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Verfahren und Einrichtung zum gerichteten Senden und Empfangen von
Schallwellen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gerichteten
Senden und Empfangen von Schallwellen, insbesondere zur Auffindung von Luftfahrzeugen
durch Schallbeobachtung.
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Es hat sich gezeigt, daß die Sendung von Schall in bestimmten Richtungen
bzw. die Richtungsbestimmung eines ,ankommenden Schalles sich am vorteilhaftesten
durch gleichzeitige Benutzung einer Mehrzahl von Schwingern, d. h. Sendern bzw.
Empfängern, erreichen läßt. Eine solche Anordnung von mehreren Schwingern besitzt
je nach ihrer geometrischen Anordnung eine bestimmte Richtcharakteristik, d. h.
der Schall wird nach bestimmten Richtungen in bevorzugter Weise gesendet bzw. aus
bevorzugten Richtungen mit maximaler Lautstärke empfangen. Um nun eine solche Schwingergruppe
für jede beliebige Richtung im Raume ,auf maximale %Virkung einstellen zu können,
hat man bisher zwei verschiedene Verfahren angewendet, nämlich die sogenannte Drehbasismethode
und die Kompensationsmethode. Die Drehbasismethode besteht darin, daß man die gesamte
Gruppe der Empfänger als solche im Raum verlagert und dadurch - wie bei einem Scheinwerfer
-den Sektor größter Lautstärke im Raume verschwenkt. Die Kompensationsmethode dagegen
besteht darin, daß man die Schwinger als solche festangeordnet läßt und den Sektor
auf künstlichem Wege durch V°ränderung von Verzögerungsleitungen in die gewünschte
Richtung. einstellt. Die Drehbasismethode hat den großen Vorteil, daß immer mit
der natürlichen Richtcharakteristik der Gruppe gearbeitet wird, so daß man für alle
Richtungen stets die maximale Peilschärfe der betreffenden Gruppenanordnung erhält.
Eine solche Gruppe von Schwingern stellt ein verhältnismäßig großes Gebilde dar,
wenn sie dafür eingerichtet werden soll, nach allen Richtungen im Raume eingestellt
zu werden. Dieses Gebilde bietet große Angriffsflächen für den Wind und muß deshalb
fest verankert werden. Ferner wechselt die Einwirkung des Windes auf die einzelnen
Empfänger, und zwar je nach der Lage der Empfänger zur Windrichtung. Dadurch entstehen
dauernd wechselnde Störungen. Auch hat eine derartige Einrichtung den Nachteil,
daß sie verhältnismäßig hoch gebaut sein muß und deshalb von weitem erkennbar ist.
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Der Vorteil der Kompensationsmethode besteht darin, daß man eine räumliche
Verlagerung der Empfänger überhaupt nicht vorzunehmen braucht, sondern mit fest
angebrdneten Empfängern arbeiten kann. Sie hat aber den Nachteil, da.ß sie die Peilgenauigkeit
bei geraden Gruppen und Flächengruppen je nach der Richtung im Raume ändert und
deshalb nicht für alle Richtungen mit der maximalen Peilschärfe, die die Gruppe
an sich hat, gearbeitet werden kann. Außerdem ergeben sich, wenn man sowohl den
Höhenwinkel als auch das Azimut mit dem Kompensator einstellen viill, verhältnismäßig
komplizierte Geräte.
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Die vorliegende Erfindung hat sich nun die
Aufgabe
gestellt, die Vorteile beider Methoden in zweckmäßiger Kombination auszunutzen und
dabei die geschilderten Nachteile möglichst zu vermeiden. Dies geschieht dadurch,
daß das Azimut nach der Drehbasismethode und der Höhenwinkel nach der Kompensationsmethode
eingestellt wird oder umgekehrt. Wenn man so verfährt, kann man die Drehung der
Drehbasis darauf beschränken, daß sie in einer Ebene stattfindet. Dadurch wird es
möglich, mit einem Gerät zu arbeiten, das leichter zu bedienen und dem Windeinfiüß
in hohem Maße entzogen ist, und dessen Bauart wesentlich niedriger gehalten werden
kann. als bei den bisher für diesen Zweck bekannten Geräten, soweit der drehbare
Teil in Frage kommt. Welcher von den beiden Winken., Aziinut und Höhenwinkel, nach
der Drehbasismethode und welcher nach der Kompensationsmethode zweckmäßig bestimmt
wird, richtet sich nach den jeweils vorliegenden Verhältnissen und nach der geometrischen
Anordnung der Gruppe von Schwingern. Im allgemeinen wird man das Azimut nach der
Drehbasismethode und den Höhenwinkel nach der Kompensationsmethode bestimmen.
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Die Erfindung ist in der beiliegenden. Zeichnung beispielsweise und
schematisch an Hand von Einrichtungen zur Auffindung von Luftfahrzeugen durch Schallbeobachtung
veranschaulicht. Es stellt dar: Fig. i eine Einrichtung nach der Erfindung, Fig.
z eine Einrichtung nach der Erfindung in einer anderen Ausführungsform, Fig. 3 eine
Einrichtung nach der Erfindung in einer weiteren Ausführungsform und Fig. q. eine
Einrichtung nach der Erfindung ähnlich der Einrichtung nach Fig.3 mit geringer Abänderung.
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In Fig. i bedeutet i einen Träger für eine Anzahl von Schallempfängern
z. Dieser Träger kann durch beliebige Mittel in einer im wesentlichen waagerechten
Ebene verschwenkt werden, wie durch den Pfeil. A angedeutet. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel
ist für diesen Zweck der Träger an einer Hülse 3 befestigt, die um -eine Drehachse
q. eines Fußgestells 5 drehbar ist. Die Hülse 3 ist mit einem Zeiger 6 verbunden,
während an dem Fußgestell 5 eine Skala 7 angebracht ist. Der Träger i bildet somit
mit der Hülse 3 ein drehbares Traggestell für die Empfänger. Die einzelnen Empfänger
z sind durch eine Kabelleitung 8 gegebenenfalls über einen Schaltkasten 9 mit Schaltmitteln
und Verstärkungseinrichtungen mit einer Anzeigevorrichtung, z. B. Telephon i o,
verbunden. In der Nähe dieser Einrichtung ist ein im wesentlichen lotrecht angeordneter
feststehender Träger i i für eine Reihe von Empfängern 1z angeordnet. Die Empfänger
sind durch eine Kabelleitun,g 13 mit einem elektrischen Kompensator i ¢ verbunden,
dessen Handrad bei 15, dessen Zeiger bei 16 und dessen Skala bei 17
angedeutet
ist. An den Kompensator ist eine Anzeigestellle, z. B. Telephon i 8, angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Soll der Ort eines
Luftfahrzeuges ermittelt werden, so beginnt der Beobachter, der das Telephon io
benutzt, den Träger i in Richtung des Pfeiles A oder hingekehrt zu verschwenken.
Dadurch wird die natürliche Richtcharakteristik der Empfängergruppe, die senkrecht
zur Trägerrichtung steht, um die Achse q. verschwenkt, und der Beobachter wird die
Schallquelle dann in dem Telephon i o hören, wenn sie in den Bereich der Charakteristik
kommt, d. h. wenn der Träger senkrecht zur Schallrichtung steht. Die eingestellte
Richtung kann an der Skala abgelesen werden. Auf diese Weise hat der Beobachter
das Azimut der Schallquelle bestimmt, ohne zunächst etwas über den Höhenwinkel.
der Schallquelle zu wissen. Um den Höhenwinkel zu bestimmen, benutzt ein anderer
Beobachter den feststehenden Träger i i mit den Empfängern i a und beobachtet mit
dem Kopfhörer 18. Durch den elektrischen Kompiens;ator, dessen Verzögerungsleitungen
@er durch Drehen am Handrad 15 verändern kann, verlegt er künstlich die Charakteristik
dieser -Empfängergruppe aus der horizontalen Ebene mehr oder weniger nach oben,
bis er in dem Kopfhörer den Schall wahrnimmt. Dadurch wird der Höhenwinkel der Schallquelle
bestimmt.
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Bei dem beschriebenen Verfahren benutzen die Beobachter die soggenannte
Maximalmethode, d. h. sie stellen die Einrichtungen, die sie bedienen, so ein,,
daß sie den Schall am lautesten hören. Die Einrichtung kann aber auch ohne weiteres
für die Beobachtung nach der binauralen Hörmethode benutzt werden, indem jeder Beobachter
die eine Hälfte der Empfängergruppe mit dem einen Ohr und die andere Hälfte der
Empfängergruppe mit dem anderen Ohr verbindet.
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Bei der Ausführungsform nach der Fig. a sind die beiden Empfängergruppen,
mit denen die Beobachter das Azimut und den Höhenwinkel bestimmen, an einem gemeinsamen
drehbaren Traggestell angeordnet, indem außer dem Arm i mit den Empfängern z noch
ein weiterer Arm 1g mit Empfängern 2o an der Hülse 3 befestigt ist. Dieser Träger
kann mit dem Träger i einen beliebigen, zweckmäßig rechten Winkel bilden. Hier wird
das drehbare Traggestell für die Empfänger also durch die Hülse 3 in Verbindung
mit den beiden Armen i und i9 gebildet. Die Empfänger des Trägers i sind dabei wieder
durch eine
Kabelleitung 8 über einen Schaltkasten 9 mit einer Anzeigestelle,
z. B. Telephon i o, verbun. den, während die Empfänger 2o des Trägers 19
durch ,eine Kabelleitung 2 i mit einem Kompensator 22 verbunden sind. An diesen
ist eine Anzeigestelle, z. B. Telephon 23, an-,geschlossen.
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Die Beobachtung mit dieser Vorrichtung geschieht in folgender Weise:
Während der eine Beobachter die Arme i und i9, beispielsweise in Richtung des Pfeiles
A, um die Achse 4 verschwenkt, kann der andere Beobachter in gleicher Weise mit
seiner Empfängergruppe entweder mitbeobachten oder durch Betätigung des Kompens.ators
22 die Richtcharakteristik seiner Gruppe verändern und dadurch den Höhenwinkel feststellen.
Hat der Beobachter z. B. am Telephon i o auf das Maximum der Lautstärke der Schallquelle
eingestellt, so zeigt, wenn die Träger rechtwinklig zueinander liegen, der Träger
i9 des zweiten Beobachters in die Richtungsebene der Schallquelle, und der Beobachter
kann nun in dieser Ebene den Höhenwinkel durch Betätigung des Kompens.ators einstellen.
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Bei dem Gegenstand der Fig. 3 ist eine Anzahl von Empfängern 24 über
eine Flächeverteilt, z. B. auf einer ebenen Scheibe 25 angeordnet. Diese Scheibe
ist mittels eines Trägers 26 in einem Fußgestell. 27 drehbar gelagert. Die jeweilige
Lage der Scheibe kann mittels eines Zeigers 28 an einer festen Skala 29 abgelesen
werden. Die Empfänger sind durch Leitungen 3o, 31 mit einem Kompensator 32
verbunden, dessen Handrad bei 33, dessen Zeiger bei 34 und dessen Skala bei 35 angedeutet
ist. An den Kompensator ist eine Anzeigestelle, z. B. Telephon 36, ,angeschlossen.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende Eine Gruppe von
Empfängern, die über eine ebene Fläche verteilt angeordnet sind, hat eine natürliche
Richtcharakteristik in Form eines Kegels, dessen Spitze auf der Fläche steht, wie
bei a angedeutet. Die Achse des Kegels steht senkrecht auf der ebenen Scheibe. Durch
entsprechende Einstellung des elektrischen Kompensators 32 kann nun diese Richtcharakteristik
aus ihrer senkrechten Stellung gebracht und zu der Scheibe beliebig geneigt werden,
wie bei a' angedeutet. Zum Suchen der Schallquelle wird nun vom Beobachter die Scheibe
25 in langsame Drehung, z. B. in der Pfeilrichtung B, versetzt und gleichzeitig
die Neigung der Charakteristik durch Betätigung des Kompensators 32 von der senkrechten
in die horizontale Lage abwechselnd hin und her bewirkt. Diese Schwenkung durch
den Kompensator kann verhältnismäßig schnell geschehen, so daß bei jeder Winkelstellung
der Scheibe der ganze Sektor von der vertikalen bis zur horizontalen Lage durchlaufen
wird. Bei einer vollen Umdrehung der Scheibe hat dann der Beobachter den gesamten
Raum oberhalb der Scheibe durchforscht. Ist eine Schallquelle vorhanden, so wird
er sie bei einer bestimmten Stellung der Scheibe und des Kompensators im Telephon
36 wahrnehmen und durch entsprechende Einregulierung der Scheibenstellung bzw. des
Kompensators das Maximum der Lautstärke ermitteln. Ist dies geschehen, so kann er
an der Skala, 29 das Azimut und an der Skala 35 des Kompensators den Höhenwinkel
a ,ablesen.
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Auch bei dieser Einrichtung ist nicht nur die Beobachtung nach der
maximalen Methode möglich, sondern ebensogut nach der binauralen Hörmethode. Zu
diesem Zweck hat der Beobachter nur die Empfänger in zwei symmetrisch zueinander
liegende Gruppen zu unterteilen, von denen die eine Gruppe mit dem einen Ohr und
die andere Gruppe mit dem anderen Ohr verbunden wird.
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Bei der Anordnung nach Fig.4 ist .eine Vorrichtung vorgesehen, durch
die die Scheibe 25 dauernd in gleichmäßige Drehung versetzt wird, so daß eine Betätigung
von Hand nicht erforderlich ist und .eine absolut gleichmäßige Durchforschung des
gesamten Raumes sichergestellt ist. Zu diesem Zweck kann z. B. eine Antriebsquelle,
wie Elektromotor 37, vorgesehen sein, der über eine Welle 38 und ein Getriebe, wie
Schnecke 39 und Schneckenrad 4o, den Träger 26 der Scheibe in Umdrehung versetzt.
Mittel können vorgesehen sein, z. B. eine biegsame Welle 44 wodurch diese Drehung
einer weiteren Welle 42 an dem Kompensator übermittelt wird. Diese Welle bewegt
das Schaltwerk des Kompensators ebenfalls mit einer Schnecke 43 und einem Schnekkenrad
44. Zweckmäßig sind hier Mittel vorgesehen, wie z. B. bei 45angedeutet, durch die
jederzeit das Getriebe für den Kompensator ausgekuppelt werden kann, so daß der
Kompensator jederzeit auch von Hand zu betätigen ist. Eine ähnliche Ausschaltung
kann auch für das Getriebe 39, 4o vorgesehen sein. Die Einrichtung kann so getroffen
sein, daß die Umdrehung des Kompensators wesentlich schneller vor sich geht .als
die Umdrehung der Scheibe 25. Es wird hierdurch erreicht, daß zwangsläufig für jede
Winkelstellung der Scheibe der Schallkegel alle Höhenwinkel durchläuft.
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Dieselbe Einrichtung kann. selbstverständlich auch für das Senden
von Schall nach bestimmten Richtungen im Raume Verwendung finden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung für Luftschall beschränkt,
sondern kann mit
entsprechenden Abänderungen, die durch die Natur
des Mediums bestimmt sind, auch für Unterwasserschall verwendet werden.