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Elektroakustischer Geschwindigkeitsempfänger Die Erfindung bezieht sich auf die bekannten elektro-akustischen Geschwindigkeitsempfänger insbesondere Tauchspulenmikrophone, bei welchen die hinter der Arbeitsmembrane M liegende Luftkammer Di über einen akustischen Widerstand R mit einem zweiten, wesentlich grösseren Luftraum D2 und über einen Luftstöpsel mit einem zweiten aus einer anderen, vorzugsweise aus der Gegenrichtung, beaufschlagen System gekoppelt ist. Erfindungsgemäss werden bei solchen Geschwindigkeitsempfängern zwei symmetrische Systeme von gleicher akustischer Abstimmung verwendet.
So wurde ein auf Druckimpulse und auf den Druckgradienten ansprechender, akustischer Geschwindigkeitsempfänger geschaffen, der mit allen für das Erzielen einer einwandfreien Frequenzkurve bewährten Hilfsmitteln ausgerüstet ist. Durch Überlagerung der dem Druckempfänger und der dem Druckgradientenempfänger eigenen Richtcharakteristiken werden diejenigen Eigenschaften hinsichtlich der räumlichen Empfangscharakteristik erreicht, die dem Empfänger mit Nierencharakteristik seine technische Bedeutung verschafft haben.
Man hat bereits versucht, elektrostatische Empfänger mit nierenförmiger Richtcharakteristik zu bauen, indem man die vorderseitig beaufschlagte Membrane über eine Anzahl enger, parallelgeschalteter Bohrungeninder feststehenden Kondensatorbelegung mit einer auf der Rückseite angeordneten und von rückwärts beaufschlagten Membrane koppelte. Zur Erzielung einer einwandfreien Frequenzkurve musste man jedoch bei diesen Systemen eine überwiegende Reibungshemmung vorsehen. Dieses Prinzip lässt sich auf Geschwindigkeitsempfänger nicht übertragen, sondern nur auf kapazitive Mikrophone anwenden, die zur Gruppe der Elongationsempfänger gehören und bekanntlich einer sehr viel verwickelteren Verstärkeranlage bedürfen, als ein Geschwindigkeitsempfänger.
Auf dem erfindungsgemässen Wege hingegen ist es möglich, gleichartige Raumcharakteristiken und noch zusätzliche, unten näher erläuterte, technische Wirkungen bei Geschwindigkeitsempfängern zu erzielen, deren Wirkungsgrad und Anpassung an die üblichen, einfachen Verstärker durchaus den bekannten, auf Druckimpulse ansprechenden Empfängern entsprechen.
Die Zeichnung stellte mehrere Ausführungs- beispiele der Erfindung dar. Fig. 1 zeigt eine
Ausführungsform eines erfindungsgemässen, elektroakustischen Geschwindigkeitsempfängers,
Fig. 2 einen gleichartigen Empfänger, bei dem die Geradlinigkeit der Frequenzkurve bis in das
Gebiet der tiefen Frequenzen erzielt ist. Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform. Fig. 4 gibt das elektrische Ersatzschaltschema für die
Anordnungen nach Fig. l und 3, Fig. 5 das
Ersatzschaltschema für die Anordnung nach Fig. 2 wieder. Fig. 6 zeigt schliesslich das prinzipielle
Ersatzschaltbild für alle erfindungsgemässen
Anordnungen.
Gemäss Fig. 1 wird die Kolbenmembrane M in Richtung des Pfeiles P vom Schall beaufschlagt.
Hinter der Membrane M, deren weiche Rand- einspannung mit D bezeichnet ist, liegt in üblicher
Weise eine Polsterkammer Di von sehr geringer
Tiefe. Diese Polsterkammeristüber den Reibungswiderstand R (enger Spalt od. dgl.) mit einem zweiten Polster D2 verbunden.
Auf der der Membrane M gegenüberliegenden
Seite des Gerätes ist eine zweite Polsterkammer D1'vorgesehen, welche über einen Reibungswiderstand R'mit einem Polsterraum D2'in Verbindung steht. Die Kammer D1'wird hiebei vom Schall durch Vermittlung eines Luftkolbens M'beaufschlagt, der von einem kurzen, die Kammer Di mit der Aussenatmosphäre verbindenden Rohrstutzen umschlossen ist.
Die beiden akustischen Systeme M, D1, R, D2 und M', Der', R', D2'sind schwingungstechnisch vollsymmetrisch, d. h. mit gleichen akustischen Impedanzwerten ihrer einzelnen Glieder ausgerüste. Die Kammern Di und D1'sind miteinander durch einen Luftstöpsel M 1 gekoppelt, der von einem entsprechenden Verbindungsrohr zwischen diesen beiden Kammern umschlossen ist. Auf diese Weise erreicht man, dass die Membrane M einer beiderseitigen Beaufschlagung unterliegt, bei welcher dem auf die Vorderseite dieser Membrane wirkenden Schalldruck von rückwärts eine Beaufschlagung entgegenwirkt, welche durch die entsprechend abgeglichenen, akustischen Impedanzen den bekannten Bedürf- nissen eines Geschwindigkeitsempfängers angepasst ist.
Die Membrane M kann dabei zum Antrieb einer (nicht gezeichneten) Schwingspule dienen.
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Um die für die Übertragung eines breiten Frequenzbandes notwendige Empfindlichkeit des beschriebenen Empfängers im Gebiete der tiefen Frequenzen zu erhalten, ohne die mechanische Einspannung D allzuweich und damit die Erschütterungsempfindlichkeit des Gerätes unerwünscht gross zu machen, ist der die beiden Kammern Di und Du'verbindende Luftstöpsel M1 so bemessen, dass er schwingungstechnisch die Masse der Membrane M stark erhöht. Gleichzeitig ist an dem Luftstöpsel M1 ein Helmholt'scher Resonator angekoppelt, der von dem Resonatorhals Ma als"Element der Masse"und dem Resonatorraum D3 als"Element der Steifigkeit"gebildet wird. Das elektrische Ersatzschaltschema dieser Anordnung zeigt Fig. 4.
Die Abstimmung erfolgt am besten so, dass die Resonanz des Schwingungskreises M, D, Di bzw.
M', Dabei etwa 3000 bis 12000 Hz, die Resonanz des Schwingungskreises M, D, R, D bzw. M', R',
EMI2.1
Berücksichtigung der Mitwirkung des Luftstöpsels
Mi und des Kreises M, D, Mi, M'bei etwa 50 Hz liegt.
Die Anordnung gemäss Fig. 2 entspricht der
Anordnung nach Fig. 1 bis auf die Mittel für das
Anheben der Frequenzkurve im Gebiet der tiefen
Frequenzen. Hier sind in an sich bekannter
Weise die über die Reibungswiderstände R bzw. R' mit den Polsterkammem Di bzw. Du'gekoppelten
Resonanzräume D und D'selbst nach Art des bekannten"Wesrern-Mikrophones"als Helmholtz'sche Resonatoren ausgebildet, deren Resonatorhälse M3 bzw. M3'der Beaufschlagung aus der gleichen Schallrichtung zugänglich gemacht sind, wie die zugehörigen akustischen Antriebsglieder M bzw. M'.
Das Ersatzschaltschema gemäss Fig. 5 zeigt gewissermassen zwei WesternMikrophone mit ihren Rückseiten zusammengesetzt und durch einen Luftstöpsel M1 gekoppelt, welcher die Polsterkammern Di und Di'mit- einander verbindet.
Während nach Fig. 1 und Fig. 2 die Beaufschlagung der symmetrischen Polsterkammer D1' durch einen Luftkolben M'erfolgt, kann man die Beaufschlagung des angekoppelten Hilfssystems auch unter Benutzung einer zweiten Membrane herbeiführen. Das Schema einer solchen Anordnung zeigt Fig. 3, in welcher der Arbeitsmembrane M eine zweite, gleich ausgebildete Membrane M'gegenübersteht. Im übrigen entspricht Fig. 3 in allen Teilen-sowie auch der Wirkung nachdem Beispiel nach Fig. 1. Die Einführung einer zweiten Membrane M'als Vermittlungsglied für die rückseitige Beaufschlagung der Arbeitsmambrane M schafft eine bis in die letzten Einzel- heiten vollsymmetrische Anordnung.
Während in Fig. l das Symmetrieglied zur Membraneeinspannung D fehlt, schafft bei der Anordnung nach Fig. 3 die elastische Einspannung D'der Hilfsmembrane M'das symmetrische Impedanzglied. Im Ersatzschaltbild Fig. 4 ist dieses Impedanzglied D'gestrichelt eingezeichnet. Unter
Berücksichtigung dieses Impedanzgliedes gilt das Ersatzschaltbild Fig. 4 auch für die Bauart nach Fig. 3.
Schliesslich kann man beim Empfänger nach
Fig. 3 auch die Membrane M'mit einer Tauchspule oder einem äquivalenten elektrodynamischen bzw. elektromagnetischen Gliede ausstatten und dieses
Glied mit dem von der Arbeitsmembrane M angetriebenen elektrodynamischen bzw. elektro- magnetischen Gliede über einen Wahlschalter verbinden. Benutzt man hiebei z. B. zwei Tauch- spulen, welche von den Membranen M und M' innerhalb von symmetrisch angeordneten magnetischen Spalten bewegt werden, so erhält man : a) bei Benutzung nur einer Tauchspule als
Quelle der elektromotorischen Kraft die bekannte nierenförmige Richtcharakteristik, b) bei Benutzung beider Tauchspulen in Hintereinanderschaltung eine nahezu restlos kugelförmige Empfangscharakteristik, c) bei Benutzung beider Tauchspulen in entgegengesetzter Polung eine 8-förmige Empfangscharakteristik.
In den Fällen b) und c) kann man durch Ver- änderung der Feldstärke in den beiden Magnetspalten oder durch Anschaltung von Widerständen an die einzelnen Spulen weitere Änderungen der Richtcharakteristiken, insbesondere auch ihres Symmetriegrades, erzielen.
Hier sei bemerkt, dass das Erzielen von variablen Richtwirkungen auf rein elektrischem Wege bereits bekannt ist. Im vorliegenden Falle wird aber durch Verwendung zweier, miteinander akustisch verkoppelter Systeme, die beide zur Spannungserzeugung herangezogen werden, ein Geschwindigkeitsempfänger geschaffen, bei dem die zusätzliche elektrische Verkopplung der beiden Systeme die Möglichkeit gibt, durch Betätigung eines Wahlschalters praktisch jede gewünschte Empfangscharakteristik zu erzielen.
Das für alle erfindungsgemässen Anordnungen gültige Schema des elektrischen Ersatzschaltbildes zeigt Fig. 6. Die von der vorderseitigen und rückseitigen Schallbeaufschlagung erzeugten elektromotorischen Wechselkräfte E und E' wirken auf zwei vollsymmetrische, bevorzugt reibungsgehemmte Impedanzketten Z und Z', welche über ein massegehemmtes Impedanzglied Mi (Luftstöpsel) miteinander gekoppelt sind.
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