ЗВУКОУЛАВЛИВАТЕЛЬ, МОГУЩИЙ СЛУЖИТЬ ПЕЛЕНГАТОРОМ Советский патент 1929 года по МПК G01S3/80 

Предметом изобретения является звукоулавливатель, могущий служить пеленгатором.

Отличительная особенность описываемого звукоулавливателя состоит в том, что в нем применен вращающийся диск с размещенными на его окружности двумя или несколькими микрофонами, соединенными с ламелями вращающихся синхронно с диском двух коллекторов, по поверхности которых скользят две щетки, сдвигающиеся на любой угол, с целью искусственного изменения высоты принимаемого устройством звука и отделения его от местных звуков той же высоты.

В электрическую цепь микрофонов может быть включен усилитель, фильтр, настраиваемый на принимаемую частоту, и телефон.

В звукоулавливателе могут быть применены две щетки, сдвигаемые относительно друг друга на любой угол, и два фильтра, настроенные либо на основную частоту принимаемого звука, либо на одну из его гармоник.

На фиг. I дана схема предлагаемого звукоулавливателя; на фиг. 2 - расчет средней линейной скорости микрофона, укрепленного на вращающемся диске; на фиг. 3 - круг для отсчета направления звука; на фиг. 4 - синусоида звука; на фиг. 5 - схема звукоулавливателя с применением двух пар щеток; на фиг. 6 и 7 - два варианта усилительной трубы, соединенной со щетками.

По окружности диска I, вращаемого электродвигателем или каким-либо другим способом, обеспечивающим постоянство числа оборотов, расположены два или несколько микрофонов 2. Микрофоны не должны страдать от действия центробежной силы. На той же оси сидят два изолированных друг от друга коллектора 3. К одному на них приключен одни полюс микрофонов, к другому - другой. Число лемелей на каждом коллекторе равно числу микрофонов по окружности диска. Ширина ламели не должна быть очень большой. По поверхности каждого из коллекторов скользит щетка 4, причем ламели и щетки расположены таким образом, что соответствующие ламели на обоих коллекторах одновременно проходят под щетками, тем самым замыкая цепь микрофон 2 - батарее 5 - усилитель 6. В этот момент микрофон работает и превращает звуковые колебания в электрические, усиливаемые усилителем 6, отсеиваемые фильтром 7 и воспроизводимые в виде звука телефоном 8 или в виде светового сигнала лампочкой 9, включаемой реле 10.

Микрофон воспринимает звук той высоты, которая соответствует составляющей его мгновенной средней скорости в данной точке окружности, перемещающейся в направлении источника звука (берется средняя скорость микрофона, т.к. отдельные точки микрофона в зависимости от расстояния их от центра диска имеют различные линейные скорости). Так как мембрана микрофона может колебаться только как целое, решающей для частоты принимаемых звуков является составляющая средней линейной скорости , которая равняется

где - расстояние средней точка микрофона от центра диска, а - число оборотов диска в минуту. Составляющая средней линейной скорости в направлении источника звука (см. фиг. 2) равна

где - угол между щетками и направлением, перпендикулярным к направлению источника звука.

Изменение высоты звука при передвижении щеток по окружности диска определяется выражением:

где - постоянная, зависящая от геометрических размеров микрофонного диска и самих микрофонов, а также от скорости вращения (если принять скорость звука за величину постоянную); с - скорость звука.

Меняя , то есть сдвигая щетки на определенный угол, получают изменение высоты звука. Наивысший (наводящий) звук получают при . то есть (180°), т.е. при расположении щеток по перпендикуляру к направлению звука. Следовательно, устанавливая щетки в положение, при котором в телефоне слышен самый высокий (низкий) звук, получают направление звука. Для непосредственного отсчета направления служит круг II с делениями в виде градусов или розы ветров, снабженный указателем 12, наглухо соединенным со щетками 4 под прямым углом к последним (см. фаг. 3).

Описанный способ страдает известной неточностью, так как по мере приближения к точке наибольшей высоты звука кривая (см. фиг. 4) становится все более и более пологой, так что субъективный критерий в этом случае недостаточен.

Более точен другой способ, для осуществления которого требуются две пары щеток 13 и 14 (см. фиг. 5), расположенных диаметрально противоположно друг другу. Каждая пара щеток подает принятые сигналы на особый усилитель 6,6^I и особый фильтр 7,7^I, после чего эти сигналы налагаются один на другой в общем приемнике 15. Очевидно, что частоты обоих звуков будут различны. Если сделать постоянную в формуле (3) такой величины, чтобы интервал обоих звуков равнялся в требуемом положении чистой октаве, чистой квинте или, в крайнем случае, большой терции, то можно добиться большей точности, устанавливая щетки на исчезновение биений и аналогично тому, как настраиваются струнные музыкальные инструменты. При этом фильтры 7,7^I должны быть настроены не на сами основные тона, но на их общие обертоны, о биениях между которыми только и может идти речь. Так, например, в случае октавного интервала оба фильтра должны быть настроены на частоту высшего тона, являющуюся второй гармоникой низшего. В случае квинты следует настроить фильтры на октаву (вторую гармонику) высшего тона и на дуодециму (третью гармонику) низшего тона. Наконец, интервал терции требует настройки фильтров на вторую октаву (четвертую гармонику) высшего тона и на терцию третьей октавы (пятую гармонику) низшего тона. При этом для силы приема наиболее благоприятным является случай октавы, наименее благоприятным - случай терции. С другой стороны, для создания необходимой скорости вращения, октава требует (при скорости звука равной 330 м/сек и диаметра диска в 2 м) 1050, квинта - 630, терция - лишь 350 оборотов в минуту, что значительно облегчает устройство, так как позволяет пользоваться диском меньшего диаметра.

Недостаток этого способа заключается в том, что фильтры пропускают гармоники местных мешающих звуков, если их высота тождественна с подлинной (неискаженной) частотой принимаемого отдаленного звука. Этот недостаток может быть устранен, если углы и равны не 0° и 180°, а каким-либо двум другим величинам, достаточно отличающимся друг от друга и подобранным таким образом, чтобы при данной скорости вращения в данном диаметре диска между обоими принимаемыми звуками образовался бы один из упомянутых консонирующих интервалов.

Возможен еще один способ пеленгования - достаточно точный, но применимый только при полном отсутствии местных сигналов. Согласно этому способу обо пары щеток, отстоящие на 180°, располагаются приблизительно в направлении принимаемого звука. Применяемые фильтры настроены на основную частоту. При наложении обоих принятых звуков возникают биения, исчезающие при полном совпадении щеток с направлением приходящего звука.

Описываемый звукоулавливатель может использоваться не только для определения направления источника звуков характера артиллерийской стрельбы, но и всяких других источников звука, например авиационных двигателей. При этом иногда необходимо снабдить устройство вертикальным поворотным кругом, чтобы звукоулавливатель работал не только в горизонтальной плоскости. Такой звукоулавливатель не требует подобно известным установки в уединенном и тихом месте, он может быть поставлен на аэродроме, где стоит дежурный отряд истребителей, что значительно облегчает и ускоряет связь между наблюдательными и боевыми органами.

Применительно в морской обстановке желательно поместить наблюдателя в специальную кабину со звуконепроницаемыми стенками, а микрофонный диск установить снаружи. Можно пользоваться еще и усилительной трубой (рупором), вращаемой вместе со щетками (см. фиг. 6 и 7).

1. Звукоулавливатель, могущий служить пеленгатором, отличающийся применением вращающегося диска с размеченными на его окружности двумя или несколькими микрофонами, соединенными с ламелями вращающихся синхронно с диском двух коллекторов 3, по поверхности которых скользят две щетки, которые могут сдвигаться на любой угол, с целью искусственного изменения высоты принимаемого звука и отделения его от местных звуков той же высоты.

2. Форма выполнения прибора по п. 1, состояния из включенных в электрическую цепь микрофонов, усилителя, фильтра, настраиваемого на принимаемую частоту, и телефона.

3. Форма выполнения прибора по п. 1, отличающаяся применением двух пар веток, сдвигаемых одна относительно другой на любой угол, и двух фильтров, настроенных либо на основную частоту принимаемого звука, либо на одну из его гармоник.