DE1566857C3

DE1566857C3 - Device for binaural signal reception in sonar systems

Info

Publication number: DE1566857C3
Application number: DE19671566857
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. 2807 Achim Mueller
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1967-11-18
Filing date: 1967-11-18
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE1566857A1; DE1566857B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum binauralen Signalempfang bei Sonaranlagen.The invention relates to a device for binaural signal reception in sonar systems.

Bei Sonaranlagen, die einen größeren Beobachtungssektor simultan erfassen, z. B. bei Panorama-Anlagen, ist es ein bekanntes Verfahren, die Stör- und Nutzgeräusche oder die Echosignale aus dem Beobachtungssektor auf dem Schirm einer Braunschen Röhre winkelgetreu entsprechend ihrer Einfallsrichtung darzustellen. Diese Darstellung ist auch bei Radargeräten bekannt und wird allgemein als PPI-(Plan-Position-Indicator-) Darstellung bezeichnet.In the case of sonar systems that cover a larger observation sector simultaneously, e.g. B. for panorama systems, it is a well-known method, the interfering and useful noises or the echo signals from the observation sector on the screen of a Braun tube at the correct angle according to their direction of incidence. This representation is also known in radar devices and is commonly referred to as a PPI (Plan Position Indicator) representation.

Neben der optischen Darstellung der Sonarsignale ist die akustische Wiedergabe von großem Wert für den Orter, da das gleichzeitige Wahrnehmen einer Information mit dem Auge und dem Ohr — besonders in Fällen mit geringem Nutz-zu-Störverhältnis — die Wahrscheinlichkeit der Erkennung bzw. Anfangsdekkung eines Nutzsignals verbessertIn addition to the visual representation of the sonar signals, the acoustic reproduction is of great value for the location, since the simultaneous perception of information with the eye and the ear - especially in Cases with a low useful-to-interference ratio - the probability of detection or initial coverage of a useful signal improved

Nachteilig bei der akustischen Beobachtung: der Signale aus einem größeren Sektor ist jedoch die fehlende Richtungsauflösung. Die Möglichkeit des Riehtungshörens, die im Leben des Menschen als Selbstverständlichkeit empfunden wird, fehlt hier.The disadvantage of acoustic observation: the signals from a larger sector, however, is the lack of directional resolution. The possibility of directional hearing which is taken for granted in human life is missing here.

Das ist aus zweierlei Gründen von NachteilThis is disadvantageous for two reasons

Zum einen, weil die Richtungsinformation als solche fehlt, und zum anderen, weil das gleichzeitige Hören der Signale aus allen möglichen Richtungen zu einem lautstärkemäßig höheren Störwert führt, der ein relativ schwaches Signal aus einer bestimmten Richtung weitgehend überdeckt Wäre eine Richtungsinformation vorhanden, könnte das Ohr die Wahrnehmungen nach Richtungen unterscheiden und damit aus einzelnen Richtungen noch leisere Geräusche erkennen. Das ist allgemein bekannt. Es ist z. B. relativ einfach, in einer Unterhaltung mehrerer Personen sich auf einen Sprecher zu konzentrieren und diesen aus den Stimmen der anderen herauszuhören.On the one hand, because the directional information as such absent, and secondly because simultaneous listening of signals from all possible directions to one volume-wise higher disturbance value, which leads to a relatively weak signal from a certain direction to a large extent covered If directional information were available, the ear could follow the perceptions Differentiate between directions and thus recognize even quieter noises from individual directions. That is well known. It is Z. B. relatively easy, in a conversation of several people on one speaker to concentrate and to hear this from the voices of the others.

Die bekannten Sonaranlagen enthalten die akustische Richtungsbestimmung des einfallenden Schalles nur als Maximumpeilung. Dabei wird die akustische Meßrichtung so geschwenkt, bis der Orter den Eindruck maximaler Intensität hat. Bei den Suchstrahl-Sonaranlagen geschieht dieses durch Schwenken der Schwingerbasis und damit der Empfangscharakteristik, bei Sonaranlagen mit elektrischer Schwenkung der Empfangsrichtcharakteristik und feststehender Schwingerbasis durch Betätigen von elektrischen Kompensatoren. The known sonar systems contain the acoustic directional determination of the incident sound only as a maximum bearing. The acoustic measurement direction is swiveled until the location gives the impression maximum intensity. With the search beam sonar systems this is done by swiveling the transducer base and thus the reception characteristics, in sonar systems with electrical swiveling of the receiving directional characteristic and fixed Oscillator base by actuating electrical compensators.

Es gibt auch Sonaranlagen, bei denen ein großer Beobachtungssektor mit Hilfe fest eingestellter Kompensatoren in mehrere schärfer gebündelt benachbarte schmale Sektoren aufgeteilt ist, in sogenannte vorkompensierte Richtungen (englisch als preformed beams bezeichnet). Hier kann der akustische Wiedergabeteil auf die verschiedenen vorkompensierten Richtungen geschaltet und dadurch dann die Maximumpeilung durchgeführt werden. Die Erfindung bezieht sich auf derartige Anlagen. Sie vermeidet die geschilderten Nachteile durch eine Einrichtung zur simultanen akustischen Wiedergabe der Empfangssignale einer Sonaranlage, die aus einer ebenen oder gekrümmten Empfängerbasis mit einer Vielzahl von Einzelschwingern mit Hilfe eines Kompensationsnetzwerkes Ausgangssignale für schärfer gebündelte, benachbarte Empfangssektoren bildet, bei der die Ausgangsspannungen des Kompensationsnetzwerkes unter Zwischenschaltung einer Anordnung zur Amplitudenstaffelung derart, wie es dem Lautstärkenunterschied bei Schalleinfall aus den jeweiligen Richtungen am rechten und linken Ohr in Luft entspricht, auf zwei Laufzeitketten geschaltet werden, deren Glieder Verzögerungen aufweisen, die gleich oder proportional dem Laufzeitunterschied an den beiden Ohren für die jeweilige Richtung sind und an deren Ausgängen Kopfhörer oder Lautsprecher als binaurale Wiedergabeeinrichtung angeschlossen sind.There are also sonar systems in which a large observation sector with the help of fixed compensators is divided into several narrow sectors that are more closely bundled together, so-called precompensated Directions (English referred to as preformed beams). Here the acoustic playback part switched to the different precompensated directions and thereby the maximum bearing be performed. The invention relates to such systems. She avoids the described Disadvantages due to a device for the simultaneous acoustic reproduction of the received signals of a sonar system, that consists of a flat or curved receiver base with a large number of individual transducers forms output signals for more sharply bundled, neighboring receiving sectors with the aid of a compensation network, in which the output voltages of the Compensation network with the interposition of an arrangement for amplitude graduation such as there is the difference in volume when sound is incident from the respective directions at the right and left ear in air, are switched to two delay chains, the links of which have delays that are equal to or proportional to the difference in transit time at the two ears for the respective direction and headphones or loudspeakers are connected to the outputs as binaural playback devices.

Eine derartige Einrichtung vermittelt einen ausgesprochenen Richtungseindruck.Such a device gives a distinct sense of direction.

Befindet sich eine Geräuschquelle links, in der Mitte oder rechts im Beobachtungssektor, dann hat der Orter ebenfalls den Eindruck, als höre er das Geräusch links, in der Mitte oder rechts.If there is a noise source on the left, in the middle or on the right in the observation sector, then the location has also the impression that he hears the sound on the left, in the middle or on the right.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispieles erläutert (Fig. I).The invention is illustrated below by means of an example explained (Fig. I).

Eine ebene Empfängerbasis 1 mit äquidistanten Schwingern wird auf ein Kompensationsnetzwerk 2 geschaltet an dessen Ausgängen die Signale für die schärfer gebündelten, benachbarten Empfangssektoren 3.1... 3S liegen. Die Ausgangsspannungen werden auf eine Amplitudenstaffelungsanordnung 4.1 und 4.2 und weiter auf zwei Laufzeitketten 5.1 und 5.2 geschaltet, an deren Ausgänge je ein Kopfhörer (6) für das rechte und das linke Ohr angeschlossen sind.A level receiver base 1 with equidistant oscillators is connected to a compensation network 2 at its outputs the signals for the more sharply bundled, neighboring receiving sectors 3.1 ... 3S. The output voltages are on an amplitude staggered arrangement 4.1 and 4.2 and further connected to two delay chains 5.1 and 5.2 the outputs of which are connected to headphones (6) for the right and left ear.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende:
Trifft aus einer Schalleinfallsrichtung et Schall auf die Schwingerbasis, dann addiert der Richtungsbildner 2 die Spannungen der einzelnen Schwingerelemente so auf, daß an dem Ausgang, der der Einfallsrichtung entspricht — in diesem Beispiel der siebente von links — die Summe aller Schwingerspannungen entsteht, während sich an den anderen Ausgängen nahezu der Wert Null ergibt.The mode of operation of the invention is as follows:
If sound hits the transducer base from a direction of sound incidence, then the direction generator 2 adds the voltages of the individual transducer elements in such a way that at the output corresponding to the direction of incidence - in this example the seventh from the left - the sum of all oscillation voltages arises while at the other outputs almost result in a value of zero.

Diese Summenspannung gelangt dann über die Amplitudenstaffelungen 4.1 und 4.2 auf die Laufzeitketten 5.1 und 5.2. Die Amplitudenstaffelungen bestehen z. B. aus Spannungsteilern, deren Teilerverhältnisse unter-This total voltage is then applied to the runtime chains via the amplitude graduations 4.1 and 4.2 5.1 and 5.2. The amplitude graduations exist z. B. from voltage dividers, the divider ratios of which

schiedlich sind. Ein Signal, das von der vorkompensierten Richtung 3.1 erfaßt wird* gelangt mit der vollen j Amplitude auf die linke Laufzeitkette und mit etwa 30 j bis 50% auf die rechte Laufzeitkette. Für vorkompensierte Richtungen aus der Mitte wird das Signal gleichmäßig auf beide Ketten verteilt und für die Richtungen aus der rechten Hälfte des Beobachtungssektors erhält die rechte Laufzeitkette mehr Spannung als die linke.are different. A signal that comes from the precompensated Direction 3.1 is detected * reaches the left transit time chain with the full j amplitude and with about 30 j up to 50% on the right maturity chain. For precompensated directions from the center, the signal becomes uniform distributed on both chains and received for the directions from the right half of the observation sector the right runtime chain has more tension than the left.

Diese Amplitudenaufteilung bewirkt für den Hörer schon für sich einen gewissen Richtungseindruck, der jedoch durch die Laufzeitunterschiede, die die Signale in den Laufzeitketten erleiden, noch verstärkt wird. Signale aus der Mitte des Beobachtungssektors werden für beide Kopfhörer gleich viel verzögert, Signale aus dem linken und rechten Teil unterschiedlich, so daß sie '5 das linke bzw. rechte Ohr des Hörers früher erreichen.For the listener, this division of amplitudes already creates a certain sense of direction, the however, it is amplified by the differences in runtime that the signals suffer in the runtime chains. Signals from the middle of the observation sector are delayed equally for both headphones, signals off the left and right parts different, so that they '5 reach the listener's left or right ear earlier.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Beispiel. Es lassen sich auch gekrümmte Empfangsgruppen verwenden. Auch für solche sind Netzwerke bekannt, die schärfer gebündelte, benachbarte Empfangssektoren vorkompensieren.The invention is not restricted to the example shown. Curved receiving groups can also be used use. Networks are also known for such, the more sharply bundled, neighboring ones Pre-compensate receiving sectors.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, F i g. 2, sind die beiden Laufzeitketten 5.1 und 52 mit ihren Amplitudenstaffelungsanordnungen 4.1 und 4.2 zu einer einzigen Laufzeitkette (5) und Bedämpfungswiderständen (4) zusammengefaßt Die Einspeisung der Signale erfolgt in diesem Falle niederohmig über Widerstände, die gleichzeitig die Kette bedampfen. Die Signale erleiden beim Durchlaufen der Laufzeitkette nicht nur eine Verzögerung, sondern ebenfalls eine Amplitudenverringerung, die proportional dem Weg ist, den sie in der Kette zurücklegen.In a further embodiment, FIG. 2, the two delay chains 5.1 and 52 with their amplitude staggered arrangements 4.1 and 4.2 are combined into a single delay chain (5) and damping resistors (4). When traversing the delay chain, the signals suffer not only a delay, but also a reduction in amplitude that is proportional to the path they cover in the chain.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for binaural signal reception in sonar systems that consist of a flat or curved Receiver base with a large number of individual transducers with the help of a compensation network Forms output signals for more sharply bundled, neighboring receiving sectors, thereby characterized in that the output voltages of the compensation network are interposed an arrangement for amplitude staggering such as the volume difference corresponds to sound incidence from the respective directions at the right and left ear in air two delay chains are switched, the links of which have delays that are equal or proportional the difference in transit time at the two ears for the respective direction and at their Outputs headphones or speakers as binaural Playback device are connected.

2. Device according to claim!, Characterized in that that the two runtime chains with their amplitude staggered arrangements form a chain with amplitude graduation and combined with two outputs for the binaural display device will.