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Hochfrequenzschaltung für Kondensatormikrophone
Die Erfindung betrifft eine Schaltung für elektroakustische Wandler nach dem elektrostatischen Prinzip, insbesondere jedoch Kondensatormikrophone.
Die bekannten Schaltungen lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Die eine Gruppe, bei der die Wandlerkapazität eine bestimmte konstante elektrische Ladung erhält und bei der Kapazitätsschwankungen, hervorgerufen durch die Membranbewegungen, an einem Arbeitswiderstand Spannungsänderungen erzeugen, die der Membranbewegung proportional sind, ist sehr gebräuchlich und wird als Niederfrequenzschaltung bezeichnet.
Die Schwierigkeiten dieser Schaltungsgruppe liegen darin, dass infolge der kleinen Kapazität des Mikrophons sehr hochohmige Arbeitswiderstände verwendet werden müssen, so dass Isolationsprobleme auftreten und ausserdem alle jene unangenehmen Erscheinungen zu bekämpfen sind, die sich aus der
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Bei der andern Gruppe von Schaltungen für Kondensatormikrophone verursacht die von der Membran- bewegung abhängige Schwankung der Wandlerkapazität die wenigstens angenähert proportionale Änderung einer Bestimmungsgrösse, beispielsweise der Amplitude, Phase oder Frequenz einer hochfrequenten Hilfs- schwingung. Diese Schaltungsanordnungen werden daher im allgemeinen als Hochfrequenzschaltungen be- zeichnet.
Eine der bekanntesten Schaltungen dieser Art istdieRieggertsche Schaltung, bei der die Kapazitäts- schwankungen des Kondensatormikrophons eine Frequenzmodulation der hochfrequenten Hilfsschwingung verursachen, deren Demodulation durch eine der bekannten Schaltungen eine niederfrequente Spannung liefert, die dem Signal des Wandlers entspricht.
Bei einer andernHochfrequenzschaltung wird die Amplitude der Hochfrequenzspannung im Takte der
Kapazitätsschwankungen des Wandlers verändert. Man erhält bei dieser Anordnung eine Art Amplituden- modulation, bei der jedoch der Träger fehlt und erst mit Hilfe von Kunstschaltungen phasenrichtig hin- zugefügt werden muss.
Schliesslich ist auch eine Hochfrequenzschaltung bekanntgeworden, bei der das Kondensatormikro- phon C in einem Zweig einer Brücke angeordnet ist und in Reihe mit einem Kondensator, der den an- liegenden Brückenzweig bildet, liegt. Die Einspeisung der Hochfrequenzspannung erfolgt hiebei über einen Übertrager, dessen Sekundärwicklung aus zwei symmetrischen Hälften besteht, die gleichzeitig die zwei gegenüberliegenden Brückenzweige bilden. Die Auskopplung der niederfrequent modulierten
Wechselspannung erfolgt aus der Brückendiagonale über einen Niederfrequenztransformator, der seinerseits in der Diagonale einer Diodenbrücke liegt. Der Gleichspannungsweg für diese Brückendiagonale ist über eine Hochfrequenzdrossel in der Hochfrequenz-Brückendiagonale geschlossen.
Der Nachteil dieser Schaltungsanordnung besteht vor allem in ihrer geringen Empfindlichkeit. Die durch die Kapazitätsänderung des Kondensatormikrophons bei Beschallung hervorgerufene Modulation der
Hochfrequenz ist sehr gering, so dass Störmodulationen sowie das Eigenrauschen der Demodulationsschal- tung einen unbefriedigenden Störspannungsabstand bewirken.
Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, in einer solchen vorstehend beschriebenen Hochfrequenz- schaltung für Kondensatormikrophone die genannten Nachteile zu verringern, was erfindungsgemäss da- durch erzielt wird, dass sowohl die Kapazität des Mikrophons als auch jene des mit ihm in Reihe liegenden Kondensators durch Zuschaltung von Induktivitäten in zwei hintereinander liegende Schwingungs-
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kreise einbezogen sind, deren Resonanzfrequenz etwas oberhalb bzw. etwas unterhalb der Frequenz des die Anordnung speisenden Oszillators liegt.
Diese Schwingungskreise können entweder als Parallelresonanzkreise oder als Serienresonanzkreise ausgebildet sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemässen Anordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren der Zeichnung, in der Fig. 1 die Schaltungsanordnung darstellt, von der die Erfindung ausgeht, und Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Die Grundschaltung, von der die Erfindung ausgeht, ist die schematisch in Fig. l dargestellte Brückenschaltung. Mit A ist ein Transistoroszillator benannt, dessen Frequenz vorzugsweise zwischen 500 kHz und 2000 kHz liegt. Die Schwingungsfrequenz dieses Oszillators wird im wesentlichen von der Induktivität des Hochfre-
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Ü 1 undhiebei die Kapazität des Kondensatormikrophons, Cl eine ungefähr gleich grosse Kapazität.
Sind beide Kondensatoren gleich gross, so sind auch die Hochfrequenzspannungen an den beiden Dioden D, und D2 (Ul bzw. U2) gleich gross, so dass sich die demodulierten Rauschspannungen, mit denen die Amplitude der Hochfrequenz moduliert ist, am Niederfrequenzübertrager Ü2 zum grössten Teil kompensieren. Da im praktischen Betriebe die beiden Kapazitäten Co und Cl nie vollkommen gleich und ausserdem stets unkon- trollierbare Streukopplungen vorhanden sind, bleibt somit am Übertrager Ü2 ein Rauschspannungsrest be- stehen, der auch am Ausgang wirksam wird und gemeinsam mit dem Demodulationsrauschen der Dioden (Sperrauschen und Durchlassrauschen) den Störabstand der Anordnung vermindert.
Die Schaltung arbeitet folgendermassen : Wird das Kondensatormikrophon beschallt, so ändert sich dessen Kapazität C und damit auch das Spannungsverhältnis U/U2, wobei jedoch die Summe der beiden
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nutzbare Tonfrequenzspannung darstellt.
In Fig. 2 ist nun die erfindungsgemässe Hochfrequenzschaltung für Kondensatormikrophone gezeigt, die eine Weiterentwicklung der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung darstellt und eine Vergrö- sserung der Modulation und damit eine Verbesserung des Störabstandes zum Ziele hat.
Die Schaltung gemäss Fig. 2 unterscheidet sich von jener der Fig. 1 dadurch, dass die beiden Kapazitäten C und C in Schwingungskreise einbezogen sind. In Fig. 2 sind die Schwingungskreise als Parallelresonanzkreise ausgebildet, es können aber grundsätzlich auch Serienresonanzkreise sein.
Die Frequenz des die Anordnung speisenden Transistoroszillators A wird durch die Induktivität L des
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Die gleichgerichtete Spannung am Niederfrequenzübertrager Ü2 ist dann bekanntlich gleich der halben Differenz der Absolutwerte der Diodenspannungen :
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Die Spannungen Ul und U sind Vorspannungen für die Dioden und werden zweckmässigerweise grösser als
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geht Gleichung (2) über in :
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Die Brückenspannung fällt an der Hochfrequenz-Drossel im Brücken-Nullzweig ab und ist bei Co = C, gleich Null. Für eine möglichst hohe Empfindlichkeit ist es erforderlich, bei Verstimmung von C eine möglichst grosse Änderung der Brückenspannung UB hervorzurufen.
Es lässt sich zeigen, dass die Brückenspannung UBr proportional der Widerstandsänderung zwischen den Punkten 1-0 bzw. 2-0 ist. Liegt, wie in Fig. l, zwischen den Punkten 1-0 und 2-0 eine reine Kapazität, ist die Scheinwiderstandsänderung
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Hiebeidurch den Schall hervorgerufene Kapazitätsänderung. Bei der erfindungsgemässen Anordnung, bei der den Kapazitäten Co und Cl eine Induktivität parallel oder in Serie zugeschaltet ist, derart, dass ein Teil der Ruhekapazität Cn bzw. C, weggestimmt wird, gilt für den Parallelresonanzkreis :
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und für den Serienresonanzkreis sinngemäss :
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ein Vielfaches grösser als die Kapazitätsänderung A C0/C@.
Die Verstimmung ist so zu wählen, dass die Resonanzkreise L0, C0 und L1, C1 leicht kapazitiv sind. Dies bedeutet, dass bei Verwendung von Serien- resonanzkreisen die Resonanzfrequenz des Kreises L0, C0 bzw. L1, C1, oberhalb der Oszillatorfrequenz
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besserten Schaltung erzielbare Empfindlichkeit des Wandlers ist bei ausreichender Stabilität etwa um den Faktor 5 grösser als die der bekannten Schaltung. Da der Rauschanteil nur unwesentlich vergrössert wird, steigt damit auch der Störspannungsabstand.
An Stelle des Kondensatormikrophons kann auch ein anderer kapazitiver Wandler als modulierendes Organ verwendet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochfrequenzschaltung für ein Kondensatormikrophon, bei der das Mikrophon in Reihe mit einem Kondensator in dem einen Zweig einer Brückenschaltung angeordnet ist und der andere Zweig der Brückenschaltung symmetrische Wicklungen des Speiseübertragers enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Kapazität (C) des Mikrophons als auch jene des mit ihm in Reihe liegenden Kondensators (C) durch Zuschaltung von Induktivitäten (Lo' L) in zwei hintereinandergeschaltete Schwingungskreise einbezogen sind, deren Resonanzfrequenz etwas oberhalb bzw. etwas unterhalb der Frequenz des die Anordnung speisenden Oszillators (A) liegt.
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