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Vorrichtung zum gerichteten Senden bzw. Empfangen von Schallwellen
Zum gerichteten Senden und Empfangen von Schallwellen ist es bekannt, entweder Strahleranordnungen,
deren Strahl- bzw. Empfangsfläche in die gewünschte Wellenfront einzustellen ist,
oder eine Gruppe von Strahlern zu benutzen, deren gegenseitige Phasenbeziehung entsprechend
der gewünschten Strahlrichtung durch Einschalten elektrischer Verzögerungsleitungen
veränderbar ist. Die elektrische hat gegenüber der mechanischen Einstellung der
Strahlrichtung den Vorteil, daß die Strahleranordnung selbst fest, z. B. in die
Bordwand eines Schiffes, eingebaut und trotzdem eine Einstellung der Strahlrichtung
vorgenommen werden kann. Andererseits führt jedoch dieses Verfahren zu einer verwickelten
und teuren Bauart und kann nur mit einer Strahlergruppe, nicht aber mit einer kontinuierlichen
Strahlfläche durchgeführt werden. Ferner ist dieses Verfahren bisher praktisch nur
für den gerichteten Empfang, nicht aber zum gerichteten .Senden zu gebrauchen, weil
die elektrischen Verzögerungsketten keine hohe Belastung zulassen. Beim gerichteten
Senden war man deshalb bisher auf das mechanische Drehen der Strahleranordnung angewiesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sende- bzw. Empfangseinrichtung
für Schallwellen
zu schaffen; die bei kontinuierlicher Strahlfläche
ohne Schwenken der Strahleranordnung verschiedene Strahl- bzw. Empfangsrichtungen-einzustellen
gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das an sich 'für die Frequenzanalyse
_ von Geräuschen bekannte Plattenspektroskop -verwendet, bei dem die Wellenenergie
von zwei planparallelen Platten aufgefangen wird, von denen die eine total reflektiert,
während die andere zum Teil reflektiert und zum Teil durchläßt. Eine derartige Anordnung
läßt sich mit Vorteil sowohl für das gerichtete Senden als auch für das gerichtete
Empfangen von Schallwellen verwenden, da sie für bestimmte Frequenzen bevorzugte
Sende- bzw. Empfangsrichtungen aufweist und die Strahlrichtung sich durch einfache
Veränderung des Plattenabstandes einstellen läßt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einemAusführungsbeispiel veranschaulicht.
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Die dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei planparallelen
Platten a und b. Der Abstand d der beiden Platten voneinander läßt sich durch Verschiebung
der Platte b verändern. Zu diesem Zweck ist die Platte b in Leitschienen c, f geführt
und mit einer Verstellspindel g mit Handrad h verbunden. Die Platte a ist als Membran
eines Gehäuses i ausgebildet. An einem Ende des durch die Platten a und b gebildeten
Zwischenraumes k befindet- sich ein im wesentlichen angerichteter Sender oder Empfänger
m. Das Gehäuse i kann z. B. in die Bordwand p eines Schiffes eingebaut sein,
derart, daß. die Membran a mit der Bordwand p bündig liegt. Für Unterwasserschall
wird das Gehäuse i mit Wasser oder einer sonstigen Flüssigkeit gefüllt.
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Es sei angenommen, daß die Vorrichtung zum gerichteteniSenden von
Schallwellen benutzt werden soll. Der Schwinger m ist in diesem Fall mit seiner
Wicklung n an einem elektrischen Schwingungserzeuger angeschlossen. Die von seiner
Strahlfläche o abgestrahlte Schallenergie gelangt durch das offene Ende des Zwischenraumes
k zwischen die beiden Platten a und b. Von der Platte a wird die Schallenergie zum
Teil, beispielsweise zu 8o °/o, reflektiert, während 2o °/o der Schallenergie durchgelassen
werden. Der von der Platte a reflektierte Teil wird an der Platte b total reflektiert
und trifft an einer anderen Stelle wieder auf die Platte a. Von dieser werden wieder
2,o % durchgelassen und 8o °/o reflektiert. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis
durch mehrfache Reflexionen an den beiden Platten die Schallwellen an das Ende des
Zwischenraumes k gelangt sind.
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Wie eine einfache Überlegung zeigt, hat die dargestellte Anordnung
eine Hauptstrahlrichtung, die von der Größe des Abstandes d der beiden Platten und
von der Frequenz der benutzten Schallenergie abhängt. Es gilt für :die Phasendifferenz
a zwischen den nacheinander infolge der mehrfachen Reflexion durch die Platte a
austretenden Schallwellen» folgende Beziehung':
Darin ist d der Abstand der beiden Platten, A, die Wellenlänge des Schalls und,&
der Winkel zwischen der Strahlrichtung und der Normalen zur Membran a. Die Hauptstrahlrichtung
der Sendeanordnung ergibt sich für a = 36o'°, da hierfür sämtliche Strahlen in der
Richtung* gleiche Phase haben und sich addieren, während sie für benachbarte Richtungen
interferieren. Man hat es durch Änderung des Abstandes d in der Hand, verschiedenen
Rnchtungen@i5 ein Hauptmaximum der abgestrahlten Sendeenergie zuzuordnen.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt,
vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen ,und andere Ausführungen möglich. Insbesondere
läßt sich die Anordnung auch ohne weiteres zum Empfang von Schallwellen anwenden.
Für bestimmte Frequenzen erhält man hierbei wieder eine je nach der Größe der Membran
a mehr oder weniger scharfe Richtwirkung. Benutzt man einen aperiodischen Empfänger,
so werden von in verschiedenen Richtungen liegenden Geräuschquellen verschieden
hohe Frequenzen bevorzugt empfangen. Aus der Frequenz läßt sich mit einer derartigen
Einrichtung gegebenenfalls die Richtung bestimmen, so daß eine Veränderung des Plattenabstandes
überhaupt nicht vorgenommen zu werden braucht. Damit jede Stelle der Membran a möglichst
eine gleiche Energiemenge abstrahlt, kann die Membran so ausgebildet sein, daß ihre
Dicke mit zunehmender Entfernung vom Schwinger derart abnimmt, daß überall die gleiche
Intensität hindurchtritt. Man kann die Verstelleinrichtung für den Plattenabstand
d auch zweckmäßig so ausbilden, daß die Änderung des Winkels,& proportional
mit dem Verstellhub des Handrades k od. dgl. erfolgt, was man z. B. mit einer Schablonensteuerung
erreichen kann.