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Akustches Peilgerät DieErfindungbezieht sich auf ein akustisches Peilgerät.
Bei solchen Geräten sind sowohl die subjektive Beobachtung, d. h. die Verwendung
des Ohres als Anzeigeinstrument, wie auch die objektive Anzeige etwa durch ein Galvanometer
gebräuchlich. Für die Peilung von Geräuschen bestimmter Art, z. B. Flugzeuggeräuschen
oder Schiffsgeräuschen, wird man das subjektive Horchverfahren vorziehen; denn nur
das Ohr ist imstande, aus einem großen Störpegel auf weitere Entfernung noch ein
bestimmtes Geräusch herauszuhören. Bei objektiver Anzeige würde das zu peilende
Geräusch leicht durch die immer vorhandenen Störgeräusche verdeckt werden, wodurch
sich Fehlpeilungen ergeben. Andererseits ist man beim subjektiven Hören von der
Schulung und Eignung des Beobachters abhängig, die äußeren Umstände, Witoterungsverhältnisse,
Kälte u. dgl., können dieBeobachtungsgenauigkeit stark herabsetzen.
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Die Erfindung benutzt die gleichzeitige subjektive und objektive
Anzeige und verbindet somit die Vorteile beider Verfahren, und zwar ist Gegenstand
der Erfindung ein akustisches Peilgerät mit zwei eine Basis bildenden Schallempfängern
oder Schallempfängergruppen, deren Richtcharakteristiken gegen die Mittenrichtung
spiegelbildlich versetzt sind. Es sind zwar bereits Peilgeräte xTorgeschlagen worden,
die gleichzeitig zur subjektiven und objektiven Beobachtung geeignet sind. Demgegenüber
besteht das wesentliche Kennzeichen der Erfindung darin, daß zur gleichzeitigen
objektiven Beobadftung ein auf die beiden Empfänger oder Empfängergruppen wechselweise
umschaltbares selektives Instrument dient.
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Ist das selektive Instrument, vorzugsweise ein Vibrationsgalvanometer,
auf die Schwingungszahl der zu peilenden Schallquelle abgestimmt, so wird infolge
der Resonanzwirkung die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Anzeige beträchtlich
gesteigert. Das erfindungsgemäße Gerät ist hiernach besonders geeignet bei der Peilung
von Schallquellen,. deren Spektrum aus einer einzigen Frequenz (bzw. einer einzigen
Grundfrequenz und ihren
Harmonischen) oder aus einemschmalenFrequenzband
besteht, z. B. in der Unterwasserschalltelegrafie zum Auffinden des Signaltones.
Die Verwendung eines Vibrationsgalvanometers ist noch aus dem Grunde besonders vorteilhaft,
weil es nicht unbedingt einen Sinusstrom erfordert. Das Vibrationsgalvanometer hat
nämlich die Eigenschaft, pei Abstimmung auf die erregende GrundsdiWin gung nur sehr
wenig empfindlich für die Oberschwingungen zu sein.
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Man peilt stets objektiv und subjektiv zugleich, um mit dem Ohr zu
kontrollieren, daß wirklich das gesuchte Geräusch eingepeilt worden ist. Die subjektive
Peilung kann rein akustisch oder auch elektroakustisch erfolgen. Das selektive Instrument
wird auf eine Frequenz eingestellt, die man in dem anzupeilenden Geräusch erwartet
oder aus dem empfangenen Schall auswählt. Zweckmäßig wird dabei eine höhere Frequenz
benutzt, da für derartige Frequenzen die Richtwirkung schärfer ist.
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Durch das wechselnde Umschalten des selektiven Instrumentes von einem
Empfänger auf den anderen erhält man am Anzeigeinstrument eine Differenz, solange
die Schallquelle nicht in der Mittenebene zwischen den beiden Schalltrichtern liegt.
Die Basis wird so lange gedreht, bis die Differenz verschwindet und damit genau
die Mittelsenkrechte zur Basis anzeigt, wodurch die Richtung der Schallquelle einwandfrei
bestimmt ist.
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Die Peilgenauigkeit hierbei hängt im wesentlichen von der Richtschärfe
ab. Genügend große Empfänger geben bei hohen Frequenzen schon sehr scharfe Richtwirkungen.
Für die objektive Differenzanzeige werden die steilen Seitenäste der symmetrisch
versetzten Richtcharakteristik ausgenutzt, wodurch in Verbindung mit der Differenzanzeige
eine schärfere Peilung als mit denselben unversetzten Empfängern in gewöhnlicher,
bisher bekannter Schaltung möglich ist. Die neue Einrichtung kann nicht nur zum
Auffinden von Signaltönen Anwendung finden, sondern auch zur Peilung von Geräuschen,
die ein breites Frequenzband umfassen (z. B. Flugzeuggeräusche, Schii3sgeräusche).
Sollte hierbei die betreffende Frequenz oder das schmale Frequenzband, auf das das
selektive Instrument eingestellt ist, einmal ausfallen, so wird eine andere, möglichst
in der Nähe der ersten liegende Frequenz bei dem einstellbaren sclelitiven Instrument
ausgewählt, mit der wieder der Differenzeffel;t beobachtet wird. Bei Schallintensitätsänderungen,
die durchWindstöße hervorgerufen werden, schwanken die beiden die Anzeigedifferenz
hervorrufenden Werte gleichmäßig, während die Differenz aber erhalten bleibt. Voraussetzung
ist, daß die Umschaltzeit kleiner als die Dauer der Schallschwankungen ist, was
ohne weiteres zu erreichen ist. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung werden daher
immer zuverlässige und sichere Anzeigewerte erzielt.
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Die erfindungsgemäße objektive Anzeige kann gegebenenfalls für die
Feineinstellung dieiien, während mit dem subjektiven Verfafir'en- die Schallquelle
zunächst roh eingepeilt und die Störgeräusche von den Nutzgeräuschen (das sinddie
zupeilenden Geräusche) unterschieden werden. Die Brauchbarkeit für diesen Zweck
ist noch dadurch erhöht, daß das als selektive Instrument dienende Vibrationsgalvanometer
leicht abstimmbar ist.
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Seine Eigenfrequenz wird daher zweckmäßig in weiten Grenzen veränderlich
gemacht, so daß seine maximale Empfindlichkeit in Abhängigkeit von dem Schallfrequenzspektrum
der zu peilenden Geräuschquelle in das Gebiet größter Schallenergie gelegt werden
kann.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt Fig. I eine
grundsätzliche Anordnung des binauralen Horchens mit objektiver Anzeige durch ein
Vibrationsgalvanometer, Fig. 2 die neue Anordnung für wechselweises Umschalten,
Fig. 3 eine Einzelheit zu dem Gerät nach Fig. 2.
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Bei dem zur Erläuterung dienenden Ausführungsbeispiel nach Fig. I
erfolgt die sub jektive. Peilung nach dem Binauralverfahrell mittels zwei auf einer
Drehbasis 10tL angeordneten Trichtern II und I2. Angenommen, es sei nur in einer
Ebene zu peilen und die Zeichenebene sei die Peilebene. Von den Trichterenden führen
Hörschläuche 14 und I5 zu den Ohrmuscheln I6 und I7 des Be-Beobachters Beim Peilen
verdreht der Beobachter die Drehbasis 10,' so lange um die zur Zeichenebene senkrechte
Drehachse I3, bis der Mitteneindruck entsteht (Binaurakvirkung). Für die objektive
Anzeige sind innerhalb der Trichter die Mikrofone I8 und 19 vorgesehen, die in Hintereinanderschaltung
über den Verstärker 20 auf ein Vibrationsgalvanometer 5 bis 10 einwirken.
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Das Vibrationsgalvanometer besteht in seinen Hauptteilen aus dem
permanenten oder Gleichstrommagneten 5, der gespannten Saite ( und dem Eisenstäbchen
7. Die \irkungsweise dieses Instrumentes beruht bekanntlich auf Torsionsschwingungen
der gespannten Saite. Das Stäbchen 7 ist auf der Saite bcfestigt und befindet sich
im Felde des Magneten 5. Der aus dem Verstärker 3 kommende Wechselstrom - wird so
um den hat gneten 5 geführt, daß seine elektromagnetische
Wirkung
das durch die permanenten Pole magnetisierte Eisenstäbchen 7. zum Vibrieren bringt,
wenn man sich im Resonanzgebiete befindet. Diese Vibrationen bewirken die Torsionsschwingungen
der Saite.
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Durch Änderung der Vormagnetisierung, Beeinflussung der Saitenspannung
oder ähnliche Mittel kann das Resonanzgebiet in bequemer Weise verlegt werden, z.
B. das ganze Gebiet des in Frage kommenden Frequenzspektrums durchwandern.
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Die Erregung des Instrumentes wird durch Spiegelablesung sichtbar
gemacht. Zu diesem Zwecke ist auf der Saite 6 ein Spiegelchen 8 befestigt, auf das
von einer Lichtquelle g ein l,ichtstrahl fällt, der gegen den Schirm 10 (z. B. eine
Mattscheibe) reflektiert wird.
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Gerät die Saite in Schwingungen, so macht sich das durch eine Spreizung
dieses Lichtzeigers bemerkbar, indem der reflektierte Strahl alsdann etwa zwischen
den gestrichelt gezeichneten Linien vibriert.
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Die gezeichnete Form des Vibrationsgalvanometers soll als Schema
nur die grundsätzliche Wirkungsweise kennzeichnen. Es sind hinsichtlich Ausbildung
des Magnetfeldes, Veränderung der Resonanziage usw. verschiedene Bauarten dieses
Instrumentes bekanntgeworden, die sich alle mehr oder weniger gut für die Zwecke
der Erfindung eignen.
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Die Spreizung des Lichtzeigers kann durch eine Fotozelle zur Anzeige
gebracht werden.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform dieses Gedankens besteht darin, daß
die Fotozelle 21 fest auf die Ruhelage des Lichtzeigers eing stellt ist, wodurch
die Fotozelle durch das durch die Blende 22 einfallende Licht maximal erregt wird.
Beim Ansprechen des Galvanometers auf einfallende Schallwellen geht die Erregung
der Fotozelle mit wachsender Spreizung des Lichtzeigers zurück, da ja jetzt nur
ein Teil des von der Lichtquelle g kommenden Lichtes von der Blende durchgelassen
wird. Durch Steuerung der Gittervorspannung einer Elektronenröhre 23 mittels der
Fotozelle kann leicht erreicht werden, daß der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes
24 umgekehrt verhältnisgleich der Spreizung des Lichtzeigers wird.
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Die Anwendung einer Fotozelle hat den Vorteil, daß, vor allem bei
hellem Tage, die Beobachtung der Ausschläge des Anzeigeinstrumentes 24 bequemer
und verläßlicher ist als die Beobachtung des Lichtzeigers.
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An Hand der Fig. 2 sei das erfindungsgemäße Gerät beschrieben. Die
Trichteröffnungen 11, 12 sind mit schrägen Querflächen 25 versehen, die bezüglich
der Geräteachse spiegelbildlich gleich angeordnet sind. Die Mikrofone I8, 19 für
idie objektive Anzeige führen über einen Wechselschalter 26 zu dem Verstärker 20,
an den sich das erwähnte Vibrationsgalvanometer, gegebenenfalls in Verbindung mit
einer Fotozelle, anschließt.
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Je nach der Stellung des Wechselschalters 26 wirkt entweder das Mikrofon
I8 oder das Mikrofon 19 auf das Galvanometer. Während des Betriebes wird der Wechselschalter
ständig- umgeschaltet, entweder von Hand durch den Beobachter oder selbsttätig.
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Befindet sich die zu peilende Schallquelle in der Mittenebene, so
werden beide Schalltrichter und beide Mikrofone gleich stark erregt, und die Spreizung
des Lichtzeigers bleibt utiverändert, einerlei ob das Mikrofon I8 oder 19 eingeschaltet
ist. Die Anzeige auf dem Auffangschirm für den vom Galvanometerspiegel reflektierten
Lichtstrahl hat etwa das Aussehen nach Fig. 3 a. Der von dem vibrierenden Lichtstrahl
aufgehellte Teil der Auffangskala ist mit 27 bezeichnet, seine Breite betrage a.
Wandert die Schallquelle nach links, so wird wegen der Querflächen 25 der Schalltrichter
II mehr, der Trichter 12 dagegen weniger erregt. Infolgedessen ruft das Mikrofon
18 eine größere Spreizung des Lichtzeigers, etwa von der Breite b, hervor während
das Mikrofon 19 eine geringere Spreizung, etwa von der Breite c, bewirkt (vgl. Fig.
3 b). Da die Mikrofone ständig umgeschaltet werden, ist der resultierende Eindruck
auf das Auge des Beobachters etwa so, wie es die Fig. 3 b zeigt. Nur das Stück 28
der Skala von der Breite c wird in beiden Schaltstellungen des Wechselschalters
26 durch den vibrierenden Lichtzeiger erhellt.
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Die Teile 29 und 30 werden dagegen nur durch die von dem Mikrofons
hervorgerufenen Vibrationen des Lichtzeigers erhellt, empfangen also nur halb soviel
Licht wie der Teil 28 und heben sich deutlich von dem letzteren ab. Befindet sich
die Schallquelle rechts. so ergeben sich dieselben Verhältnisse. Beim Peilen werden
die Trichter so lange gedreht, bis die Auffangskala gleichmäßig erhellt ist wie
es etwa Fig. 3 a zeigt.
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Die Ausbildung der Trichter mit den Ouerflächen 25 hat den weiteren
Vorteil, daß die Wirksamkeit des Binauraleindruckes dadurch erhöht wird. Wandert
nämlich die Schallquelle aus der Mittenstellung heraus, so nimmt die Lautstärke
in dem einen Ohr zu, in dem anderen dagegen ab, wodurch der Binauraleindruck markanter
und eine viel genauere Mitteneinstellung ermöglicht wird. Statt der Trichter kann
man natürlich auch zwei Gruppen von Mikrofonempfängern verwenden und deren Richtcharakteristiken
in bekannter Weise so ausbilden, daß sie gegen die Mittenrichtung spiegelbildlich
versetzt sind. Eine solche Anordnung ist bereits bekanntgeworden
fürHorchverfahren,
die nach der kombinierten Maximal-Binaural- oder Minimal-Binaural-Methode verfahren.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die schiefliegenden, spiegelbildlichen Richtcharakteristiken
der Schalltrichter bzw. der Empfängergruppen jedoch angewandt worden, um bei dem
wechselweisen Schalten der Mikrofone i8 und 19 auf das Vibrationsgalvanometer unterschiedliche
Wirkungen zu erzielen, sobald sich die Schallquelle außer Mitte befindet.
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Es empfiehlt sich, die Querflächen 25 verstellbar zu machen, um die
für die jeweils vorliegenden Verhältnisse günstigste Einstellung vornehmen zu können.
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Die Erfindung ist natürlich auch anwendbar, wenn die Schallquelle
nach mehreren Koordinaten eingepeilt werden soll. Sieht man dabei für jede Koordinate
eine besondere Empfänger- oder Trichteranordnung vor, so wird man auch für jede
Koordinate ein besonderes Vibrationsgalvanometer verwenden.