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Kohlenkörmermikrophon.
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körnermikrophone so ausgebildet, dass die den Kohlengriess aufnehmende und von der Mikrophonmembran abgeschlossene Kammer vollständig, d. h. unter Vermeidung jeglicher Hohlräume, mit Kohlengriess ausgefüllt ist, ohne dass dieser Kohlengriess jedoch im Ruhezustand unter irgendeinem, z. B. von der Membran ausgeübten Druck steht. Der Kohlengriess füllt also bei derartigen Mikrophonen drucklos den gesamten Kammerhohlraum aus. Es hat sich herausgestellt, dass diese in der Regel als "schallhart--bezeichneten Mikrophone nur eine geringe Empfindlichkeit besitzen, die noch dazu an den verschiedenen Stellen des gesamten Sprachfrequenzbereiehes verschieden gross ist.
Wird der den Kohlengriess aufnehmende Hohlraum verhältnismässig flach ausgebildet, u. zw. etwa so, wie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist, so ist die Empfindlichkeit solcher Mikrophone im Bereich tiefer Töne unbefriedigend. Wird die Kohlengriesskammer hingegen, wie Fig. 2 der Zeichnung
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Bereiche tiefer Töne.
Man kann sich die gesamte Füllung der Kohlengriesskammer als eine Vielzahl nebeneinanderstehender Säulen übereinanderliegender Kohleteilchen vorstellen, von denen jedes eine gewisse Eigenelastizität und Masse hat. Jede dieser Kohlesäulen kann also als ein schwingungsfähiges Gebilde aufgefasst werden, dessen Eigenfrequenz durch die Summe der Elastizität und Masse der einzelnen übereinanderliegenden Kohleteilchen bestimmt ist.
Treffen nun auf eine Säule dieser Art Schallschwingungen, so bewirken die Schallschwingungen Änderungen des auf der Säule lastenden Druckes und damit Änderungen des Widerstandes der Kohlesäule. Entspricht die Frequenz des Schalles bzw. Tones gerade der Eigenfrequenz der Kohlesäule, so wird das Höchstmass an Empfindlichkeit erreicht.
Die Kurve a-b der Fig. 3 zeigt bei konstantem Schalldruck die Abhängigkeit der abgegebenen Wechselspannung von der Tonfrequenz bei einem Mikrophon mit flacher, d. h. nur etwa l mm tiefer Kohlekammer entsprechend Fig. 1 der Zeichnung.
Die Kurve c-d der Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der von einem Mikrophon mit etwa 8 MMM tiefer Kohlekammer abgegebenen Wechselspannung von der Tonfrequenz bei konstantem Schalldruck.
Es sind ferner Kohlenkörnermikrophone bekannt, die nach Art eines Drehkörpers ausgebildet sind und deren Füllraum unterschiedliche Fülltiefe aufweist, so dass verschieden lange Kohlesäulen vorhanden sind. Derartige Mikrophone erfordern aber zur Füllung eine unverhältnismässig grosse Kohlengriessmenge, deren Gewicht naturgemäss die Empfindlichkeit des Mikrophons stark herabsetzt.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Kohlekammer derart auszubilden, dass die in ihr vorhandenen Kohlesäulen verschieden lang sind. Man hat zu diesem Zweck die Bodenwandung der Kohlekammer konvex gewölbt ausgebildet, so dass die in der Mitte der Kammer liegenden Kohlesäulen kürzer sind als die Kohlesäulen am Rande der Kammer. Diese Bauart hat aber den Nachteil, dass gerade gegenüber denjenigen Stellen der Membran die kürzesten Kohlesäulen liegen, an denen die Durchbiegefähigkeit der Membran an sich am grössten ist. Die Durehbiegefähigkeit der Membran kann aber nicht ausgenutzt werden, weil die kurzen und infolgedessen wenig elastischen Kohlesäulen nur kleine Durchbiegungen der Membran zulassen.
Dies hat zur Folge, dass bei Verwendung eines solchen Mikro-
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phons nahe dem Munde die grossen Schallenergie grosser Amplituden bei tieferen Tönen zu Übersteuerungserscheinungen führen. Anderseits werden aber die hohen, am Umfange des Hohlraumes
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Durchbiegefähigkeit der unmittelbar daneben eingespannten Membran nicht gross genug ist.
Schliesslich sind bereits Mikrophone bekanntgeworden, bei denen der Kohleraum trichterförmig ausgebildet ist. Da aber bei diesen Mikrophone die Membran selbst als Elektrode wirkt, sind die Mikro- phone nicht prelleffektfrei ; ausserdem ist bei ihnen der Kohlengriessraum so klein, dass die Kohle- füllung nur mit dem mittleren Teil der Membran zusammenwirken kann. Infolgedessen haben die
Membraneigenschaften bestimmenden Einfluss auf die Frequenzcharakteristik des Mikrophons. Da nun der mittlere Membranteil bei diesen Mikrophone parallel zu sich selbst, d. h. annähernd kolben- förmig, schwingt, wirkt dieser Membranteil unterschiedslos auf die gesamte Kohlefüllung ein, ohne dass die verschiedenen Längen der einzelnen Kohlesäulen einen Einfluss auf die Frequenzcharakteristik ausüben könnten.
Um nun über den ganzen Frequenzbereich hinweg das Maximum an Empfindlichkeit des Mikro- phons zu wahren, muss dafür gesorgt werden, dass das Mikrophon ebenso viele verschieden hohe Kohle- säulen enthält wie Schalldruckamplituden unterschiedlicher Grösse bei gleicher Scl1alleistung auf die
Membran des Mikrophons treffen können. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäss die von der Membran verschlossene Öffnung der Kohlengriesskammer ebenso gross oder annähernd so gross wie die wirksame
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lichen nach einer Exponentialkurve kelchartig gewölbt.
Der Vorteil dieser Bauart besteht darin, dass die an sich sehr dünne Membran keinen bestimmenden Einfluss auf die Frequenzcharakteristik des Mikrophons hat. Auf die Membranfläche auftreffende Schallschwingungen vermögen zugeordnete Ringzonen der verschieden langen Kohlesäulen in Abhängigkeit von der Frequenz zur stärksten Erregung zu bringen, wobei infolge der nach einer Exponentialkurve verlaufenden Wölbung der Bodenwandung der Kohlengriesskammer jedem Abschnitt des Frequenzbereiches eine entsprechende Anzahl von Kohlesäulen geeigneter Länge zugeordnet ist.
Die dadurch erzielte Gleichförmigkeit in der Frequenzcharakteristik des Mikrophons ist vermutlich darauf zurück- zuführen, dass sich die Grösse der Schalldruckamplituden bei konstantem Schalldruck gleichfalls nach einem Exponentialgesetz mit der Tonhöhe ändert. Der erwähnte Erfolg wird infolge der besonderen Ausgestaltung der Bodenwandung der Kohlengriesskammer mit einem Mindestaufwand von Kohlengriess erzielt, so dass infolge des kleinen Gewichtes der Kohlefüllung zugleich das Maximum an Empfindlichkeit im ganzen Tonbereich gewährleistet ist. Die Membran dient bei dem neuen Mikrophon eigent-
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möglich wäre, den Kohlengriess mit andern Mitteln in der Kohlengriesskammer zu sichern, ganz fehlen.
Das gemäss der Erfindung ausgebildete Mikrophon ist, wie die Kurve e-t der Fig. 3 zeigt, in der Lage, über den ganzen Frequenzbereich hinweg sowohl hohe als auch tiefe Töne gleichmässig und mit dem Maximum an Empfindlichkeit wiederzugeben.
In Fig. 4 der Zeichnung ist eine Ausführungsform des neuen Kohlenkörnermikrophons im senkrechten Schnitt veranschaulicht.
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leitenden dünnen Membran 2, z. B. aus Glimmer, abgeschlossen, die mittels eines aus Isolierstoff bestehenden Gewinderinges 3 fest gegen den oberen Rand 4 der Topfelektrode gedrückt wird. Auf dem Boden der Topfelektrode liegt ein den Hohlraum dieser Elektrode teilweise ausfüllender Körper 5, der aus einem nicht leitenden sehr harten Baustoff, z. B. Glas oder einem keramischen Material besteht und dessen der Membran 2 zugewandte Oberfläche J'kelchartig ausgestaltet ist. Wie der in Fig. 4 dargestellte senkrechte Schnitt erkennen lässt, ist die Erzeugende des kelchförmigen Drehkörpers 5 eine Exponentialkurve.
Der zwischen der kelchförmigen Oberfläche des Füllkörpers 5 und der Membran 2 verbleibende Hohlraum 6 ist in bekannter Weise mit sehr feinem Kohlengriess ausgefüllt, u. zw. derart, dass der Kohlengriess diesen Hohlraum vollständig ausfüllt. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn zur Füllung ein Kohlengriess verwendet wird, der feiner ist als"150" ; das bedeutet, dass der Kohlengriess durch ein Sieb gewonnen wird, dessen Maschen so dicht liegen, dass auf einem rheinischen Zoll 150 Maschen vorhanden sind. Bei der Füllung des Hohlraumes wird so vorgegangen, dass die auf der Topfelektrode befestigte Membran 2 keinen Druck auf den Kohlengriess ausübt.
In dem unteren Teil der kelchförmigen Kohlekammer ist die zweite Elektrode 7 angeordnet, die mittels eines Stiels 8 durch eine entsprechende Bohrung des Füllkörpers 5 und der Bodenwandung der Topfelektrode 1 nach aussen hindurchragt. An der Stelle, an der der Stiel 8 durch die Bohrung der Topfelektrode 1 hindurchragt, ist eine Isolierhülse 9 vorgesehen. Die zweite Elektrode 7 wird mittels einer auf das äussere, mit Gewinde versehene Ende 8 des Stiels aufgeschraubten Mutter 10 gesichert, die sieh unter Zwischenschaltung einer aus Isolierstoff bestehenden Unterlagscheibe 11 gegen die äussere Bodenwandung der Topfelektrode 1 legt.
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Der in die Kohlekammer hineinragende Kopf 1 der zweiten Elektrode ist an seiner der Kohle bzw. der Membran 2 zugewandten Fläche konkav ausgebildet zu dem Zweck, die wirksame Elektrodenfläche nach Möglichkeit zu vergrössern und gleichlange Kohlesäulen in der Mitte der Kohlengriesskammer zu vermeiden.
Durch die Verwendung des kelchförmig ausgebildeten Füllkörpers 5 erfährt der mit sehr feinem Kohlengriess ausgefüllte Hohlraum 6 eine solche Ausgestaltung, dass die senkrecht übereinanderliegenden Kohleteilchen eine Vielzahl von Kohlesäulen verschiedenster Längen bilden. Die nahe der Seitenwandung der Topfelektrode liegenden Kohlesäulen sind verhältnismässig kurz, werden also vornehmlich ansprechen und Widerstandsänderungen erfahren, wenn Schalldruckamplituden hoher Töne auf die Membran 2 treffen. Nach der Mitte der Kohlekammer 6 zu nimmt die Länge der Kohlesäulen zu. Die längsten Kohlesäulen werden also etwa in der Mitte der Kammer 6 bzw. unterhalb des mittleren Bereichs der Membran 2 liegen.
Treffen grosse Sehalldruekamplituden tiefer Töne auf die Membran 2, so wird diese Membran sich vornehmlich in der Mitte durchbiegen und die darunterliegenden hohen Kohlesäulen beeinflussen, die infolge ihrer Länge elastisch genug sind, um die den grossen Schalldruckamplituden entsprechenden hohen Widerstandsänderungen zu bewirken. Das Mikrophon ist daher in der Lage, über den ganzen Frequenzbereich hinweg sowohl hohe als auch tiefe Töne gleichmässig und mit dem Maximum an Empfindlichkeit wiederzugeben.
Da der Durchmesser des Elektrodenkopfes 7 etwas kleiner ist als der Durchmesser des Kelchbodens, ist auch auf diese Weise eine grosse Kontaktoberfläche zwischen Elektrodenkopf und Kohlefüllung erreicht.
Zur Vergrösserung der Kontaktoberfläche zwischen der Kohlefüllung und der Topfelektrode im Bereiche der kurzen Kohlesäulen, d. h. also am äusseren Umfang der Kohlekammer, ist am Umfang der Membran 2 ein ringförmiger Metallbelag 12 angeordnet, der sich unmittelbar auf den oberen Rand der Topfelektrode 1 legt, mit dieser daher in leitender Verbindung steht und über den Elektrodenrand hinweg in das Innere der Kohlekammer 6 hineinragt. Um zu verhindern, dass der leitende Metallbelag die Elastizität der Membran 2 beinträchtigt, wird er zweckmässig aus einem dünnen Goldplättchen gebildet, das ebenso elastisch ist wie die Membran selbst.
Durch diesen metallenen Ringbelag 12 wird also der Kohlegriess am äusseren Umfange des Hohlraumes 6 umschlossen und damit eine gute Berührung zwischen Kohlegriess und Elektrode sichergestellt, so dass nicht etwa die kurzen Kohlesäulen infolge mangelhafter Kontaktverhältnisse von der Mitarbeit ausgeschlossen werden.
Die stufenlos verlaufende Krümmung der die Kolilekammer begrenzenden Oberfläche des Füllkörpers 5 braucht nicht unbedingt genau der Exponentialkurve zu entsprechen, wenngleich eine solche Krümmung auch die besten Ergebnisse erzielen lassen wird, weil sich die Grösse der Schalldruckamplituden bei konstantem Schalldruck gleichfalls nach einem Exponentialgesetz mit der Tonhöhe ändert.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Kohlenkörnermikrophon, bei dem der mit feinem Kohlengriess drucklos gefüllte trichterförmige Hohlraum von einer Ringelektrode umgeben und durch einen nicht leitenden, der nicht leitenden ebenen Membran gegenüberliegenden Füllkörper begrenzt wird, durch den eine mittlere Elektrode in die Kohlengriesskammer hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Membran (2) verschlossene Öffnung der Kohlengriesskammer (6) ebenso gross oder annähernd so gross ist wie die wirksame Membranfläche und die der Membran gegenüberliegende Wandung (5') der Kohlengriesskammer im wesentlichen nach einer Exponentialkurve kelchartig gewölbt ist.