DE555069C

DE555069C - Method for determining the direction of a sound source

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Publication number: DE555069C
Application number: DE1930555069D
Authority: DE
Original assignee: Submarine Signal Co
Current assignee: Submarine Signal Co
Priority date: 1930-02-13
Filing date: 1930-02-13
Publication date: 1932-07-19
Also published as: FR686230A

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
19. JULI 1932ISSUED ON
July 19, 1932

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M 555069 KLASSE 74 d GRUPPE M 555069 CLASS 74 d GROUP

Submarine Signal Company in Boston, Mass., V. St. A. Verfahren zur Richtungsbestimmung einer SchallquelleSubmarine Signal Company of Boston, Mass., V. St. A. Method for determining the direction of a sound source

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Februar 1930 abPatented in the German Empire on February 13, 1930

ist in Anspruch genommen.is used.

Die Erfindung betrifft die Richtungsbestimmung von Schallquellen mittels Kompensatoren. The invention relates to the determination of the direction of sound sources by means of compensators.

Die Richtung einer Schallquelle wird mit einem Kompensator bestimmt, indem eine Zeitverzögerung mittels Wegen veränderbarer Länge zwischen den Schallempfängern und der Anzeigevorrichtung eingeschaltet wird. Die Längen dieser Wege werden geändert, bis der von den beiden Gruppen von Schallempfängern ausgehende Schallimpuls dieAnzeigevorrichtung zur gleichen Zeit erreicht. Mit anderen Worten: Der Kompensator ist eine Vorrichtung, um die von zwei Gruppen von Schallempfängern ausgehenden Schallimpulse phasengleich zu machen. Die Anzeigevorrichtung muß deshalb eine Vorrichtung sein, welche den Zustand der Phasengleichheit zweier Impulse anzeigt.The direction of a sound source is determined with a compensator by placing a Time delay by means of paths of variable length between the sound receivers and the display device is turned on. The lengths of these paths are changed until the sound impulse emanating from the two groups of sound receivers the display device reached at the same time. In other words, the compensator is a device used by two groups of Sound receivers to make outgoing sound pulses in phase. The display device must therefore be a device which indicates the state of phase equality of two pulses.

Das übliche Verfahren, den Zustand der Phasengleichheit zu bestimmen, besteht darin, einen Kopfhörer zu verwenden. Dieser kann nach zwei verschiedenen Methoden verwendet werden, welche als binaurale bzw. als Maximummethode bekannt sind.The usual procedure to determine the state of phase equality is to: to use headphones. This can be used in two different ways which are known as the binaural or the maximum method.

Bei der binauralen Methode werden die Schallimpulse nach getrennter Hindurchführung durch den Kompensator dem linken bzw. rechten Ohre zugeführt. Wenn die von den zwei Gruppen ausgehenden Impulse das linke und rechte Ohr gleichzeitig erreichen, so scheint das Schaltbild in der Mitte zu liegen, und man sagt: der Kompensator ist binaural auf Mittenrichtung eingestellt.With the binaural method, the sound impulses are passed through separately fed through the compensator to the left or right ear. When the two groups of outgoing impulses reach the left and right ears at the same time, so the circuit diagram seems to be in the middle, and one says: the compensator is binaural set to center direction.

Bei der Maximummethode werden die von den beiden Empfängergruppen ausgehenden Impulse nach getrennter Hindurchführung durch den Kompensator vereinigt, ehe sie zu den Ohren weitergeleitet werden. Wenn die Impulse in Phase stehen, wird der in den Empfängern gehörte Schall die größte Lautstärke oder ein Maximum besitzen.The maximum method uses the outgoing from the two recipient groups Impulses combined after separate passage through the compensator before they to passed on to the ears. When the pulses are in phase, the one in the Sound heard by receivers has the greatest volume or maximum.

Offensichtlich muß die Anzeigevorrichtung stets eine derartige sein, daß sie den Zustand der Phasengleichheit anzeigt.Obviously, the display device must always be such that it shows the state which indicates phase equality.

Die üblichen Verfahren zur Bestimmung des Zustandes der Phasengleichheit der zwei Arten von Impulsen mittels Telephon, wie vorher angegeben, weisen verschiedene schwere Nachteile auf. Die binaurale Methode verlangt trotz ihrer großen Genauigkeit einen erfahrenen Beobachter, dessen binaurales· Hörvermögen in langer Praxis sorgfältig ausgebildet ist. Derartig ausgebildete Beobachter sind schwer zu haben und sind im Bedarfsfalle häufig nicht sofort verfügbar. Bei der Maximummethode ist ein ausgebildeter Beobachter nicht erforderlich, da praktisch jeder Mensch mit normalem Hörvermögen angeben kann, wann ein Schall seine maximale Laut-The usual procedures for determining the state of phase equality of the two Types of impulses by telephone, as previously indicated, have various degrees of severity Disadvantages on. The binaural method, despite its great accuracy, requires one experienced observer whose binaural hearing ability has been carefully trained over a long period of practice is. Such trained observers are difficult to have and are available in case of need often not immediately available. The maximum method is a trained observer not necessary, since practically everyone with normal hearing can indicate when a sound reaches its maximum loudness

stärke erreicht. Die Maximummethode ist indessen nicht so genau, weil das Maximum nicht ein scharf begrenzter Punkt ist. Wenn man sich nämlich dem Punkte nähert, bei dem die beiden Gruppen von Impulsen phasengleich werden, kann der Kompensator über einen weiten Bereich geändert werden, ohne daß praktisch eine merkbare Änderung der Lautstärke in den Telephonen bewirkt wird. ίο Ein weiteres Verfahren bei Verwendung von Telephonempfängern als Phasenanzeiger ist als Minimummethode bekannt. Bei der Minimummethode werden die Impulse nach Durchgang durch den Kompensator einander derart entgegengeleitet, d. h. die Empfänger sind gegeneinander geschaltet, so daß bei der richtigen Einstellung des Kompensators die von den beiden Empfängergruppen ausgehenden Impulse einander aufheben und kein Schall in den Kopfhörern gehört wird. Dieses Verfahren ist in der Praxis selten verwendet worden, weil der Schall bei Erreichen der richtigen Kompensatoreinstellung verschwindet. Es ist dann unmöglich, anzugeben, ob die Minimumeinstellung erreicht ist oder ob das abzuhörende Signal aus irgendeinem Grunde verschwunden ist oder ob in dem Leitungssystem eine Störung aufgetreten ist. Erfmdungsgemäß wird bei einem Verfahren zur Richtungsbestimmung einer Schallquelle unter Verwendung des Nullverfahrens mittels Gegeneinander schaltung von zwei Empfängern oder Empfängergruppen dauernd das Vorhandensein des aufzunehmenden Schalles, z. B. Signals, akustisch oder optisch kontrolliert. Nach der Erfindung wird ferner eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens geschaffen. Sie besteht aus einer Einrichtung zum Anzeigen der Minimumkompensatoreinstellung und aus einer Einrichtung zum gleichzeitigen Beobachten des Signals.strength achieved. The maximum method, however, is not so precise because it is the maximum is not a sharply delimited point. When you approach the point where the two groups of pulses become in phase, the compensator can be changed over a wide range without that practically a noticeable change in the volume is effected in the telephones. ίο Another method of using telephone receivers as phase indicators is known as the minimized method. With the minimization method, the pulses become one another after passing through the compensator directed in the opposite direction, d. H. the receivers are switched against each other, so that in the correct setting of the compensator is that of the two groups of recipients Impulses cancel each other out and no sound is heard in the headphones. This Method has rarely been used in practice because the sound when reaching the correct compensator setting disappears. It is then impossible to say whether the minimum setting is reached or whether the signal to be monitored from any Reason has disappeared or whether a fault has occurred in the line system. According to the invention, in a method for determining the direction of a sound source using the zero method by switching two receivers against each other or groups of recipients constantly the presence of the sound to be recorded, z. B. Signal, acoustically or visually controlled. According to the invention there is also an apparatus created to carry out this procedure. It consists of a device for displaying the minimum compensator setting and means for simultaneously observing the signal.

Die Minimumeinstellung des Kompensators kann durch Telephonempfänger erreicht werden, und die Beständigkeit des Signals wird gleichzeitig durch eine optische Anzeigevorrichtung angezeigt. In diesem Falle kann die optische Anzeigevorrichtung derart eingerichtet sein, daß sie ein Maximum anzeigt. Andererseits kann die Minimumeinstellung des Kompensators optisch angezeigt und das Signal selbst mittels Telephon akustisch verfolgt werden. In diesem Falle können die Telephone so eingerichtet sein, daß sie ein Maximum oder ein binaural kombiniertes Maximum anzeigen, wenn der optische Anzeiger ein Minimum anzeigt.The minimum setting of the compensator can be achieved by telephone receivers, and the persistence of the signal is simultaneously indicated by a visual display device displayed. In this case, the optical display device can be set up in this way be that it shows a maximum. On the other hand, the minimum setting of the compensator can be visually displayed and that Signal itself can be followed acoustically by telephone. In this case, the Telephones can be set up to have a maximum or a binaural combined Show maximum when the optical indicator shows a minimum.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Abb. ι schematisch sechs Empfänger, von denen vier beiden Kompensatorwegen gemeinsam sind, sowie Telephonempfänger, welche so geschaltet sind, daß sie bei Einstellung des Kompensators -in Mittenrichtung ein Maximum anzeigen, und ferner einen optischen Indikator, der so geschaltet ist, daß er ein Minimum anzeigt,Further details of the invention are explained with reference to the drawings. Show it Fig. Ι schematically six receivers, four of which have two compensator paths in common are, as well as telephone receivers, which are switched so that they are when set of the compensator -show a maximum in the center direction, and also one optical indicator which is connected in such a way that it shows a minimum,

Abb. 2 schematisch sechs Empfänger, von denen je drei mit einem der beiden Kompensatorwege verbunden sind, ferner Telephonempfänger, welche derart geschaltet sind, daß sie ein binaurales Maximum gleichzeitig anzeigen. Fig. 2 schematically six receivers, three of which each with one of the two compensator paths are connected, furthermore telephone receivers which are connected in such a way that they display a binaural maximum at the same time.

In Abb. ι sind sechs Schallempfänger 1, 2, 3, 4, S und 6 dargestellt. Von diesen bilden 1, 2, 3, 4 und 5 die linke Basis und 2, 3, 4, 5 und 6 die rechte Basis. Die von den Empfängern der linken Basis empfangenen Impulse werden dem einen Wege 7 des Kompensators zugeführt; diejenigen, welche von der rechten Basis empfangen werden, werden dem anderen Wege 8 des Kompensators zugeführt. Die Ausgangsklemmen der Verzögerungsleitungen 7 und 8 werden mit den Primärspulen von Transformatoren 9 bzw. 10 verbunden. Die Sekundärspulen der Transformatoren 9 und 10 werden in Reihe geschaltet, und zwar entgegengesetzt mittels einer Leitung 12.In Fig. Ι there are six sound receivers 1, 2, 3, 4, S and 6 shown. Of these, 1, 2, 3, 4 and 5 form the left base and 2, 3, 4, 5 and 6 the right base. The pulses received by the receivers on the left base are fed to one path 7 of the compensator; those who are from the right Basis are received, are fed to the other path 8 of the compensator. the Output terminals of delay lines 7 and 8 are connected to the primary coils of Transformers 9 and 10 connected. The secondary coils of transformers 9 and 10 are connected in series, in opposite directions by means of a line 12.

Leitungen 13 und 14 verbinden die Ausgangsleitung der Transformatoren 9 und 10 mit dem aus Röhren 15 und 16 bestehenden zweistufigen Verstärker. Die Ausgangsleitung der Verstärkerröhre 16 wird mittels eines Transformators 17 mit dem Gitter der Detektorröhre 18 verbunden. Der Anodenstrom der Röhre 18 wird optisch durch ein Galvanometer oder eine andere optische Anzeigevorrichtung 19 angezeigt, wenn der Schalter 23, welcher vorgesehen sein kann, geschlossen ist. Der Anodenstrom kann durch Veränderung des durch, eine Batterie 22 zugeführten Anodenpotentials mittels eines Regulierwiderstandes 24 eingestellt werden. Der stetige Anodenstrom der Röhre 18 würde normalerweise einen Ausschlag des Galvanometers 19 hervorrufen, wenn kein Signal empfangen wird. Dadurch würde das Instrument ziemlich unempfindlich gegenüber einem durch das Signal hervorgerufenen Strom werden, da letzterer nur in Mikroamperegröße auftritt, während der stetige Anodenstrom Milliampere- u₀ größe hat. Deshalb kann der stetige Anodenstrom, der auch ohne Empfang eines Signals fließt, im wesentlichen durch Zuführung eines gleichen Potentials in entgegengesetzter Richtung aufgehoben werden. Dies könnte er- n₅ folgen durch Nebenschluß des Galvanometers mit einer Batterie-21 und einem hinter diese geschalteten Regulierwiderstand 20.Lines 13 and 14 connect the output line of transformers 9 and 10 to the two-stage amplifier consisting of tubes 15 and 16. The output line of the amplifier tube 16 is connected to the grid of the detector tube 18 by means of a transformer 17. The anode current of the tube 18 is indicated optically by a galvanometer or other optical display device 19 when the switch 23, which may be provided, is closed. The anode current can be adjusted by changing the anode potential supplied by a battery 22 by means of a regulating resistor 24. The steady anode current of the tube 18 would normally cause the galvanometer 19 to swing out if no signal is received. This would make the instrument quite insensitive to a current caused by the signal, since the latter only occurs in microampere _{magnitude, while the steady anode current is milliampere- u 0} magnitude. Therefore, the steady anode current, which flows even without receiving a signal, can essentially be canceled by supplying the same potential in the opposite direction. This ER could n ₅ followed by shunt of the galvanometer with a battery 21 and a switched behind this regulating resistance 20th

Telephonempfänger 11 werden parallel zur Ausgangsleitung der Kompensationsleitungen 7 und 8 geschaltet.Telephone receivers 11 are parallel to the Output line of the compensation lines 7 and 8 switched.

Bei einer Schaltung nach Abb. 1 wird derIn a circuit according to Fig. 1, the

durch die Telephone erzeugte Schall ein Maximum aufweisen, wenn der Kompensator richtig eingestellt ist, während das Galvanometer oder die optische Anzeigevorrichtung 19 einen Minimalwert zeigt. Auf diese Weise können die Vorteile der Minimummethode für die Mitteneinstellung des !Compensators erzielt werden, während gleichzeitig das zu beobachtende Signal abgehört und durch die TeIephone 11 identifiziert werden kann, wodurch jeder Zweifel über das dauernde Vorhandensein und die Identität des Signals, dessen Richtung bestimmt werden soll, beseitigt wird. Die sechs in Abb. 2 dargestellten Empfänger sind in zwei Gruppen, jede zu dreien, unterteilt. Jede Gruppe ist mit ihren entsprechenden Verzögerungsleitungen 31 bzw. 32 verbunden. Die Ausgangsleitungen derselben sind mit den Primärspulen von Transformatoren 35 und 36 verbunden. Die Sekundärspulen dieser Transformatoren sind in Reihe entgegengesetzt mit einem Verstärker und einem bei 37 schematisch angedeuteten optischen Anzeiger, der ähnlich dem in Abb. 1 dargestellten ist, verbunden. Die Telephonempfänger 33 sind so geschaltet, daß ein binauraler Effekt entsteht, wenn ein Schalter 34 geöffnet ist. Ist der Schalter 34 geschlossen, so zeigen die Telephone 33 einMaximum an. Die in Abb. 2 dargestellte Anordnung wird indessen gewöhnlich mit geöffnetem Schalter 34 verwendet. Zum maximalen Anzeigen in den Telephonen ist die Anordnung der Empfänger 1 bis 6 nach Abb. 1 vorzuziehen.The sound generated by the telephones will have a maximum if the compensator is correct is set, while the galvanometer or the optical display device 19 a Shows minimum value. In this way, the advantages of the minimized method for the Center setting of the! Compensator can be achieved while at the same time the to be observed Signal tapped and identified by the telephone 11, whereby any doubt about the permanent presence and identity of the signal, its Direction to be determined is eliminated. The six receivers shown in Fig. 2 are divided into two groups, each of three. Each group is related to theirs Delay lines 31 and 32 connected. The output lines of the same are connected to the primary coils of transformers 35 and 36. The secondary coils these transformers are in series opposite one another with an amplifier and one indicated schematically at 37 visual indicator similar to that shown in Fig. 1. The telephone receivers 33 are connected in such a way that a binaural effect occurs when a switch 34 is open. If the switch 34 is closed, so the telephones 33 indicate a maximum. The arrangement shown in Fig. 2, however, is usually with the open Switch 34 used. For maximum display in the telephones, the arrangement is the receivers 1 to 6 according to Fig. 1 are preferable.

Bei den dargestellten Anordnungen würde das optische Anzeigegerät nach beiden Abbildungen ein Minimum anzeigen, wenn der Kompensator für die Mitteneinstellung eingestellt ist. Bei Umkehrung der Leitungen nach den Sekundärspulen der Transformatoren 10 oder 36 können die entsprechenden Galvanometer ein Maximum anzeigen.In the illustrated arrangements, the optical display device would be according to both figures display a minimum when the compensator is set for center adjustment is. When reversing the lines after the secondary coils of the transformers 10 or 36, the corresponding Galvanometer show a maximum.

In Abänderung der Ausführung nachAbb. 1 können der Verstärker und der Anzeiger auch mit den Telephonen vertauscht werden. In diesem Falle wird das Galvanometer ein Maximum und die Telephone ein Minimum anzeigen. Es ist auch möglich, das optische Anzeigegerät allein zu verwenden, das so geschaltet ist, daß es entweder ein Maximum oder ein Minimum anzeigt, ohne daß Telephone verwendet werden. Dies hat den Vorteil, daß die Ohren für Gespräche frei bleiben.In a modification of the design according to Fig. 1, the amplifier and the display can also be swapped with the telephones. In this case the galvanometer becomes a maximum and the telephones a minimum Show. It is also possible to use the optical display device alone that is so switched is that it indicates either a maximum or a minimum without using telephones. This has the advantage that the ears remain free for conversation.

Es ist zu beachten, daß Schaltungen von Schallempfängern oder anderen als in den Zeichnungen dargestellten Anzeigegeräten im Rahmen der Erfindung verwendet werden können.It should be noted that circuits of sound receivers or other than in the Drawings shown display devices are used within the scope of the invention can.

Claims

Patent claims:

1. Method for determining the direction of a sound source using the Zero procedure by switching two recipients or groups of recipients against each other, characterized in that that the presence of the sound to be recorded, z. B. signal, acoustically or visually is controlled.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with a plurality of receiver groups, a compensation and phase reversal device as well as an acoustic adjustment device for the zero value, characterized in that for the optical permanent control of the sound to be recorded,

z. B. the signal, a device is provided which around the acoustic Zero point has its maximum values.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with a plurality of receiver groups, a compensation and phase reversal device and an optical adjustment device for the zero value, characterized in that for the continuous acoustic control of the sound to be recorded,

z. B. signal, a device is provided which around the optical zero point shows its maximum values.

4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 with a plurality of receiver groups, a compensation and phase reversal device as well as an optical adjustment device, characterized in that a further optical device for the permanent control of the sound to be recorded, e.g. B. the signal is provided.

5. Device according to claims 2 to 4, characterized in that for the optical adjustment device or a device for optical permanent control serves, which consists of the connection of a rectifier with a measuring instrument.

For this purpose ι sheet of drawings