frequenzen vom Kompensafor ferngehalten wird. Hierzu sind aber lediglich ganz einfache Siebmittel in Gestalt von Kondensatoren oder Drosseln erforderlich, und es kann die weitere zur Erzielung. der gewünschten Richtcharakteristik erforderliche Aussiebung durch ein einziges hinter den Kompensator geschaltetes Filter erfolgen. It was already known that the sieving of each for bearing unused frequencies also between the individual receivers and the compensator can make. However, this option is practically never used because the advantages of sieving in front of the compensator were not recognized and the sieving behind the compensator with much less technical effort Älit teln is feasible. It would of course make the production of the plant extraordinary make it more difficult and expensive if you have a large number of recipients like them is used regularly in such systems in the individual receiving lines Wanted to switch on Siebmittel as they were to achieve the desired directional characteristic required are. The invention makes use of the fact that it is used for suppression the cracking noises are sufficient if only the energy-wise predominant part of the bearing is sufficient unused frequencies are kept away from the Kompensafor. For this purpose, however, are only very simple screening means in the form of capacitors or chokes required, and it can help achieve the further. the desired directional characteristic required Screening is carried out by a single filter connected behind the compensator.

Die Einrichtung erhält auf diese Weise eine zugleich zweckmäßige und einfache Bauart. In this way, the facility is also functional and simple design.

Vorteilhaft können, wenn die hiiter dem Kompensator liegenden Siebmittel stufenweise veränderbar sind, die in den einzelnen Empfängerleitungen liegenden Siebmittel den Schaltstufen der hinter dem Kompensator liegenden Siebmittel angepaßt und mit diesen zusammen ein- und ausschaltbar sein. Eine wirksame Beseitigung der störenden Knackgeräusche läßt sich auch schon durch fest eingebaute Kondensatoren bzm. Drosseln erzielen, die so bemessen sind, daß sie lediglich diejenigen Frequenzgebiete aussieben, die zwar von den Empfängern noch aufgenommen werden, für die Peilung aber nicht mehr benutzt werden sollen. It can be advantageous if the sieve means lying behind the compensator are gradually changeable, the lying in the individual receiver lines Sieve means adapted to the switching stages of the sieve means located behind the compensator and can be switched on and off together with them. An effective elimination of the annoying crackling noises can also be avoided by permanently installed capacitors bzm. Achieve chokes that are dimensioned so that they only those frequency ranges sieve out, which are still recorded by the receivers, for the bearing but should no longer be used.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel durch ein Schaltbild veranschaulicht. In the drawing, the invention is in one embodiment illustrated by a circuit diagram.

Das dargestellte Peilgerät dient zur lAestimmung der Richtung von Schallquellen, und zwar vornehmlich solcher Scballquel len. die ein Gemisch verschiedener Frequenzen aussenden, das sich als Geräusch, z. B. beim Fahren von fremden anzupeilenden Schiffen oder von anlaufenden Torpedos, bemerkbar macht. Es ist je eine Gruppe von sechs Empfingern I bis 6 auf der Steuerbord- und auf der Backbordseite fest am Schiff angebracht. The direction finder shown is used to determine the direction of Sources of sound, especially those sources of ball sources. which is a mixture of different Emit frequencies that appear as noise, e.g. B. to be targeted when driving strangers Ships or approaching torpedoes. It's a group of six receivers I to 6 on the starboard and port side fixed to the ship appropriate.

Als Empfänger werden solche Schwinger benutzt. die über einen möglichst großen Frequenzbereich mit guter, etwa gleicher Empfindlichkeit ansprechen. Es besteht dann die WIöglichkeit, die Geräusche naturgetreu mit all ihren verschiedenen Frequenzkomponenten aufzufangen. Die von der Schallquelle ausgehenden Schallwellen treffen je nach ihrer Richtung zur Empfängergruppe gleichzeitig oder mit einem den Abständen der EmpfXinger voneinander und dem Einfallsrvinkel der Schallwellen entsprechenden Zeitunterschied an den einzelnen Empfängern eine, so daß die Empfänger mit einer gewissen gegenseitigen Zeitverzögerung erregt werden, die sich in je nach der Höhe der Frequenz mehr oder veniger großen Phasenverschiebungen bemerkbar macht. Diese der Schallrichtung entsprechende Zeitverzögerung wird in bekannter Weise zur Richtungsbestimmung benutzt, indem die von den einzelnen Empfängern aufgenommenen Schall schwingungen in einem elektrisehen Kompensator durch Einschalten von den Zeitdifferenzen entsprechenden elektrischen Verzögerungsgliedern / wieder zum gleichphasigen Schwingen und sodann zur Überlagerung gebracht werden. Die richtige Einstellung des Kompensators ergibt ein Niaximum der Schallwirkung, das in einem Telephon 8 abgehört werden kann.Such transducers are used as receivers. the one possible address a large frequency range with good, approximately the same sensitivity. It exists then the possibility of realizing the sounds with all their different frequency components to catch. The sound waves emanating from the sound source hit depending on their Direction to the recipient group at the same time or with one of the distances of the recipient from each other and the time difference corresponding to the angle of incidence of the sound waves to the individual recipients one, so that the recipient with a certain mutual Time delay to be excited, which varies in depending on the level of frequency more or less large phase shifts are noticeable. This corresponds to the direction of sound Time delay is used in a known manner to determine the direction by the Sound vibrations picked up by the individual receivers in an electric vision Compensator by switching on the electrical corresponding to the time differences Delay elements / again for in-phase oscillation and then for superposition to be brought. The correct setting of the compensator results in a niaximum of the Sound effect that can be heard in a telephone 8.

Der Kompensator besteht aus voneinander isolierten Kontaktstreifen 15, die zusammen eine ebene Kontaktbahn bilden und deren jeder mit je einem der Verzögerungsglieder 7 des Rompensators verbunden ist. IDie Verbindungsleitungen der Empfänger 1 bis 6 t>eider Gruppen sind über einen Kollektor i6 einpolig zu Kontaktbürsten geführt, die an einer über der Kontaktbahll drehbaren, strichpunktiert dargestellten Isreisscheibe 17 in einer der Empfangsordnung entsprechenden Verteilung befestigt und auf der Zeichnung durch Kreuze angedeutet sind. Der Deutlichkeit halber sind nur die beiden Kollektorringe und Anschlußverbindungen der Empfänger 1 beider Gruppen dargestellt. The compensator consists of contact strips that are isolated from one another 15, which together form a flat contact track and each with one of the Delay elements 7 of the compensator is connected. The connecting lines the receivers 1 to 6 t> both groups are unipolar via a collector i6 Contact brushes out, dash-dotted lines on a rotatable over the Kontaktbahll Isreisscheibe 17 shown in a distribution corresponding to the order of reception are attached and indicated on the drawing by crosses. For the sake of clarity are only the two collector rings and connection connections of the receiver 1 of both Groups shown.

Bevor die noch in einem Verstärker g auf die richtige Lautstärke gebrachte Schallenergie dem Telephon (S zugeführt wird, wird sie zunächst noch über ein elektrisches Stufenfilter I0 geleitet. Durch dieses aus Kondensatoren und Spulen zusammengesetzte Teil ter werden die tiefen Frequenzen bis zu einer bestimmten, durch den N-ahlschaler 11, I t des Filters stufenweise veränderlichen oberen Grenze abgesperrt, so daß nur nach diejenigen Schallschwingungen im Telephon zur Wirkung kommen, deren Frequenzen oberhalb der jeweils von der Filtereinstellung bestimmten Grenze liegen. Before the still in an amplifier g to the correct volume The sound energy brought to the telephone (S is fed to it at first via an electrical stage filter I0 passed. Through this from capacitors and coils composite parts are the low frequencies up to a certain, stepwise variable upper limit by the N-ahlschaler 11, I t of the filter locked so that only after those sound vibrations in the telephone to effect come whose frequencies are above those determined by the filter setting Limit lie.

Die Schaltung des Filters erfolgt, wie üblich, in der Weise, daß zunächst ohne Filter beobachtet wird. Die hierbei erzielbare Peilscharfe ist zwar nur gering, dafür besteht aber der Vorteil, daß praktisch die gesamte von den Empfängern aufgenommene S'challenergie ausgenutzt wird, so daß die höchste Lautstärke bzw. größte Reichweite zu erzielen ist. Nachdem ohne Filter die Schallquelle und ihre Richtung grob festgestellt ist, wird die erste Stufe des Filters 10 eingeschaltet, welche die tiefen Frequenzen bis etwa Iooo Hz aussiebt bzw. absperrt und- dadurch eine Peilung nur mit dem oberen Frequenzbereich ermöglicht. Da die Peilgenauigkeit einer gegebenen Empfängergruppe um so größer ist, je höher die Frequenz des zur Peilung benutzten Frequenzgebietes liegt, läßt sich also mit eingeschaltetem Filter nunmehr nach roher Feststellung. eine genauere Richtungsbestimmung durchführen. Damit nun aber nach dem Einschalten des Filters die Lautstärke durch die Ausscheidung der tiefen Frequenzen nicht abfällt, ist der Verstärker 9 so mit dem Wahlschalter II, 11 des Filters verbunden, daß beim Einschalten des Filters der Verstärkungsgrad zwangsläufig erhöht wird, und zwar derart, daß das Spektrum der hohen Frequenzen angenähert in derselben Lautstärke gehört wird wie zuvor das des Gesamtgeräusches. The filter is switched, as usual, in such a way that is initially observed without a filter. The range of bearings that can be achieved here is only slightly, but there is the advantage that practically all of the recipients recorded sound energy is used, so that the highest volume resp. the greatest range can be achieved. After without a filter the sound source and its Direction is roughly determined, the first stage of the filter 10 is switched on, which sifts out or blocks the low frequencies up to about Iooo Hz and thereby a bearing is only possible with the upper frequency range. Because the bearing accuracy of a given group of recipients, the higher the frequency of the zur Bearing used frequency range is, so it can be with the filter switched on now after a rough statement. carry out a more precise determination of the direction. But now after switching on the filter, the volume due to the excretion the low frequencies does not drop, the amplifier 9 is so with the selector switch II, 11 of the filter connected that when the filter is turned on, the gain is inevitably increased, in such a way that the spectrum of high frequencies is heard at approximately the same volume as that of the overall noise before.

Durch Einschalten weiterer Filterstufen können sodann schrittweise die Frequenzen bis zu den Grenzen 2000 und 4000 Hz ausgesiebt und dadurch eine noch höhere Peilschärfe erzielt werden. Durch die Aussiebung der tiefen Frequenzen wird nicht nur eine höhere Peilschärfe, sondern gleichzeitig auch eine Unterdrückung der Haul)tstörfrequenzenerzielt, die normalerweise im unteren Frequenzbereich liegen. By switching on further filter stages, you can then gradually the frequencies up to the limits 2000 and 4000 Hz sifted out and thereby one more higher bearing sharpness can be achieved. By filtering out the low frequencies not only a higher bearing sharpness, but also a suppression at the same time that achieves high interference frequencies that are normally in the lower frequency range.

Zusätzlich zu dem hinter dem Kompensator liegenden Stufenfilter sind erfindungsgemäß in die einzelnen Empfängerleitungen noch besondere Siebmittel eingeschaltet, um die je nach der Filterstellung zur Peilung nicht benutzten tieferen Frequenzen nach Möglichkeit schon vor dem Kompensator auszusieben oder doch s,o stark zu schwächen, daß sie nur noch einen kleinen Teil der über den Kompensator zum Stufenfil-ter I0 gehenden Schallenergie ausmachen. Im dargestellten Beispiel werden als zusätzliche Siebmittel je zwei hintereinandergeschaltete Kondensatoren I2, I3 benutzt, deren einer dauernd in der Empfängerleitung liegt und so bemessen ist, daß er die tiefsten für die Peilung überhaupt nicht benutzten Frequenzen unterdrückt, während der zweite Kondensator bei der Grobpeilung, also bei nicht eingeschaltetem Filter, durch einen mit dem Wahlschalter des Filters verbundenen Schalter 14 kurzgeschlossen und durch Öffnen dieses Schalters mit der ersten Filterstüfe eingeschaltet wird. Dieser zweite Kondensator ist dazu bestimmt, alle Frequenzen grob auszusieben bzw. abzuschwächen, die unterhalb IoooHz liegen. Entsprechende weitere Kondensatoren könnten natürlich auch noch für die beiden höheren Filterstufen 2000 und 4000 Hz vorgesehen sein. Durch dieses Fernhalten der nicht benutzten Schallenergie tiefer Frequenz vom Kompensator wird vermieden, daß durch Schalten dieser Energie im Kompensator Knackgeräusche hervorgerufen werden können, die im benutzten hohen Frequenzbereich liegen und sich durch die höhere Verstärkung, die nach dem Einschalten des Filters notwendig ist, störend bemerkbar machen. In addition to the step filter behind the compensator according to the invention in the individual receiver lines still special sieve means switched on, the lower frequencies not used for direction finding, depending on the filter setting if possible to filter out before the compensator or at least to weaken s, o strongly, that they only have a small part of the over the compensator to the step filter I0 outgoing sound energy. In the example shown, additional Sieve means used two series-connected capacitors I2, I3, whose one is permanently in the receiver line and is dimensioned so that it is the lowest frequencies not used at all for direction finding are suppressed, while the second Capacitor for the coarse bearing, i.e. when the filter is not switched on, by a connected to the selector switch of the filter switch 14 short-circuited and through Opening this switch is switched on with the first filter stage. This second one Capacitor is designed to roughly screen out or attenuate all frequencies, which are below IoooHz. Appropriate additional capacitors could of course also be provided for the two higher filter stages 2000 and 4000 Hz. By keeping the unused low frequency sound energy away from the compensator This prevents cracking noises by switching this energy in the compensator can be caused, which are in the high frequency range used and themselves due to the higher gain that is necessary after switching on the filter, make disturbing noticeable.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. Insbesondere läßt die Erfindung auch dann eine Anwendung zu, wenn nicht Geräuschquellen, sondern Signale angepeilt werden sollen. Die Aussiebung bestimmter Frequenzbereiche kann je nach Art der anzupeilenden Schallquelle und des etwa vorhandenen Störschalles anders gewählt werden. Auch kann die Aussiebung hoher, selbst nicht hörbarer Frequenzen, die über den zur Richtungsbestimmung dienenden hohen Frequenzen liegen, vor dem Rompensator erforderlich sein, wenngleich nur Hörfrequenzen zur Peilung ausgenutzt werden, denn derartige hohe Frequenzen können, wenn sie mit genügender Intensität auftreten und von den Empfängern aufgenommen werden, beim Schalten im Sompensator störendes Knacken im tiefer liegenden hörbaren Frequenzgebiet hervorrufen. Die Aussiebung dieser Überhörfrequenzen braucht natürlich nur vor dem Kompensator zu erfolgen. Sie ist vorteilhaft auch anzuwenden, wenn ein Filter zum schrittweisen Steigern der Peilgenauigkeit überhaupt nicht vorgesehen ist. Of course, the invention is not restricted to the example shown. In particular, the invention can also be used if there are no sources of noise, but signals should be targeted. The screening of certain frequency ranges can depend on the type of sound source to be targeted and any interfering noise that may be present be chosen differently. The screening out of high, even inaudible frequencies, which are above the high frequencies used to determine the direction, in front of the Rompensator may be required, although only audio frequencies are used for direction finding because such high frequencies can, if they are with sufficient intensity occur and are picked up by the receivers when switching in the compensator cause annoying crackling in the lower-lying audible frequency range. The screening Of course, these overhearing frequencies only need to occur in front of the compensator. It is also beneficial to use when using a filter to gradually increase the DF accuracy is not provided at all.

Beim Anpeilen von Geräuschquellen ist die Aussiebung der tiefen Frequenzen besonders wichtig, weil diese in den meisten Geräuschen mit besonderer Intensität auftreten und beim Umschalten im Kompensator die stärksten Knackgeräusche im hohen Frequenzgebiet verursachen. Es ist deshalb, wichtig, daß wenigstens die der ersten Filterstufe entsprechenden tiefen Frequenzen ausgesiebt werden, während man auf die Aussiebung der den höheren Filterstufen entsprechenden Frequenzbereiche häufig, wie auch beim Ausführungsbeispiel vorgesehen. verzichten kann. When locating noise sources, the low frequencies are screened out especially important because this has a special intensity in most noises occur and when switching in the compensator the strongest cracking noises in the high Cause frequency area. It is therefore important that at least the first Filter stage appropriate low frequencies are filtered out while looking at the screening of the frequency ranges corresponding to the higher filter levels frequently, as provided in the exemplary embodiment. can do without.

Die Peilung kann statt nach der Maximalmethode auch auf eine der anderen gebräuchlichen akustischen Methoden, insbesondere nach der Minimum- oder der Binauraimethode erfolgen. Schließlich könnte statt der akustischen Peilung auch eine mechanische oder optische Vorrichtung zur Anzeige der Schallrichtung verwendet werden. Instead of using the maximum method, the bearing can also be taken on one of the other common acoustic methods, in particular after Minimum or the binaura method. Finally, instead of the acoustic one Bearing also a mechanical or optical device to indicate the direction of sound be used.

Die Einrichtung nach. der Erfindung eignet sich besonders für Unterwasserschall. The establishment after. the invention is particularly suitable for underwater sound.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for determining the direction of sound sources with the help of the high frequencies contained in them, consisting of a group arrangement a large number of receivers with electrical compensator and filter means to suppress certain frequency ranges between the compensator and display device, characterized in that to eliminate the cracking noises when actuating the Compensator apart from the electrical sieve means (io) between the compensator and the display device additional simple screening means in the form of capacitors or chokes (12, 13) are switched on between the compensator and the individual receivers at least the predominantly energy-wise part of those not used for direction finding Frequency ranges is kept away from the compensator.

2. Device according to claim I, wherein the behind the compensator lying sieve means are gradually changeable, characterized in that the Sieve means located in the individual receiver lines correspond to the switching stages of the downstream adapted to the compensator lying sieve means and can be switched on and off together with these are.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the capacitors or chokes are firmly connected to the supply lines to the compensator are. ~~~~~~~~~~~~ To differentiate the subject of the application from the state of the art the following publications have been considered in the granting procedure: German patents .... No. 485 348, 486 o67; British patent specification ....... 3 I6 863