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Patent Searching and Data


Title:
SIGNAL-TRANSMISSION METHOD AND DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1992/012581
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to establish a voice link between divers under water, the invention calls for ultrasonic transmission using a pulse-modulation technique with constant pulse amplitude, the pulse amplitude being held just below the cavitation limit in water. This makes long-range, high-quality speech communication possible between an underwater transmitter (1 to 7) and an underwater receiver (8 to 14).

Inventors:
Brosow, J�rgen (Plainfield 156, Hof, A-5322, AT)
Application Number:
PCT/EP1991/002514
Publication Date:
July 23, 1992
Filing Date:
December 27, 1991
Export Citation:
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Assignee:
Brosow, J�rgen (Plainfield 156, Hof, A-5322, AT)
International Classes:
H04B11/00; (IPC1-7): H04B11/00
Foreign References:
DE2656969A1
US3958215A
US4039999A
US3806862A
Attorney, Agent or Firm:
LEINWEBER & ZIMMERMANN (Rosental 7, M�nchen 2, D-8000, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen eines Informationssignals von einem an einem ersten Ort befindlichen Sender zu einem an einem davon entfernten zweiten Ort befindlichen Empfänger über ein ultraschalleitendes Medium, bei dem in dem Sender ein von dem Sender an das ultraschalleitende Medium abgege¬ benes Ultraschallträgersignal vorgegebener Frequenz mit dem Informationssignal moduliert und in dem Empfänger das aus dem Medium aufgenommene, modulierte Ultraschallträgersignal zur Rückgewinnung des Informationssignals demoduliert wird, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Modulation des Ultraschall¬ trägersignals mit dem Informationssignal als Pulsmodulation ausgeführt wird, bei der die Pulsamplitude des modulierten Ultraschallträgersignals auf einen unterhalb der Kavitations¬ grenze des Mediums liegenden festen Wert eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsvorderflanken mit dem Informationssignal modu liert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Pulsmodulation als Pulsdauermodulation aus¬ geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal quantisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationssignal ein Sprachsignal ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Wasser ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl an dem ersten als auch dem zweiten Ort je ein Sender und ein Empfänger sowie zwei Ultraschall¬ trägersignale unterschiedlicher Frequenz vorgesehen sind, von denen das eine zur Informationsübertragung vom Sender des ersten zum Empfänger des zweiten Ortes und das andere vom Sender des zweiten zum Empfänger des ersten Ortes verwendet wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Sender, der einen Ultraschallgeber, eine ein der Anregung des Ultraschallgebers zur Aussendung eines Ultraschallträgersignals vorgegebener Frequenz dienendes Treibersignal erzeugende Einrichtung und einen Modulator zur Modulation des Treibersignals mit einem Informationssignal aus einer Informationssignalquelle auf¬ weist, und mit einem Empfänger, der einen Ultraschallaufneh¬ mer, einen Demodulator für das von dem Ultraschallaufnehmer gelieferte Ausgangssignal und eine Wiedergabeeinrichtung für das demodulierte Ausgangssignal aufweist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Modulator (7) und der Demodulator (11) ein Pulsmodulator bzw. Pulsdemodulator mit konstanter Pulsampli¬ tude ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsmodulator (7) bzw. demodulator (11) ein Pulslän¬ genmodulator bzw. demodulator ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Pulsmodulator (7) ein Analog/Digital Wandler (6) vorgeschaltet und dem Pulsdemodulator (11) ein Digital/AnalogWandler (12) nachgeschaltet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ein Mikrofon (4) zur Lieferung eines das Informationssignal darstellenden Sprach¬ signals aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabeeinrichtung des Empfängers einen elektroakustischen Wandler (14) zur Wieder¬ gabe des ein Sprachsignal darstellenden demodulierten Aus¬ gangssignals aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß je ein auf voneinander verschie¬ dene Frequenzen der Ultraschallträgersignale eingestellter Sender (1 bis 7) und Empfänger (8 bis 14) an der Ausrüstung von Tauchern angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (1) und/oder der Ultraschallaufnehmer (8) an seiner ultraschallabstrahlen¬ den bzw. aufnehmenden Fläche mit einer ultraschallschwin gungsdämpfenden Koppelschicht versehen ist.
Description:
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ÜBERTRAGEN EINES INFORMATIONSSIGNALS

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Über¬ tragen eines Informationssignals von einem an einem ersten Ort befindlichen Sender zu einem an einem davon entfernten zweiten Ort befindlichen Empfänger über ein ultra- schalleitendes Medium, bei dem in dem Sender ein von dem Sender an das ultraschalleitende Medium abgegebenes Ultra¬ schallträgersignal vorgegebener Frequenz mit dem Informa¬ tionssignal moduliert und in dem Empfänger das aus dem Medium aufgenommene, modulierte Ultraschallträgersignal zur Rückge¬ winnung des Informationssignals demoduliert wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist für die Unterwasser- signalisierung zwischen Wasserfahrzeugen, insbesondere auch für den Telefoniebetrieb, bekannt (J. Matauschek "Einführung

in die Ultraschalltechnik" VEB Verlag Technik Berlin, 2. Auf¬ lage, August 1961, Seite 318 bis 320). Durch dieses Verfahren kann insbesondere auch eine Informationsübertragung zwischen getauchten U-Booten erfolgen, was wegen der mangelnden Über- tragungsfähigkeit von Wasser für elektromagnetische Wellen mit den üblichen Techniken der Funknachrichtenübermittlung nicht möglich ist. Das bekannte Verfahren beruht auf einer Amplitudenmodulation des Ultraschallträgersignals mit dem zu übertragenden Informationssignal. Bei diesem Verfahren ent- spricht also dem zu übertragenden Informationssignal ein be¬ stimmter Amplitudenhub des Ultraschallträgersignals. Dabei tritt allerdings die Schwierigkeit auf, daß oberhalb eines bestimmten Amplitudenwertes des Ultraschallträgersignals eine Kavitation des ultraschalleitenden Mediums, also dessen Zer- reißen unter Bildung kleiner Bläschen, eintritt, was zu einer erheblichen Störung der Übertragung des Informationssignals führt. Wenn andererseits die Amplitude des Ultraschallträger¬ signals auf einen unterhalb dieser Kavitationsgrenze liegen¬ den Wert beschränkt würde, steht für die Modulation nur ein entsprechend beschränkter Amplitudenhub zur Verfügung, so daß insbesondere die einem im Verhältnis zum maximalen Ampli¬ tudenhub kleinen Amplitudenhub entsprechenden Anteile des Informationssignals mit wachsender Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger einen sehr schlechten Signalabstand gegenüber Störungen aufweisen.

Die Verwendung von Ultraschall zur Informationsübertra¬ gung ist beispielsweise auch bei Fernbedienungen für Fernseh¬ empfänger bekannt. Hierbei müssen aber nur einfache Schalt- signale für Kanäle und Steuersignale für die Einstellung von Ton und Bild übertragen werden, so daß die für die Übertra¬ gung eines beliebigen Informationssignals mit einem kompli¬ zierten und differenzierten Informationsinhalt auftretenden Anforderungen sich dabei gar nicht stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bezüglich seiner Reichweite und Störsicherheit verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durch¬ führung dieses Verfahrens anzugeben, welche insbesondere zur Unterwasserverständigung zwischen Tauchern geeignet sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß die Modulation des Ultra¬ schallträgersignals mit dem Informationssignal als Pulsmodu- lation ausgeführt wird, bei der die Pulsamplitude des modu¬ lierten Ultraschallträgersignals auf einen unterhalb der Kavitationsgrenze des Mediums liegenden festen Wert einge¬ stellt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nähert man sich also der Kavitationsgrenze des der Informationsübertragung dienenden Mediums nur so weit an, wie es für die gewünschte Reichweite der Informationsübertragung erforderlich ist. Dadurch wird einerseits ein Optimum an Ultraschallenergie abgestrahlt und andererseits das störende Auftreten der Kavi¬ tation vermieden. Wegen der angewendeten Modulationsart, bei der das Informationssignal nicht einer Amplitude des Ultra¬ schallträgersignals, sondern dem Zeitverlauf der durch die Pulsmodulation gebildeten Impulse des Ultraschallträgersi- gnals entspricht, spielen Amplitudeneffekte, die die unge¬ störte Übertragung von Teilen des Informationssignals be¬ einträchtigen könnten, keine Rolle. Die zu übertragende In¬ formation wird mit einer unterhalb der Kavitationsgrenze des Mediums liegenden Intensität abgestrahlt, wobei für alle Tei- ι e des Informationssignals die gleiche maximale Ultraschall¬ intensität bei der Übertragung zur Verfügung steht. Hierdurch ergibt sich eine verhältnismäßig große Reichweite bei hoher Störunempfindlichkeit. Die Pulsmodulation, also das einfache Ein- und Ausschalten des ausgestrahlten Ultraschallträger- signals, erweist sich damit als überraschend vortei-lhaft für

eine störungsarme Informationsübertragung mit großer Reich¬ weite.

Es hat sich gezeigt, daß beispielsweise bei Ultra- schallfrequenzen von 100 kHz aufwärts Reichweiten von einigen Kilometern möglich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren eig¬ net sich also insbesondere für die Verständigung von Tauchern unter Wasser. Dabei ist diese Anwendung der Erfindung nicht auf Trockentaucher beschränkt, in deren Anzügen die notwen- digen Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens unterge¬ bracht werden können. Denn es können auch Naßtaucher, also Sporttaucher, mit geeigneten Einrichtungen wie einem Kehl¬ kopfmikrofon oder einem zum Hineinsprechen geeignet ausgebil¬ deten Mundstück versehen werden, um mit Hilfe des erfindungs- gemäßen Verfahrens unter Wasser in Sprachverbindung treten zu können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Win¬ kelausdehnung des von dem Sender ausgestrahlten Schallfeldes durch geeignete Formgebung des Ultraschallgebers leicht ein¬ stellen läßt. Je nach der gewünschten Anwendung können also sowohl eng begrenzte Richtstrecken zwischen Sender und Emp¬ fänger als auch winkelmäßig ausgedehnte Schallfelder aufge¬ baut werden. Ein weiteres Beispiel für. die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Übertragung von Meßwerten, die von im Wasser angeordneten Sensoren geliefert werden, an eine außerhalb des Wassers angeordnete Auswerte¬ station, beispielsweise eine Bohrinsel, wobei jedoch der Empfänger der Auswertestation ebenfalls im Wasser angeordnet ist.

Besonders zweckmäßig wird das erfindungsgemäße Ver¬ fahren derart ausgeführt, daß die Pulsvorderflanken mit dem Informationssignal moduliert werden. Diese Maßnahme trägt dem Umstand Rechnung, daß die bekannten Ultraschallgeber übli¬ cherweise eine gewisse Nachschwingdauer aufweisen, so daß die Pulsvorderflanke der Ultraschallimpulse mit besserer Auf¬ lösung bestimmt ist als die Pulshinterflanke.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Verfahrens besteht darin, daß die Pulsmodulation als Puls¬ dauermodulation ausgeführt wird. Die verschiedenen Arten der Pulsmodulation sind beispielsweise in E. Hölzler und H. Holzwarth "Theorie und Technik der Pulsmodulation" Springer- Verlag 1957 abgehandelt. Hierunter läßt sich die Pulsdauermo¬ dulation, bei der das Informationssignal durch Impulse einer vorgegebenen Frequenz, deren Impulsdauer dem abgetasteten Amplitudenwert des Informationssignals entspricht, darge- stellt wird, mit besonders geringem Aufwand ausführen. Bei¬ spielsweise bedarf es zur Bildung des impulsdauermodulierten Ultraschallträgersignals nur eines Vergleichs zwischen dem Informationssignal und einem Sägezahnsignal fest vorgegebener Abtastfrequenz, während für die Demodulation im Empfänger das dem pulsdauermodulierten Ultraschallträgersignal entsprechen¬ de elektrische Signal des Empfängers nur in einem Tief¬ paßfilter zur Regeneration des Informationssignals geglättet werden muß.

Eine weitere Verbesserung der Störsicherheit des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einer vorteilhaften Aus¬ führungsform dadurch, daß das Informationssignal quantisiert wird. Bekanntlich wird durch die Quantisierung die Korrektur¬ fähigkeit und Störsicherheit des dann zur Übertragung dem Ultraschallträger aufmodulierten quantisierten Informations- signals weiter gesteigert, während die durch die Quantisie¬ rung herbeigeführte geringfügige Verzerrung des Informations- signals vernachlässigbar bleibt.

Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren für jede Art von Informationssignalen geeignet ist, für deren Abtastung eine mit der Trägheit verfügbarer Ultraschallgeber verträg¬ liche Abtastfrequenz ausreicht, ist das erfindungsgemäße Ver¬ fahren vorteilhaft auf den Fall anwendbar, daß das Infor- mationssignal ein Sprachsignal ist. Jedenfalls sind ohne

weiteres Ultraschallgeber verfügbar, deren Trägheit eine für Telefoniezwecke ausreichende Abtastfrequenz gestattet.

Eine besonders wichtige Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Medium Wasser ist. Damit erschließt das erfindungsgemäße Verfahren die der Funk¬ übertragung nicht zugängliche Nachrichtenübermittlung unter Wasser. Insbesondere eignet es sich wegen des geringen vor¬ richtungsmäßigen Aufwandes und seiner Reichweite für die Verständigung von Tauchern unter Wasser.

Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere auch vor¬ gesehen, daß sowohl an dem ersten als auch dem zweiten Ort je ein Sender und ein Empfänger sowie zwei Ultraschallträger- signale unterschiedlicher Frequenz vorgesehen sind, von denen das eine zur Informationsübertragung vom Sender des ersten zum Empfänger des zweiten Ortes und das andere vom Sender des zweiten zum Empfänger des ersten Ortes verwendet wird. Durch die Verwendung zweier Ultraschallträgersignale unterschied¬ licher Frequenz kann also eine gleichzeitige Informations¬ übertragung in beiden Richtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Ort stattfinden. Insbesondere ergibt sich hierzu die Möglichkeit für einen Vollduplex-Sprachverkehr.

Eine zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe dienende Vorrichtung mit einem Sender, der einen Ultraschallgeber, eine ein der Anregung des Ultraschallgebers zur Aussendung eines Ultraschallträgersignals vorgegebener Frequenz dienendes Treibersignal erzeugende Einrichtung und einen Modulator zur Modulation des Treibersignals mit einem Informationssignal aus einer Informationssignalquelle auf¬ weist, und mit einem Empfänger, der einen Ultraschallaufneh¬ mer, einen Demodulator für das von dem Ultraschallaufnehmer gelieferte Ausgangssignal und eine Wiedergabeeinrichtung für das demodulierte Ausgangssignal aufweist, zeichnet sich da¬ durch aus, daß der Modulator und der Demodulator ein Puls-

modulator bzw. Pulsdemodulator mit konstanter Pulsamplitude ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung beruht also wesentlich darauf, das Informationssignal durch eine amplitudenunabhän¬ gige Modulation des Ultraschallträgersignals zu übertragen. Die konstante Pulsamplitude der unter der Steuerung durch den Modulator erzeugten Ultraschallträgersignalimpulse kann somit an die gewünschte Reichweite angepaßt und entsprechend den Reichweiteanforderungen bis auf einen maximalen Wert ein¬ gestellt werden, der in dem der Informationsübertragung die¬ nenden Medium gerade noch keine Kavitation auslöst. Als Puls¬ modulatoren kommen also alle Arten in Betracht, deren Modu¬ lation auf einer Beeinflussung der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Impulsamplituden beruht, während die Impulshöhe unver¬ ändert bleibt. Beispiele dafür sind die Pulsdauermodulation, Pulsphasenmodulation und Pulsfrequenzmodulation, wobei zu¬ sätzlich vor der Modulation Schritte der Quantisierung der Amplitude des Informationssignals und/oder der Kodierung vor- gesehen sein können. Zahlreiche Ausführungsformen derartiger Pulsmodulatoren mit oder ohne Quantisierung bzw. Kodierung sind wohlbekannt. Insbesondere werden derartige Bausteine in digitalen Fernsprechnetzen verwendet, wo sie unter der Be¬ zeichnung "CODEC" geläufig sind. Die erfindungsgemäße Vor- richtung läßt sich also mit herkömmlichen, leicht verfügbaren Bausteinen realisieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Puls¬ modulator bzw. -demodulator ein Pulslängenmodulator bzw. -demodulator. Der Aufbau derartiger Pulslängenmodulatoren bzw. -demodulatoren ist sehr einfach. In ersterem braucht lediglich das Informationssignal mit einem Sägezahnsignal fester und hinreichend hoher Abtastfrequenz verglichen zu werden, um jeder Abtastamplitude des Informationssignals einen Ultraschallträgersignalimpuls einer der abgetasteten .Amplitude entsprechenden Zeitdauer zuzuordnen. Aus dieser

Folge von übertragenen, pulslängenmodulierten Ultraschallim¬ pulsen wird dann in dem Impulslängendemodulator durch ein¬ fache Glättung mittels eines Tiefpaßfilters das Informations¬ signal regeneriert.

Die Vorteile einer digitalen Übertragung des Informa¬ tionssignals werden in einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erhalten, daß dem Pulsmodulator ein Analog/Digital-Wandler vorgeschaltet und dem Pulsdemodulator ein Digital/Analog-Wandler nachgeschaltet ist. Auf dem Übertragungsweg wird also das Informationssignal in entsprechend dem zugeordneten Digitalwert quantisierter Form übertragen, wobei dieser Digitalwert in kodierter Form vorliegen kann, wie es beispielsweise bei der Pulskodemodula- tion oder auch bei der Deltamodulation der Fall ist.

Eine speziell für die Sprachübertragung geeignete Aus- führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Sender ein Mikrofon zur Lieferung eines das Informationssignal darstellenden Sprachsignals aufweist. Die Vorrichtung kann also unmittelbar für einen Telefonie¬ betrieb verwendet werden. Dementsprechend weist dann die Wiedergabeeinrichtung des Empfängers einen elektroakustischen Wandler zur Wiedergabe des ein Sprachsignal darstellenden demodulierten Ausgangssignals auf.

Insbesondere ist im Rahmen der Erfindung auch vorge¬ sehen, daß je ein auf voneinander verschiedene Frequenzen der Ultraschallträgersignale eingestellter Sender und Empfänger an der Ausrüstung von Tauchern angeordnet ist. Damit können sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung Taucher un¬ ter Wasser im Vollduplex-Sprachbetrieb untereinander verstän¬ digen. Besonders einfach erweist sich die Anordnung der Sender und Empfänger im Falle der Ausrüstung von Trocken- tauchern, wo Sender und Empfänger beispielsweise am Helm oder auch an sonstigen geeigneten Bereichen der Ausrüstung an-

geordnet werden können. Auch für Sporttaucher, die mit einer Naßtauchausrüstung arbeiten, ist die erfindungsgemäße Vor¬ richtung geeignet. Besonderheiten ergeben sich hierbei zwar hinsichtlich des mit dem Sender verbundenen Mikrofons. Da Naßtaucher nicht daran gehindert sind, in das Mundstück ihrer Atemmaske hineinzusprechen, kann beispielsweise das Mikrofon dort angeordnet werden. Alternativ wäre auch die Benutzung eines Kehlkopfmikrofons möglich.

Schließlich ist gemäß einem weiteren Gedanken der

Erfindung vorgesehen, daß der Ultraschallgeber und/oder der Ultraschallaufnehmer an seiner ultraschallabstrahlenden bzw. -aufnehmenden Fläche mit einer ultraschallschwingungsdämpfen¬ den Koppelschicht versehen ist. Durch diese Dämpfungsschicht wird das trägheitsbedingte Nachschwingen des Ultraschallge¬ bers beim Abschalten seines Treibersignals stark unterdrückt, was das Auflösungsvermögen der Abtastung und auch das Signal/ Rauschverhältnis weiter verbessert.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Er¬ findung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungswesentlichen Offenbarung aller im Text nicht erwähnten Einzelheiten aus¬ drücklich hingewiesen wird. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Übertragen eines Informationssignals, und

Fig. 2 eine Erläuterung der Arbeitsweise eines in dem Blockschaltbild von Fig. 1 vorgesehenen Puls¬ modulators.

Gemäß Fig. 1 (a) weist ein dort dargestellter Sender einen Ultraschallgeber 1 auf, der beispielsweise durch eine mit Elektroden versehene piezoelektrische Quarzscheibe gebil¬ det ist. An die Elektroden ist eine ein elektrisches Treiber-

signal für den Ultraschallgeber 1 erzeugende Einrichtung 2 angeschlossen, wodurch der Ultraschallgeber 1 zur Aussendung eines in seiner Frequenz der Frequenz des elektrischen Treibersignals entsprechenden Ultraschallträgersignals erregt wird. Das elektrische Treibersignal ist in der nachstehend im einzelnen beschriebenen Weise mit einem Informationssignal moduliert, so daß das von dem Ultraschallgeber 1 ausge¬ strahlte Ultraschallträgersignal 3 eine entsprechende Modu¬ lation aufweist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Informationssignal um ein von einem Mikrofon 4 erzeugtes Sprachsignal, das nach Verstärkung in einem Ver¬ stärker 5 von einem Analog/Digital-Wandler 6 digitalisiert wird.Das in dem Analog/Digital-Wandler 6 quantisierte Sprach¬ signal wird in einem Pulslängenmodulator 7 in ein pulslängen- moduliertes Ein/Ausschaltsignal für die Treibereinrichtung 2 umgewandelt. Hierdurch wird das Ultraschallträgersignal 3 des Ultraschallgebers 1 in der Form von Ultraschallimpulsen mit der Pulslänge des Modulationssignals entsprechender Pulslänge moduliert. Die Pulsamplitude des modulierten Ultraschallträ¬ gersignals bleibt dabei gleich und ist auf einen festen Wert eingestellt, der unterhalb der Kavitationsgrenze des Mediums liegt, in dem sich das modulierte Ultraschallträgersignal 3 ausbreitet. Hierdurch wird vermieden, daß in dem Medium die oberhalb eines bestimmten .Amplitudenwertes auftretenden Kavi¬ tationsbläschen entstehen, welche die Informationsübertragung stören würden.

Der Vorgang der Pulsdauermodulation ist anhand von Fig. 2 näher erläutert. Wie aus Fig. 2 (a) hervorgeht, wird das Informationssignal s-,(t), das hier der Einfachheit halber als analoges Signal, also ohne Durchgang durch den Analog/ Digital-Wandler 6,dargestellt ist, in dem Pulsläπgenmodulator 7 mit einer Sägezahnschwingung verglichen, deren Frequenz so hoch gewählt wird, daß eine für die gewünschte Übertragungs-

qualität ausreichende Abtastdichte des Informationssignals s-(t) erreicht wird. Durch diese Abtastung entsteht ein in Fig. 2 (b) dargestelltes pulslängenmoduliertes Signal kon¬ stanter Amplitude, wobei die Anstiegsflanke dieser Impulse konstanter Amplitude jeweils mit der vorgegebenen Nulldurch¬ gangszeit der Anstiegsflanke der Sägezahnschwingung zusammen¬ fällt, während die Abfallflanke der Impulse konstanter Ampli¬ tude jeweils durch den Schnittpunkt der ansteigenden Flanke der Sägezahnschwingung mit dem Informationssignal s-(t) fest- gelegt ist. Damit entspricht die Pulslänge des gemäß Fig. 2 (b) erzeugten pulslängenmodulierten Signals gerade der je¬ weils abgetasteten Amplitude des Informationssignals s..(t). Das pulslängenmodulierte Signal von Fig. 2 (b) dient sodann als Schaltsignal für die Treibereinrichtung 2, so daß das modulierte Ultraschallträgersignal 3 eine ebensolche Impuls¬ längenmodulation aufweist.

Wie weiter aus Fig. 1 (b) hervorgeht, wird das durch ein mit dem Ultraschallgeber 1 akustisch gekoppeltes ultra- schallübertragendes Medium übertragene pulslängenmodulierte Ultraschallträgersignal 3 von einem mit dem Medium akustisch gekoppelten Ultraschallaufnehmer 8 eines Empfängers aufgenom¬ men, wobei der Ultraschallaufnehmer 8 ebenso wie der Ultra¬ schallgeber 1 durch eine mit Elektroden versehene piezoelek- trische Quarzscheibe gebildet sein kann. Das an den Elektro¬ den des Ultraschallaufnehmers 8 auftretende, dem empfangenen modulierten Ultraschallträgersignal 3 entsprechende elektri¬ sche Ausgangssignal wird in einem Vorverstärker 9 verstärkt und in einem nachgeschalteten Verstärker 10 einer Impuls- formung unterzogen. In einem von dem Ausgangssignal des Ver¬ stärkers 10 beaufschlagten Demodulator 11 wird ein dem digi¬ talisierten Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers 6 im Sender entsprechendes digitales Demodulationssignal gewonnen, das in einem Digital/Analog-Wandler 12 in ein dem von dem Mikrofon 4 des Senders erzeugten Informationssignal entspre¬ chendes analoges Signal umgewandelt wird. Das analoge Aus-

gangssignal des Digital/Analog-Wandlers 12 wird sodann in einem Leistungsverstärker 13 hinreichend verstärkt, um durch einen daran angeschlossenen elektroakustischen Wandler 14, beispielsweise einen Lautsprecher oder einen Kopfhörer, hör- bar gemacht zu werden.

Der Vorgang der Demodulation ist in Fig. 2 (c) wiederum für den vereinfachten Fall, bei dem keine Digitalisierung vorgenommen wird, dargestellt. Dann braucht lediglich das aus dem Verstärker 10 erhaltene impulsgeformte Signal, das in seiner Form dem Signal von Fig. 2 (b) entspricht, durch den in der Form eines Tiefpaßfilters ausgebildeten Demodulator 11 geglättet zu werden, um gemäß der Darstellung von Fig. 2 (c) die Signalform des Informationssignals wiederzugewinnen.

Bekanntlich weisen Ultraschallgeber und auch Ultra¬ schallaufnehmer eine gewisse Trägheit auf, was sich in einem Nachschwingen nach dem Abschalten ihrer Erregung äußert. Dieses Nachschwingen begrenzt die Auflösung zwischen den einzelnen Ultraschallimpulsen. Zweckmäßigerweise kann daher zumindest zwischen der schallabstrahlenden Fläche des Ultra¬ schallgebers 1 und dem damit gekoppelten Medium eine ultra- schallschwingungsdämpfende Koppelschicht vorgesehen sein. Hierdurch kann die unerwünschte Nachschwingung weitgehend un- terdrückt werden. Der Unterdrückungseffekt kann noch dadurch verstärkt werden, daß auch auf der Empfängerseite der Ultra¬ schallaufnehmer mit einer entsprechenden dämpfenden Koppel¬ schicht versehen ist.

Bei einer Anwendung der Vorrichtung für einen Voll- duplex-Sprachverkehr zwischen Tauchern ist jeder Taucher mit einem Sender und Empfänger gemäß Fig. 2 (a) und (b) versehen, wobei beispielsweise der Ultraschallgeber 1 und der Ultra¬ schallaufnehmer 8 an dem Taucherhelm oder der Tauchermaske in Kontakt mit dem umgebenden Wasser angeordnet sind. Die Fre¬ quenzen der Ultraschallträgersignale der Sender werden ver-

schieden gewählt, damit gleichzeitig in beiden Richtungen gesprochen werden kann.

Neben der vorstehend erwähnten trägheitsbedingten Nach- schwingzeit tritt auch eine trägheitsbedingte Einschwingzeit auf, die jedoch kleiner ist als die Nachschwingzeit. Daher sind die ansteigenden Impulsflanken, also die Vorderflanken, zur Modulation besser geeignet, als die abfallenden Impuls¬ flanken. Die ultraschallschwingungsdä pfenden Koppelschichten ermöglichen gleichzeitig auch eine Dämpfung der Einschwing¬ zeiteffekte.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1 Ultraschallgeber 2 Treiber

3 Ultraschallträgersignal

4 Mikrofon

5 Verstärker

6 A/D-Wandler 7 Pulslängenmodulator

8 Ultraschallaufnehmer

9 Vorverstärker Verstärker 1 Demodulator D/A-Wandler Leistungsverstärker elektroakustischer Wandler