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Vorrichtung zur annäherungsweisen Bestimmung der Richtung von ankommenden Schallsti-ahlen.
Bekanntlich werden Schallstrahlen, die parallel zur Achse eines rotationsparaboloidischen Schallreflektors ankommen, genau in dessen Brennpunkt reflektiert. Schliesst jedoch die Richtung der ankommenden Schallstrahlen mit der Paraboloidachse einen Winkel ein, so gehen alle reflektierten Schallstrahlen seitlich am Brennpunkt vorbei und sind Erzeugende der bekannten "kaustischen" oder Brennfläche, bei der in jenem Flächenelement die grösste Schallstrahlendichte auftritt, das auf dem im Paraboloidscheitel reflektierten Schallstrahl liegt und dabei den kürzesten Brennpunktabstand aufweist.
Diese Eigenschaft der an einem hohlen Rotationsparaboloid reflektierten Schallstrahlen wird gemäss der Erfindung als Grundlage für die Konstruktion eines Schallimpulsaufnehmers benutzt, bei welchem in bekannter Weise eine Anzahl regelmässig um eine im Wesen lotrechte Achse verteilter Rotationsparaboloide als Schallempfangsreflektoren vorgesehen werden. Nach der Erfindung sind in den Brennpunkten der Sehallempfangsreflektoren und seitlich von diesen in möglichst gleichen Abständen Schallimpulsanzeiger angeordnet, von denen jedem einzelnen eine gewisse Richtung zugeordnet ist. Schallstrahlen, welche aus dieser Richtung ankommen, bringen auf die ihnen zugeordneten Schallimpulsanzeiger grössere Wirkungen hervor wie auf alle andern SehaIIimpulsanzeiger.
Werden als solche Mikrophone oder Telephone verwendet, so werden diese erfindungsgemäss zunächst alle parallel zueinander geschaltet, um durch einen mit ihnen verbundenen Stromimpulsanzeiger (Oszillographen oder Kopfhörer) jeden aus irgendeiner noch unbekannten Richtung ankommenden Sehallimpuls anzuzeigen, worauf, um die angenäherte Richtung der Schallstrahlen zu bestimmen, alle Schallimpulsanzeiger der Reihe nach einzeln an den Stromimpulsanzeiger geschaltet werden und durch Ermittlung der grössten Stromimpulse, die dem betreffenden Mikrophon oder Telephon zugeordnete Richtung angezeigt wird.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in drei beispielsweisen Ausführungsformen schematisch dargestellt, u. zw. zeigt Fig. l eine Vorrichtung mit einer Gruppe kantig aneinanderstossender Rotationsparaboloidsektoren mit senkrecht zu deren Achsen angeordneten Mikrophonmembranen, Fig. 2 desgleichen im Grundriss, Fig. 3 eine Vorrichtung mit einer Gruppe kantig aneinanderstossender Halbparaboloidsektoren mit horizontal oder annähernd horizontal liegenden Telephonmembranen, Fig. 4 desgleichen im Grundriss, Fig. 5 eine Vorrichtung mit zwei übereinander angeordneten Gruppen von Rotationsparaboloidkalotten mit verstellbaren Achsenneigungen, Fig. 6 desgleichen im Grundriss.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 sitzt auf einer Säule 1 verdrehbar ein aus acht dünnwandigen Rotationsparaboloidsektoren bestehendes Fläehengebilde, das mit einer an der Säule befestigten Scheibe la mittels der Klemmschraube lb festgehalten werden kann. In jedem der acht Brennpunkte F ist ein Mikrophon gelagert und in den Zentriwinkeln zwischen je zwei benachbarten Brennpunkten sind in gleichen Abständen weitere vier Mikrophone M angeordnet, so dass die Genauigkeit der SchaIMchtungs- anzeige bei den vierzig am vollen Umfang gleichmässig verteilten Mikrophonen 360 : 40 = 90 beträgt.
Sämtliche Mikrophone sind in einem gemeinsamen Tragring. 3 gelagert, der selbst mittels der Stützen 4 und der Spanndrähte 5 mit den Hohlflächenschalen verbunden ist. Am Rande der Scheibe la ist eine Horizontalkreisteilung vorgesehen, um die Paraboloidachsen gegen eine gewählte Bezugsrichtung orientieren zu können.
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Gemäss der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 sitzt auf der Säule 1 verdrehbar und festklemmbar ein aus acht Halbparaboloidsektoren bestehendes Flächengebilde, dessen Parabelachsen entweder horizontal (linke Hälfte) oder schwach nach aussen unter dem'Winkel'X ansteigend (rechte Hälfte) angeordnet sind. Hier sind zum Unterschied von der Ausführungsform nach Fig. 1 die Membranen der Schall- impulsanzeiger so verlegt, dass die letzteren in einer Horizontalebene oder auf eine Kegelfläehe mit der Kantenneigung αzu liegen kommen, so dass sie von den von oben kommenden reflektierten Schallstrahlen voll getroffen werden können.
Auch hier sind sowohl in den Brennpunkten F als auch seitlich von ihnen die Schallimpulsanzeiger ll angeordnet, von denen jeder einer bestimmten Seitenrichtung zugeordnet
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kommenden Schallstrahlen erzielen, so sind konzentrisch zu den im Kreise angeordneten Schallimpulsanzeigern in F und M noch weitere Schallimpulsanzeigergruppen M'vorgesehen (rechte Hälfte der Fig. 3, 4). Bei der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 kann zwecks Bestimmung des Höhenwinkels der einfallenden Schallstrahlen (unter den Mikrophone in der horizontalen Parabelaehsenebene) ein weiterer 1\'likrophonkranz 3'vorgesehen sein.
Gemäss Fig. 5 und 6 sind auf der vertikalen Säule 1 zwei Hülsen 6 aufgeschoben, die radial angegossene Arme 7 aufweisen, an denen die rotationsparaboloidkalottenförmigen Schallreflektoren 8 angelenkt sind. Diese sind gleichzeitig durch angelenkte Spannstangen 9 mit den Hülsen 6 verbunden. Durch Längenveränderung der Stangen 9 mittels eines gewöhnlichen Spannschlosses kann die Achsenneigung der Schallreflektoren beliebig geändert werden. In den aehsensenkreehten Brennpunktebenen sind scheibenförmige Mikrophontragplatten JO vorgesehen, welche je fünf Mikrophone tragen, u. zw. eines in den Brennpunkten, je zwei in den horizontalen und zwei in den vertikalen Brennpunktebenen. Auch hier ist natürlich jedem Mikrophon eine Schallstrahlenrichtung zugeordnet.
Die Verbindung der Mikro- oder Telephone mit dem Stromimpulsanzeiger ist nun derartig, dass zunächst alle Mikro-oder Telephone einer Seitenriehtung parallelgeschaltet sind, um mittels des Stromimpulsanzeigers das Eintreffen von Schallimpulsen aus jeder unbekannten Seitenrichtung festzustellen, worauf die Mikro-oder Telephone dieser Seitenriehtung jedes einzeln der Reihe nach an den Stromimpulsanzeiger geschaltet werden, um aus der Maximalwirkung der auf ein Mikro-oder Telephon auftreffenden Sehallstrahlen die diesem zugeordnete Schallrichtung zu ermitteln.
Anstatt der Rotationsparaboloide könnten auch Kugelflächen verwendet werden, insbesondere bei kleineren Öffnungswinkeln (d. i. Verhältnis des Durchmessers zur Brennweite), ohne dass durch diese Vereinfachung die Reflexionswirkung beeinträchtigt werden könnte. Oder man könnte die Reflexionsfläche durch Veränderung ihrer Krümmungen derartig korrigieren, dass die Empfindlichkeit der den Brennpunkten benachbarten Schall- impulsanzeiger verbessert wird auf Kosten der Empfindlichkeit der Brennpunktschallanzeiger, d. h. dass eine grössere Zahl von Schallstrahlen auf die den Brennpunkten benachbarten Schallimpulsanzeiger fällt.
Naturgemäss können diese Einrichtungen auch unter Wasser verwendet werden zur Bestimmung der angenäherten Richtung von Unterwasserschallsignalen.
Werden die in den Brennpunkten und seitlich von diesen angeordneten Telephone mit von aussen kommenden Stromimpulsen beeinflusst, so können diese als Schallimpulse durch die vorhandenen Schallreflektoren je nach der Lage der beeinflussten Telephone entweder nach bestimmten, gewünschten Richtungen hin oder nach allen Richtungen mit annähernd gleicher Intensität reflektiert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur annäherungsweisen Bestimmung der Richtung von ankommenden Schallstrahlen, bei der als Sehallreflektoren um eine Achse regelmässig verteilte Rotationshohlflächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in deren Brennpunkten und seitlich von diesen in möglichst gleichen Abständen sieh SchalIimpulsanzeiger (Mikrophone oder Telephone) befinden, von denen jedem einzelnen eine bestimmte Richtung zugeordnet ist, aus welcher die ankommenden SchalBtrahlell den Maximaleffekt auslösen und durch Ermittlung dieses letzteren die diesem Schallimpulsanzeiger zugeordnete Richtung ermittelt werden kann, indem die Schallimpulsanzeiger (Mikrophone oder Telephone)
zunächst parallelgeschaltet werden und hierauf zwecks Ermittlung des von den meisten Schallstrahlen getroffenen Schauimpulsanzeigers aufeinanderfolgend jeder Sehallimpulsanzeiger einzeln an den Stromimpulsanzeiger (Oszillographen, Kopfhörer) angeschlossen wird.