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Einrichtung zum bevorzugten Senden und Empfangen von mechanischen
Impulsen (Schallwellen). Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erzeugung gerichteter
Schallimpulse unter 'Wasser Kombinationen von in einer horizontalen Ebene liegenden
Sendern zu verwenden, die um eine halbe Wellenlänge des auszusendenden Schalles
voneinander entfernt sind. Ferner ist bereits eine Einrichtung zum bevorzugten Senden
und Empfangen von Schallwellen in vertikalen Ebenen vorgeschlagen worden, bei welcher
eine Mehrzahl von einzelnen Sendern oder Empfängern in einer horizontalen Ebene
in solchem Abstand d voneinander angeordnet werden, daß dieser Abstand der Formel
entspricht:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in horizontalen Ebenen durch den Sende-
oder Empfangsort bevorzugt zu senden oder bevorzugt zu empfangen. Eine solche Aufgabe
liegt z. B. vor bei der Aussendung von Signalen unter Wasser. Die Verhältnisse bei
der Unterwasserschallgebung liegen meist so, daß die Tiefe des Wassers im Verhältnis
zur Reichweite des Schallsignales, d. h. zur Ausdehnung des Schallfeldes, relativ
klein ist (2o bis ioo m : io bis 30 Seemeilen). Der von einem angerichteten
Sender ausgebende Schall bewegt sich also in einem schichtförmigen Raum. Diese Wasserschicht
ist oben und unten begrenzt durch reflektierende Flächen, Meeresboden und Wasseroberfläche.
Es kommen also, wenn man einen Sender verwendet, der nach allen Richtungen horizontal
und vertikal gleich :stark strahlt, am Empfangsort außer dein direkten Strahl noch
die reflektierten Strahlen an, die an den beiden reflektierenden Flächen zurückgeworfen
werden. Bei unebener Beschaffenheit dieser Flächen kann es sich dabei um eine Mehrzahl
von reflektierten Schallstrahlen handeln. Diese Überlagerung einer Mehrheit von
Schallstrahlen führt in vielen Fällen zu unangenehmen interferenzerscheinungen,
die zur fast völligen Aaslöschung des Schalles an gewissen Stellen führen können
(Schlierenbildung). Beim Empfang von Schallwellen tritt naturgemäß, wenn auch nicht
so ausgeprägt, dieselbe Erscheinung auf, solange der Empfänger aus allen Richtungen
der durch ihn gehenden Vertikalebene gleich stark empfängt.
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Diese Nachteile lassen sich vermeiden oder weitgehend herabsetzen,
`nenn man Sende-oder Empfangsanordnungen herstellen kann, die nach den ungewollten
Richtungen, nach oben und unten, vermindert oder gar nicht strahlen, oder die aus
den ungewollten Richtungen vermindert oder gar nicht empfangen.
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Gemäß der Erfindung löst man diese und ähnliche Aufgaben dadurch,
daß man zwei oder mehrere Sender oder Empfänger senkrecht zu der Fläche, in welcher
bevorzugt gesendet oder empfangen werden soll, in einem solchen Abstand voneinander
anordnet, daß die Wirkung der Apparate sich in dieser Fläche addiert. Vorzugsweise
wird hierfür zemäß der Erfindung der Abstand
gewählt, wobei ya die Anzahl der Apparate der Kombination und 2, die Wellenlänge
des verwendeten Schalles bezeichnet.
Auf die weiteren sehr erheblichen
Vorteile, die mit einer solchen Anordnung erzielt werden, wird im folgenden eingegangen
werden, nachdem die Erfindung an Hand der Abb. i bis .I näher erläutert ist.
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In der Abb. i stellt E ein Stück einer Vertikalebene durch den Senderort
S dar, an welchem fünf Sender i, 2, 3, 4.. 5 vertikal übereinander aufgebaut sind.
Eine solche Einrichtung gibt, abgesehen von einigen kleinen Nebenmaxima, ein Schallfeld
von der Art, wie es bei f, f im Schnitt dargestellt ist. Man sieht, daß,
wenn die punktierten Linien a und b die Grenzflächen der den Schallvorgang tragenden
Schicht darstellen, diese Grenzflächen bei einer solchen Anordnung überhaupt von
keinem Schallstrahl erreicht werden, daß also Interferenzen durch Reflexionen nicht
möglich sind. Es gilt das gleiche sowohl- für ausgehende als für ankommende Schallstrahlen.
Es könnten also die Apparate i bis 5 auch Empfänger bedeuten. Aus der Betrachtung
dieser Abbildung werden nun auch gleich die weiteren Vorteile einer solchen Einrichtung
verständlich.
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Was zunächst den Vorgang des Sendens anbelangt, so ergibt die Zusainmendrängung
der Energie in einem flächenförmigen Raum eine erhebliche Verstärkung des ausgesandten
Schalles in diesem Raum. Die Energie an einem Punkt des Maximalstrahls ist nicht
nur das fünffache der Energie jedes einzelnen an sich ungerichteten Senders der
Kombination, sondern erheblich größer. Versuche mit drei Sendern haben ergeben,
daß in der Richtung des Maximalstrahls nicht nur die dreifache, sondern nahezu die
sechsfache Energie eines Senders gestrahlt wurde.
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Das bedeutet außerdem -aber noch eine fabrikatonisch wesentliche Vereinfachung
und Verbilligung der Apparate, insofern, als man für größere Energien nunmehr nicht
mehr größere Sendertypen ausbilden, sondern einfach Kombinationen von normalisierten
Einheitstypen für eine bestimmte Leistung zusammenstellen wird.
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Für den Empfang ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine Einrichtung
der in der Abb. i beschriebenen Art Störungsgeräusche natürlich nur entsprechend
der Richtwirkungskurve aufnehmen kann. Störungsgeräusche, die also an einer der
Grenzflächen a und b oder in deren Nähe, in der Praxis also beispielsweise
an der Oberfläche des Meeres (Seegang, Wellengeräusche, Bugdelle des Schiffes usw.),
werden eine solche Empfangseinrichtung überhaupt nicht oder entsprechend geschwächt
beeinflussen, während der von fern her horizontal, d. h.. in Richtung des maximalen
Enipfangs-Richtungsvektors, eintreffende Schall mit maximalen Energie aufgenommen
wird. Für den Signalempfang hat man damit den Vorteil erreicht, daß man Signale
aus beliebigen Richtungen in der Nähe der oder in der Horizontalebene selbst unbeeinträchtigt
von außerhalb dieser Zone liegenden Störungsduellen aufnehmen kann.
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Diese Vorteile lassen es also begreiflich erscheinen, daß die Erfindung
nicht nur für Glas LTnterwassersignalwesen, sondern auch für die Anwendung des Schalles
in anderen Medien von erheblicher Bedeutung ist.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, Einrichtungen
finit Vertikalanordnungen der beschriebenen Art mit horizontal angeordneten Empfänger-
oder Senderkombinationen derselben Art zu kombinieren. Eine solche Einrichtung ist
in der Abb.2 in- die Bordwand eines Schiffes eingezeichne. Die horizontalen Kombinationen
umfassen die Schallempfänger i bis 5 und 6 bis ro, während die vertikalen Kombinationen
aus i und 6, 2 und 7, 3 und 8, 4. und 9, 5 und ro bestehen. Eine Einrichtung dieser
Art schneidet aus einem Schallfeld von dem Charakter des in Abb. i dargestellten
Feldes in dessen Horizontalebene wiederum ein ähnliches, zu dem vorgenannten senkrechtes
Schallfeld aus. Man erhält also mit einer solchen Einrichtung ein nach allen Seiten
hin abgegrenztes, mehr oder weniger spindelcder pfriemenförmiges, doppelseitiges
Hauptschallfeld (Abb. 3), welches in seinem Querschnitt achsialsvinmetrisch ist,
wenn die Sender- oder Empfängergruppe ein Quadrat gleichmäßig füllt (Abb. 3a), und
welches sich verbreitert, wenn in einer Seitenrichtung der von den Einzelsendern
oder Empfängern erfüllten Figur weniger Apparate dieser Art liegen als in der dazu
senkrechten Richtung (Abb. 3b und c).
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Für praktische Zwecke des Schallempfangs genügt es meist, in vertikaler
Richtung zwei Apparate in dem durch die eingangs erwähnte Formel gegebenen Abstand
voneinander anzuordnen, um von den üblichen Wasser- und Schiffsstörungen ziemlich
frei zu werden. Naturgemäß steigt diese Störungsfreiheit mit der steigenden Zahl
vertikal übereinanderliegender Apparate. Auch mit ähnlichen Anordnungen mit anderen
Empfängerabständen lassen sich vergleichbare Effekte erzielen, allerdings nur unter
Verwendung einer jeweils größeren Anzahl von Apparaten, z. B. mit Entfernungen von
Eine besonders einfache und praktisch befriedigende Empfangsanordnung ergibt sich
z. B. dann, wenn man nur in vertikaler Richtung Richtkombinationen nach der Erfindung
anordnet, und zwar nur zwei, die getrennt mit
Empfangseinrichtungen
für die beiden Ohren verbunden und in einem Abstand voneinander angeordnet sind,
der gestattet, das bekannte binaurale Hörverfahren für die Zwecke der Richtungsbestimmung
zu verwenden. In Abb. 2 .ist eine solche Gruppe durch verstärkte Zeichnung hervorgehoben.
Es sind dies die Empfänger i und 6 bzw. 5 und io, wobei die zusammengestellten Paare
für das binaurale Verfahren je eine Empfangseinheit bilden.
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In Abb. 4. sind zunächst drei Luftschallsender dargestellt, die zu
einem einheitlichen Aggregat nach der Erfindung zusammengebaut sind. Man sieht vorn
die öffnungen der Schalltrichter, die so bemessen und zueinander angeordnet sind,
daß ihre Mittelpunktabstände d, d dem Gesetz
entsprechen. Es handelt sich im Beispiel der Abbildung um elektrisch betriebene
Schallsender, deren Membranen am Boden der Trichter nicht sichbar sind und deren
Erregermagnete in dem Gehäuse i i untergebracht sind. Kabel 12 dient zur Zuführung
der Betriebsenergie. Ferner ist in dieser Abbildung durch punktierte Zeichnung angedeutet,
wie man auch hier vertikale und horizontale Aggregate kombinieren kann, um nur einen
allseitig begrenzten Strahl zu erhalten. Zweckmäßig wird eine solche Einrichtung
drehbar gemacht und mit einer Skalenteilung zur Ablesung der Richtung versehen.
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Der Erfindungsgedanke kann mit den angegebenen Vorteilen mit jeder
Art von Sendern oder Empfängern und in jedem beliebigen Medium angewendet werden.
Auch ist die Erfindung nicht auf horizontale und vertikale Kombination beschränkt,
sondern umfaßt alle zwei dimensionalen Kombinationen von beliebiger Lage im Raum.
Für Flugzeugbeobachtung z. B., wo es darauf an-Gommt, Felder zu erhalten, die zur
Erdober-19äche schräg liegen, müssen auch die Apparatkombinationen entsprechend
eine schräge Lage erhalten.
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Die Einstellung der Sende- oder Empfangsrichtung kann sowohl durch
Drehung der ganzen Apparatkombination mit ihrem Träger, als auch in einer der bekannten
Arten der Verzögerung der Impulse im Wege zwischen den einzelnen Apparaten und der
eigentlichen Sende- oder Empfangsstelle erfolgen, bei elektrischen Sendern oder
Empfängern also vorzugsweise mittels sogenannter elektrischer Kompensatoren.