DE912671C

DE912671C - Device for directed sending or receiving of sound waves

Info

Publication number: DE912671C
Application number: DEA14460D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Kietz
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1941-12-21
Filing date: 1941-12-21
Publication date: 1954-05-31

Description

Vorrichtung zum gerichteten Senden oder Empfangen von Schallwellen Es ist bekannt, bei Echolotanlagen auf Schiff en zwischen Sender und Empfänger einen. Schallschirm anzuordnen, um den direkten Schall vom Empfänger fernzuhalten.Device for the directional transmission or reception of sound waves It is known to have one between the transmitter and receiver in echo sounding systems on ships. Arrange sound screen to keep direct sound away from the receiver.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Anordnung eines derartigen Schallschirrnes die Richtcharakteristik der Sender bzw. Empfänger nicht nur so beeinflußt w-ird, daß sie nach der Seite des Schallschirmes hin ein Minimum erhält, vielmehr werden auch die Richtung des Hauptmaximunis und die Richtscbärfe durch die Anbringung des Schallschirmes wesentlich. verändert. Dies ist darauf zurückzuführen, daß infolge der abschattenden Wirkung des Schallschirmes einerseits und der Schwinger bzw. des Einb#aukö#rpers für die Schwinger andererseits eine trichtelrähn-Mche Wirkung auftritt.The invention is based on the knowledge that when a Such Schallschirrnes does not affect the directional characteristics of the transmitter or receiver it is only influenced in such a way that it has a minimum on the side of the sound screen rather, the direction of the main maxim and the directional focus are also obtained due to the attachment of the sound screen. changes. This is due to, that due to the shading effect of the sound screen on the one hand and the oscillator or the one-body for the transducer, on the other hand, has a funnel-curling effect occurs.

Für Echolotanlagen, bei denen derartige Schallschirme bisher angewandt wurden, ist diese- Beeinflussung der Richtcharakteristik insofern nachteilig, als dadurch die Sende- und Empfangsrichtung divergieren und nicht mehr lotrecht gegen den Meeresboden gerichtet sind. Dagegen läßt sich diese Wirkung für manche an.dere Zwecke, für die eine abweichende Richtwirkung zweier nebeneinander angeordneter Sc#hwinger erwünscht ist, mit Vorteil ausnutzen, indem gemäß der Erfindung zwischen zwei vorzugsweise an sich gleichgerichteten Schwingern zur Erzeugung der abweichenden Richtwirkung ein Schallschirm angeordnet wird, durch welchen die Strahl- bzw. Empfangsrichtungen deer Schwinger um ein vorgegebenes Maß gespreizt werden und die Richtschärfe erhöht wird. Hierdurch ergeben sich eine, ganze Reihe Vorteile, insbesondere läßt sich mit an, sich schwach geirichteten Schwingern eine erhöhte Richtschärfe erzielen, und es ist nicht mehr erforderlich, die Schwinger selbst um die. gewünschte Abweichung der Strahl- bzw. Empfangsrichtung gegeneinander zu neigen. Ist die abschirmende Wirkung der Schwinger zu gering, so kann man. sie durch Anbringung zusätzlicher Schallschirme an den, Außenseiten der Schwinger erhöhen. Es hat sich ferner gezeigt, daß bei geeignetem Offnungswinkel zwischen den, Schwingerflächen. und dem Schullschirm und geeigneter Bemessung der Abschirmungen eine wirksame Unterdrückung der Nebenmaxima. zu erzielen ist, und zwar lassen sich die Nebenmaxima, überraschendenveise einfacher zum Verschwinden, bringen, als es mit anderen Maßnahmen" z. B. durch Über die Schwingerfläclie veränderliche Sende- bzw. Empfangsamplitude zu erzielen ist.For echo sounding systems in which such sound screens have been used so far were, this influencing the directional characteristic is disadvantageous in that as a result, the sending and receiving directions diverge and no longer perpendicular to each other facing the seabed. On the other hand, for some, this effect can be negated Purposes for which a different directivity of two arranged side by side Schwinger is desired to take advantage of by according to the invention between two oscillators, preferably in the same direction, to generate the deviating ones Directivity a sound screen is arranged, through which the Beam or reception directions of the transducer spread by a specified amount and the directivity is increased. This results in a whole series Advantages, in particular, can be achieved with weakly directed oscillators achieve increased directivity, and it is no longer necessary to use the transducer even about the. Desired deviation of the beam or reception direction from one another to tend. If the shielding effect of the oscillators is too low, one can. she by attaching additional sound screens to the outer sides of the transducers. It has also been shown that with a suitable opening angle between the oscillator surfaces. and the school screen and appropriate screening of the screen provide effective suppression the secondary maxima. can be achieved, namely the secondary maxima, surprisingly easier to make it disappear than it is with other measures, for example by over the Schwingerfläclie variable transmission or reception amplitude is to be achieved.

Eine sehr wichtige Anwendung ergibt sich für Einrichtungen zur Gerätischsteuerung von Torpedos. I-Iierfür ist schon vorgeschlagen worden, gerichtete Empfänger mit gegeneinander geneigten Empfangsflächen zu verwenden.Urn eine genügende Richtschärfe zu erzielen, können diese, Schwingeir streifenförmig ausgebildet und horizontal liegend übereinander im Torpedokopf angeordnet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Betrieb einer derartigen Anordnung der Störspiegel in uilerwünscht starkem Maße zur Wirkung kommt, soz daß nur eine verhältnismäßig kleine Reichweite zu erzielen ist. Diese starken Störungen sind darauf zurück-zuführen, daß diet Empfänger in der Vertikalebene zu schwach gerichtet sind, so daß sie den vom Meeresboden und der Meeresoberfläch,- reflektierten Störschall mit einer verhältnismäßig hohen Empfindlichkeit aufnehmen. Dieser Nachteil macht sieh besonders stark bei gering-er MecTestiefe beinerkba,r. Man hat schon versucht, die Störungen durch Anbringen von Schallschirmen über und unter den horizontal liegenden Empfängern herabzusetzen.. Hierdurch läßt sich jedoch nur eine geringe Verbesserung erzielen. Andererseits läßt sich lediglich durch Bemessung der Empfangsflächen infolge der Raumbeegrenzung eine-, größere, Ridhtsch.ärfe in der Peilebene- erkaufen. Dagegen können die dargestellten. Schwierigkeiten durch Anwendung eines Schallschirmes gemäß der Erfindung in besonders wirksamer Weise behoben werden, indem man z. B. den beiden Empfängern durch Empfangsflächenvergrößerung in der Vertikalen eine große Richtschärfe gibt, sie dabei senkrecht nebeneinander anordnet und zwischen ihnen einen Schallschirm anbringt, durch. den dann gleichzeitig in der Peilebene sowohl die verschie!de,ne Richtwirkung der beiden Empfänger als auch eine, genügende Richtschärfe- erzeugt wird.A very important application arises for devices for device table control of torpedoes. For this purpose it has already been proposed to use targeted recipients Reception surfaces inclined towards each other should be used To achieve this, Schwingeir can be strip-shaped and horizontal are arranged lying on top of each other in the torpedo head. However, it has been shown that during the operation of such an arrangement, the interference mirror may be extremely strong Measures come into effect, so that only a relatively small range can be achieved is. These strong disturbances are due to the recipient being in the vertical plane are directed too weakly, so that they are those of the sea floor and the sea surface - reflected noise with a relatively high sensitivity take up. This disadvantage makes it particularly strong at low Mec depths beinerkba, r. Attempts have already been made to eliminate the interference by installing sound screens above and below the horizontally lying receivers .. This lets however, only a small improvement can be achieved. On the other hand, can only by dimensioning the reception areas due to the room delimitation a larger, larger, Sharpness in the bearing plane - buy. On the other hand, the shown. trouble by using a sound screen according to the invention in a particularly effective manner Way can be resolved by z. B. the two receivers by enlarging the reception area in the vertical gives a great directivity, while they are perpendicular to each other arranges and attaches a sound screen between them. then at the same time in the bearing plane both the different directivity of the two receivers as a sufficient directivity is also generated.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausfährungsbeispieleii an einem Magnetostriktionssender veranschaulicht. Fig. i zeigt eine Schwingeranordnung mit streifenförmigen Schwingern in scbaubildlicher Darstellung; Fig. 2, und 3 zeigen eine Sch-,vingeranordnung für die Geräuschstenerung von Torpedos in. Seitenansicht und Draufsicht; Fig.4 zeigt eine Abänderung der Anordnung nach Fig. 2.In the drawing, the invention is illustrated in several exemplary embodiments on a magnetostriction transmitter. Fig. I shows a transducer arrangement with strip-shaped transducers in a structural representation; Figures 2 and 3 show a Sch-, Vinger arrangement for the noise control of torpedoes in side view and plan view; FIG. 4 shows a modification of the arrangement according to FIG.

Bei dem ersten, in Fig. i dargestellten Ausfüh7 rungsbeispiel handelt es sieh um eine aus zwei Empfängern oder Sendern. bestehende Schwingeranordnung, die sowohl in der eigentlichen Peilebene als auch senkrecht zur Peilebene eine scharfe Richtwirkung auf-weisen.The first exemplary embodiment shown in FIG look at one of two receivers or senders. existing transducer arrangement, which is a sharp one both in the actual bearing plane and perpendicular to the bearing plane Have directivity.

Zur Erzeugung der Rich-twirkung senkrecht zur Peilebene sind die Strahl- bzw. Empfangsflächen a und b der beiden Schwinger c und d so bemessen, daß ihre. Ausdehnung 1 in. Richtung senkrecht zur Peilebene gleich einem Mehrfachen. der Wellenlängge des auszusendenden, bzw. des zu empfangenden. Schalles ist. Die Richtscb5rfe senkrecht zur Peilebene dagegen wird nicht durch entsprechende Bemessung der Strahl- b-zw. Empfangsflächen, sorldern durch Anordnung von sch.allabschi,rrne,iidcn Wänden f, g, h hervorgerufen. Es sind dies ebene" beispielsweise aus Schaumgummi bestehende Wände, von denen die eine, g, zwischen den beiden Schwingern c und d liegend angeordnet ist, wäbrend sich die, beiden Wände f und h an die Außenseiten der Sch-tvingerflächen a und b anschließen. je naeli der Länge i und dem Neigungswinkel a der schallabschirmenden Wände wird eine mehr oder weniger große Richtschärfe in d,--r Peilebene erzielt. Dabei sind die beiden Richtkennlinien deT Schwinger c und d so gegeneinander versetzt, daß sie verschiedene Wirkbereiche, gegebenenf alls unter gegenseitiger überlappung, beherrschen.To generate the directional effect perpendicular to the bearing plane, the beam or receiving surfaces a and b of the two oscillators c and d are dimensioned so that their. Extension 1 in the direction perpendicular to the bearing plane equal to a multiple. the wavelength of the one to be sent or the one to be received. Schalles is. The directional force perpendicular to the bearing plane, on the other hand, is not determined by appropriate dimensioning of the beam b-zw. Reception areas, sorldern caused by the arrangement of soundproof, rrne, iidcn walls f, g, h . These are flat walls, for example made of foam rubber, of which one, g, is arranged lying between the two oscillators c and d, while the two walls f and h adjoin the outer sides of the Sch-tvinger surfaces a and b . depending on the length naeli i and the inclination angle a of schallabschirmenden walls is a more or less large directivity in d, -. scored r Peilebene the two directional characteristics DET vibrator c and so d offset from each other in that they have different effective ranges gegebenenf, alls under mutual overlap, master.

Wollte man dieselbe Richtwirkung lediglich durch Bemessung der Schwingerflächen erzielen, so müßten diese auch in der Peilebene eine entsprechend große Ausdehnung erhalt-en, und außerdem müßten. die beiden Schwinger gegeneinander geneigt werden, um die verschiedenen Richtungen der beiden Kennliniein zu erhalten. Eine derartige Anordnung würde -wesentlich mehr Platz beanspruchen.If you wanted the same directional effect simply by dimensioning the transducer surfaces achieve, these should also have a correspondingly large extent in the bearing plane received, and also would have to. the two oscillators are inclined towards each other, to get the different directions of the two curves. Such a one Arrangement would take up much more space.

Fig. 2 zeigt die Anwendung einer solchen Sch-,vingeranordnung für eine Einrichtung zur Geräuschsteuerung von Torpedos. Es genügt hierbei gegebenenfalls zur Erzeugung der verschiedenen Richtwirkungen der beiden Schwinger c und d und der erforderlichen Richtschärfe, wenn. lediglich zwischen den Schwingern eine- schallabschirmende Wand g angebracht wird, während die Begrenzung des. Wirkbereiches nach. den Außenseiten durch die schallabschiTmende Wirkung der Schwinger selbstbzw. des Torpedos erfolgt. Zweckmäßig werden dabei die Schwinger c und d so in den Kopf des Torpedos eingebaut, daß sie mit ihren Empfangsflächen in einer Querwand k des Torpedokopfes bündig liegen.Fig. 2 shows the use of such a Sch-, Vinger arrangement for a device for controlling the noise of torpedoes. If necessary, it is sufficient to generate the various directivity effects of the two oscillators c and d and the required directivity if. only a sound-shielding wall g is attached between the transducers, while the limitation of the effective area according to. the outsides due to the sound-absorbing effect of the transducers themselves or. of the torpedo takes place. The transducers c and d are expediently installed in the head of the torpedo in such a way that they are flush with their receiving surfaces in a transverse wall k of the torpedo head.

Um eine schärfere Richtwirkung der CiCTäuschempfänger im Torpedokopf zu erzielen, können ähnlich wie in der Anordnung nach Fig. i auch noch an die Außenkanten der Empfangsflächen a und b sieh anschließende, gegen die Empfangsflächen geneigte Schirmwände m und n vorgesehen sein (Fig. 4). Die Möglichkeit, die- Strahl- bzw. Empfangsflächen der beiden nebeneinanderliegenden Schwinger in, einer Ebene liegend anzuordnen, hat ferner den Vorteil, daß in der gleichen. Ebene sich an die Außenseiten der Schwingerflächen abschirmende Wände anschließen können. Bei gegeneinander geneigten Schwingern war eine- derart einfache, Abschirmung gegen von hinten bzw. von der Seite einfallenden Störschall nicht möglich. Auch ergeben sich Vorteile bezüglich des Einbaues der Schwinger. ZweckmäSig werden die beiden Sdhwinger hinter einer gemeinsamen Membran, z. B. Gummitnembran. o, angeordnet, die auf die Schwingerflächen aufgeklebt sein kann und deren Rand mit einem Flansch des Torpedokopfes oder einern Flansch p an den sich außen anschließenden Schirmwänden m und it durch Schrauben wasserdicht verbunden sein kann. Der Flansch p der Schirrnwände m und n kann gleichzeitig zur Befestigung im Torpedokopf ebenfalls wasserdicht mit einem Flansch r an der Innenseite des Torpedokopfes verbunden sein.In order to achieve a sharper directivity of the CiCTäuschempfänger in the torpedo head, may be similar as in the arrangement of FIG. I check subsequent even to the outer edges of the receiving planes a and b, m against the receiving faces inclined screen walls and be n provided (Fig. 4). The possibility of arranging the beam or receiving surfaces of the two adjacent transducers in one plane also has the advantage that in the same plane. Level can connect to the outer sides of the transducer surfaces shielding walls. In the case of oscillators inclined towards one another, such a simple shielding against interfering noise from behind or from the side was not possible. There are also advantages in terms of installing the transducers. The two Sdhwinger are expediently behind a common membrane, e.g. B. rubber membrane. o, arranged, which can be glued to the transducer surfaces and the edge of which can be connected watertight to a flange of the torpedo head or a flange p on the externally adjoining screen walls m and it by means of screws. The flange p of the shield walls m and n can also be connected in a watertight manner to a flange r on the inside of the torpedo head for fastening in the torpedo head.

Bei sämtlichen oben beschriebenen Anordnungen liegen die Schwinger, abweichend von der üb- lichen Bauart, mit ihren Strahl- bzw. Ernpfangsflächen nicht senkrecht zur Hauptmaximumrichtung, sondern weichen mehr oder weniger stark von dieser normalen Lage ab. Bei der Anordnung nach Fig. 2 liegen sie sogar in der Ebene der einen schallabschirmenden Wand k selbst. Es ergeben sich dadurch, insbesondere für die Nebeneinanderanordnung mehrerer verschieden gerichteter Empfänger, wesentliche bauliche Vorteile. So können die beiden, Schwinger unmittelbar parallel nebeneinanderliegend angeordnet werden, was bei dem für den Einbau der Geräuschempfänger zur Verfügung stehenden beschränkten Raum für die Erlangung der gewünschten Richtschärfe von ausscUlaggebender Bedeutung ist. Es hat sich auch gezeigt, daß man bei Unterwasserschall im Gegensatz zum Luftschall mit überraschend kurzen Schallschirmen eine erhebliche Richtschärfe. erzielen kann.In all of the arrangements described above, the transducers, in contrast to the usual design, do not lie with their beam or receiving surfaces perpendicular to the main maximum direction, but deviate to a greater or lesser extent from this normal position. In the arrangement according to FIG. 2, they are even in the plane of the one sound-shielding wall k itself. This results in significant structural advantages, in particular for the arrangement of several differently directed receivers next to one another. The two oscillators can thus be arranged directly next to one another in parallel, which is of crucial importance in order to achieve the desired sharpness of direction given the limited space available for the installation of the noise receiver. It has also been shown that in the case of underwater sound, in contrast to airborne sound, surprisingly short sound screens provide a considerable degree of directivity. can achieve.

Weiter besteht gegenüber den bisher für Unterwasserschall vorwiegend benutzten, lediglich durch Bemessung der Schwingerflächen gerichteten Schwingern derVorteil,daß dieRichtcharakteristik nur sehr kleine N'ebenmaxima aufweist, wenn man den Schallabschirmungen einen geeigneten Öffnungswinkel und eine genügende Länge gibt.Furthermore, there is predominantly for underwater noise compared to the previous one used transducers directed only by dimensioning the transducer surfaces the advantage that the directional characteristic has only very small secondary maxima if give the sound shields a suitable opening angle and a sufficient length gives.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und auch andere Ausführungen möglich, insbesondere kann bei der AnoTdnung nach Fig. i auch die Richtschärfe senkrecht zur Peilebene gegebenenfalls durch Trichterwirkung erzeugt werden. Für die Erfindung ist jedoch wesentlich, daß die Richtwirkung in der Peilebene zur Erlangung mehrerer in der Peil-ebene gegeneinander versetzter Richtkennlinie#n mit Hilfe von, schallabschirmenden Wänden hervorgerufen wird. Die Benutzung streifenförmiger, senkrecht zur Peilebene liegender Schwinger hat außerdem den Vorteil einer größeren, Empfindlichkeit beim Empfangen.The invention is not limited to the examples shown, rather, many changes and other designs are still possible, in particular, in the case of the arrangement according to FIG to the bearing plane, if necessary, can be generated by a funnel effect. For the invention However, it is essential that the directional effect in the bearing plane to achieve several Directional characteristic # n offset from one another in the bearing plane with the aid of sound-shielding Walls is caused. The use of stripes, perpendicular to the bearing plane lying transducer also has the advantage of greater sensitivity when Receive.

Selbstverständlich ist die Vorrichtung auch nicht auf magnetostriktive Schwinger beschränkt, sondern auch bei anderen SchwhIgern, z. B. piezoelektrischer Art, anwendbar.Of course, the device is also not magnetostrictive Schwinger limited, but also with other Schwinger, z. B. piezoelectric Kind, applicable.

Claims

PATEN TANS PR Ü C H E: i. Device for directed, sending or receiving of sound waves with the help of several oscillators with mutually offset directional characteristics, in particular for noise control of torpedoes or the like, characterized in that for generating the desired divergence of the beam or receiving directions several transmitters or receivers A sound-shielding wall is arranged in the sound field between the transducers, through which the beam or receiving directions of the transducers are spread by a predetermined amount and the directivity is increased.

2. Device according to claim i, characterized in that that the transducers are parallel to each other and their beam surface is in one plane, connected to the walls, which are preferably sound-shielding from the outside

3. Device according to claim i, characterized in that in the mouth of a funnel, the one a sound-shielding wall between the transducers, lying transmitters or If the receiving or beam surface is not perpendicular to the main maximum direction, but z. B. in the plane or perpendicular to the plane of one of the funnel walls lies.

4. Apparatus according to claim i, characterized in that the Richtwi-rkung in one plane through a sound-shielding wall between the transducers Horn, in the plane perpendicular to it by dimensioning the jet resp.

Receiving area is effected. 5. Apparatus according to claim 4 for direction finding in a plane, characterized in that with a plurality of transducers arranged next to one another in the bearing plane, the directional focus in the bearing plane is brought about by the funnel effect. 6. Device according to claims i to 5, characterized in that the parallel side-by-side transducers behind a membrane, for. B.

Rubber membrane, are arranged, which is attached watertight by a flange in the torpedo head.