Die Erfindung betrifft eine Mikrophonkapsel für eine Telephonteilnehmerstation, mit einem Gehäuse und zwei dasselbe durchsetzenden Anschlussfahnen sowie einem Mikrophon zum Umsetzen der Schallwellen in elektrische Signale.
Die bisher in grossen Mengen verwendeten bekannten Mikrophonkapseln sind nach dem sogenannten Widerstandsprinzip aufgebaut. Die bekannte Mikrophonkapsel besitzt eine Kammer, in welcher sich Kohlenkörner oder Kohlenstaub zwischen zwei Elektroden befinden. Der Durchgangswiderstand durch die Kohlenkörner oder den Kohlenstaub ist von auf die Membrane einwirkenden Schalldruck abhängig. Die von einer derartigen Mikrophonkapsel abgegebene elektrische Sprechleistung ist zwar recht gross, aber die durch die Schallwellen erzeugten elektrischen Signale weisen ziemlich grosse Verzerrungen auf und sind in grossem Masse von dem durch den Widerstand der Teilnehmerschlaufe bestimmten Gleichstrom durch die Mikrophonkapsel abhängig.
Um die genannten Verzerrungen zu verringern und die Abhängigkeit der erzeugten elektrischen Signale vom Widerstand der Teilnehmerschlaufe zu beseitigen, wurde schon vorgeschlagen, in die Mikrophonkapsel anstelle eines Kohlenmikrophons ein dynamisches Mikrophon mit einem Verstärker einzubauen. Die akustischen und elektrischen Eigenschaften derartiger Mikrophonkapseln sind gut, jedoch sind die Herstellungskosten sehr hoch, weil das Zusammensetzen des dynamischen Mikrophons, welches aus einem Dauermagneten, einer zwischen den Polen derselben angeordneten Schwing- spule und einer mit der Schwingspule mechanisch gekoppelten Membrane besteht, Präzisionsarbeit erfordert. Weiter ist das Gewicht eines dynamischen Mikrophons relativ gross und eine derartige Mikrophonkapsel ist gegen Schläge oder Schockwirkungen sehr empfindlich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mikrophonkapsel der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein geringeres Gewicht aufweist und die trotz guter akustischer und elektrischer Eigenschaften mechanisch robuster und billiger in der Herstellung ist, als bisher bekannte Mikrophonkapseln.
Die erfindungsgemässe Mikrophonkapsel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon ein in einem Zellengehäuse angeordnetes Elektretmikrophon ist, dass das Zellengehäuse auf einer das Innere des Gehäuses der Mikrophonkapsel in zwei Kammern unterteilenden Tragscheibe angeordnet ist, dass in dem Zellengehäuse zumindest ein als Impedanzwandler wirksamer Vorverstärker untergebracht ist, dass ein Hauptverstärker vorhanden ist, dass der Ausgang des Hauptverstärkers mit den Anschlussfahnen verbunden ist und dass der Ausgang des Vorverstärkers über ein elektrisches Filter mit dem Eingang des Hauptverstärkers verbunden ist.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Ansicht der Rückseite einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Mikrophonkapsel für eine Telephonteilnehmerstation,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie ll-ll der Fig. 1,
Fig. 3 das Blockschema der Mikrophonkapsel nach der Fig. 1 und
Fig. 4 eine Elektretmikrophonzelle der Mikrophonkapsel in auseinandergezogener schaubildlicher Darstellung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Mikrophonkapsel, die zum Einsetzen in ein Mikrotel bestimmt ist, besitzt ein Gehäuse 1, vorzugsweise aus Kunststoff. Das Gehäuse 1 ist topfförmig ausgebildet, dessen Mantelteil in zwei Abschnitte 2 und 3 unterteilt ist, wobei der vom Boden 4 des Gehäuses weiter entfernte Abschnitt 2 einen grösseren Durchmesser aufweist als der an den Boden 4 anschliessende Abschnitt 3.
Im Bereich der Übergangsstelle zwischen den beiden Ab schnitten 2 und 3 des Gehäusemantels befindet sich auf der
Aussenseite eine Auflageschulter 5 und auf der Innenseite ein ringförmiger Wulst 6 zum Abstützen eines Einsatzes 7.
Der Boden 4 des Gehäuses 1 ist abgestuft und in dem weiter nach aussen vorstehenden Teil 8 des Bodens 4 sind zwei durch eine Scheidewand 9 getrennte Vertiefungen 10 vorge sehen, in die je eine sich vom Innern des Gehäuses 1 durch den Boden erstreckende Anschlussfahnen 11 hineinragt.
Der Einsatz 7 umfasst einen Bodenteil und einen Mantel teil aufweisenden, metallischen Becher 12. Im Bodenteil des
Bechers 12 sind eine Anzahl Sprechöffnungen 13 angeord net. Der Randbereich des Bodenteils ist zur Bildung einer
Auflageschulter 14 für ein Sprechsieb 15 gegenüber der
Hauptebene des Bodenteiles des Bechers 12 in axialer Rich tung zurückgesetzt. Innerhalb des Bechers 12 ist eine steife
Tragscheibe 16 durch Distanzringe 17 und 18 gehalten. Der
Rand 19 des Bechers 12 ist nach innen umgebördelt und presst den Distanzring 19, den Randbereich der Tragscheibe
16, den Distanzring 17 und einen kreisringförmigen Bereich des Sprechsiebes an zurückgesetzten Randbereich des Boden teiles des Bechers 12. Für das einwandfreie Arbeiten der Mi krophonkapsel ist es notwendig, dass das Sprechsieb 15 rela tiv straff gespannt ist.
Zu diesem Zweck erstreckt sich der
Randbereich des Sprechsiebes vorzugsweise in den Zwischen raum zwischen den Distanzringen 17 und 18 und dem Mantel teil des Bechers 12, so dass ein Nachlassen der Spannung des Sprechsiebes 15 zumindest sehr erschwert ist.
Im zentralen Bereich der Tragplatte 16 ist eine Elektret mikrophonzelle 20 angeordnet, welche mit Bezug auf die
Fig. 4 weiter unten näher beschrieben ist. Die Dicke des Di stanzringes 17, d. h. seine Abmessung in axialer Richtung ist so gewählt, dass der Hohlraum 21, der durch den Distanz ring 17, die Tragplatte 16 und das Sprechsieb 15 bzw. den Bo denteil des Bechers 12 begrenzt ist, und in welchem Raum sich die Elektretmikrophonzelle 20 befindet, einen Resonanz hohlraum bildet, der den Frequenzgang, d. h. die über die An schlussfahnen 11 abgegebene elektrische Spannung in Funk tion der Frequenz, beeinflusst.
Der Einsatz 7 ist so im Gehäuse 1 angeordnet, dass der
Wulst 6 im Innern des Gehäuses auf dem Distanzring 18 an liegt. Der Rand des Abschnittes 2 des Gehäuses 1 ist nach innen verbreitert und bildet eine den Randbereich des Bo dens des Bechers 12 umfassende radial nach innen vorste hende Rippe 21, welche den Einsatz 7 in dem Gehäuse 1 fest hält.
Die Fig. 3 zeigt das Blockschema der Mikrophonkapsel, deren mechanischer Aufbau oben beschrieben ist. Das Schalt schema der Elektretmikrophonzelle 20 ist innerhalb des strichpunktiert dargestellten Blockes 20' dargestellt. Das eigentliche Elektretmikrophon ist im Block 22 gezeichnet und umfasst eine scheibenförmige Elektretfolie 23, die auf einer Seite mit einer elektrisch leitenden Schicht 24 überzo gen ist, die als erste Elektrode dient, und eine mit Aussparun gen 25 versehene zweite Elektrode 26. Die Dicke der Elek tretfolie 23 mit der Schicht 24 ist in den Fig. 3 und 4 übertrie ben gross dargestellt und beträgt in Wirklichkeit
0,015-0,02 mm.
Die Elektretfolie 23 wird durch einen Distanz ring 27 von der zweiten Elektrode 20 auf einem kleinen Ab stand gehalten, so dass sich der mittlere Bereich der durch
Schallschwingungen erregten Elektretfolie relativ zur zwei ten Elektrode bewegen kann, wodurch an den Anschlüssen
28 und 29 eine zu den Schallschwingungen proportionale elektrische Spannung auftritt. Diese Spannung wird über in der Fig. 4 nicht dargestellte Leiter einem Vorverstärker 30 zugeführt. Dieser ist in einem Plättchen eingegossen, wel ches den Abschluss der Elektretmikrophonzelle 20 bildet.
Der Vorverstärker 30 umfasst einen Eingangswiderstand 31, einen Ausgangswiderstand 32 und einen Transistor 33. Der Vorverstärker 30 dient in erster Linie dazu, die Impedanz des Elektretmikrophons, bestehend aus der leitenden Schicht 24, der Elektretfolie 23 und der zweiten Elektrode 26, an die folgenden, nachstehend beschriebenen Stromkreise anzupassen und ist vorzugsweise in der Dickfilmtechnik ausgeführt. Der Vorverstärker 30 weist drei Anschlussklemmen 34, 35 und 36 auf. Über die Anschlussklemme 36 wird'die die Speisespannung für den Vorverstärker 30 zugeführt. An der Anschlussklemme 35 wird die zu den Schallwellen proportionale Spannung abgegriffen. Über die Anschlussklemme 34 wird dem Vorverstärker 30 das Massenpotential zugeführt.
Die am Ausgangswiderstand 32 des Vorverstärkers 30 auftretende, zu den Schallwellen proportionale Spannung wird über ein aus Widerständen 37 und 38 sowie Kondensatoren 39 und 40 bestehendes Bandpassfilter dem Eingang eines Hauptverstärkers 41 zugeführt. Der Ausgang desselben ist an Ausgangsklemmen 42 und 43 angeschlossen, welche Klemmen den Anschlussfahnen 11 entsprechen. Von der nicht dargestellten Teilnehmerstation wird der Mikrophonkapsel ein Mikrophonspeisestrom über die Anschlussfahnen zugeführt, wenn der Telephonhörer abgenommen ist Dieser Mikrophonspeisestrom erzeugt am Innenwiderstand des Hauptverstärkers 41 einen Spannungsabfall, welcher je nach Richtung des Mikrophonspeisestromes durch den im Ausgangsstromkreis des Hauptverstärkers 41 über eine Diode 44 oder eine Diode 45 über einen Vorwiderstand 46 einer Zenerdiode 47 zugeführt wird.
Die über der Zenerdiode 47 stabilisierte Spannung wird als Speisespannung zum Betrieb des Vorverstärkers 30 demselben über die Anschlussklemme 36 zugeführt.
Die zum Betrieb des Vorverstärkers 30 notwendige Speisespannung beträgt beispielsweise ca. 1,5 V. Da selbst bei extrem langer Teilnehmerleitung der Mikrophonspeisestrom, welcher der Mikrophonkapsel über die Anschlussfahnen 11 bzw. Anschlussklemmen 42 und 43 zugeführt wird, einen Spannungsabfall von wenigstens 2 V erzeugt, ist die Speisung des Vorverstärkers 30 ausreichend sichergestellt. Vorzugsweise wird auch der Hauptverstärker 41 mit der über der Zenerdiode 47 auftretenden, regulierten Spannung gespiesen, wie dies in der Fig. 3 durch den gestrichelt dargestellten Leiter 48 angedeutet ist.
Die Fig. 4 zeigt den mechanischen Aufbau der Elektretmikrophonzelle 20 in auseinandergezogener schaubildlicher Darstellung. In einem quaderförmigen Zellengehäuse 49, vorzugsweise aus Metall befindet sich eine runde Aussparung 50, welche auf der in der Fig. 4 nicht sichtbaren Seite des Zellengehäuses 49 z. B. bis auf wenigstens eine nicht dargestellte kleine Öffnung verschlossen ist, durch welche die Schallwellen in das Innere der Elektretmikrophonzelle 20 eintreten können. In die Aussparung 50 wird zuerst ein Stützring 51 eingesetzt, auf den der Randbereich der beschichteten Elektretfolie 23 aufliegt.
Der Stützring 51 besteht vorzugsweise aus elektrisch leitendem Material, so dass eine elektrische Verbindung zwischen der Schicht 24 und dem Zellengehäuse 49 vorhanden ist, wobei das Zellengehäuse 49 als Anschluss 28 für den Vorverstärker 30 dient. Über der Elektretfolie 23 wird die von dem Distanzring 27 aus elektrisch isolierendem Material umgebene zweite Elektrode 26 aufgesetzt. Darüber wird ein weiterer Distanzring 52 angeordnet.
Die Tiefe der Aussparung 50 im Zellengehäuse ist geringfügig kleiner als die Summe der Dicken des Stützringes 51 der
Elektretfolie 23 und der Distanzringe 27 und 52, so dass beim Aufsetzen des im wesentlichen quadratisch ausgebilde ten und als Abschluss des Zellengehäuses 49 dienenden Vor verstärkers 30 die vorgenannten Teile unter Druck zusam mengehalten werden, nach an gegenüberliegenden Seitenwänden des Zellengehäuses 49 angeordnete Lappen 53 umgebogen worden sind. Die Anschlussklemmen 34, 35 und 36 sind durch einen Anschnitt 54 in einer Seitenwand des Zellengehäuses zugänglich.
Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Mikrophonkapsel wird die Tragplatte 16 als Leiterplatte für die Widerstände 37, 38 und die Kondensatoren 39, 40 des Bandpassfilters, den Hauptverstärker 41 sowie die Dioden 45 und 46 und die Zenerdiode 47 verwendet. Keines dieser Bauelemente darf die strichpunktierte Umrisslinie 55 überschreiten, damit der Einsatz 7 in das Gehäuse 1 eingeschoben werden kann.
Gemäss einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform können der Hauptverstärker 41, das aus den Widerständen 37 und 38 sowie den Kondensatoren 39 und 40 bestehende Bandpassfilter zusammen mit dem Vorverstärker 30 auf einer einzigen Dünnfilmschaltung oder einem einzigen Halbleitersubstrat als integrierte Schaltung angeordnet sein, welche Dünnfilmschaltung bzw. integrierte Schaltung in einem Plättchen eingegossen ist, welches den Abschluss des Zellengehäuses 49 bildet. Dies würde gestatten, die Bauhöhe der Mikrophonkapsel zu verringern, weil der Abstand zwischen der Tragscheibe 16 und dem Boden 4 des Gehäuses 1 wesentlich verringert werden könnte.
Die oben beschriebene Mikrophonkapsel gibt eine vom Schlaufenwiderstand der Teilnehmerleitung praktisch unabhängige zu den Schallwellen proportionale Spannung ab.
Die Herstellungskosten sind gegenüber dynamischen Mikrophonkapseln geringer.
The invention relates to a microphone capsule for a telephone subscriber station, with a housing and two connecting lugs passing through the same, as well as a microphone for converting the sound waves into electrical signals.
The known microphone capsules used in large quantities up to now are constructed according to the so-called resistance principle. The known microphone capsule has a chamber in which grains of coal or coal dust are located between two electrodes. The resistance through the grains of coal or the coal dust is dependent on the sound pressure acting on the membrane. The electrical speech power emitted by such a microphone capsule is quite high, but the electrical signals generated by the sound waves have fairly large distortions and are largely dependent on the direct current through the microphone capsule determined by the resistance of the participant loop.
In order to reduce the aforementioned distortions and to eliminate the dependence of the electrical signals generated on the resistance of the subscriber loop, it has already been proposed to build a dynamic microphone with an amplifier into the microphone capsule instead of a carbon microphone. The acoustic and electrical properties of such microphone capsules are good, but the manufacturing costs are very high because the assembly of the dynamic microphone, which consists of a permanent magnet, a voice coil arranged between the poles of the same and a membrane mechanically coupled to the voice coil, requires precision work . Furthermore, the weight of a dynamic microphone is relatively large and such a microphone capsule is very sensitive to impacts or shock effects.
It is therefore the object of the invention to create a microphone capsule of the type mentioned at the outset which has a lower weight and which, despite good acoustic and electrical properties, is mechanically more robust and cheaper to manufacture than previously known microphone capsules.
The microphone capsule according to the invention is characterized in that the microphone is an electret microphone arranged in a cell housing, that the cell housing is arranged on a support plate that divides the interior of the housing of the microphone capsule into two chambers, that at least one preamplifier that acts as an impedance converter is housed in the cell housing, that a main amplifier is available, that the output of the main amplifier is connected to the connection lugs and that the output of the preamplifier is connected to the input of the main amplifier via an electrical filter.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it
1 shows the view of the rear of an embodiment of the microphone capsule according to the invention for a telephone subscriber station,
FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1,
3 shows the block diagram of the microphone capsule according to FIGS. 1 and
4 shows an electret microphone cell of the microphone capsule in an exploded perspective view.
The microphone capsule shown in FIGS. 1 and 2, which is intended for insertion into a Mikrotel, has a housing 1, preferably made of plastic. The housing 1 is pot-shaped, the casing part of which is divided into two sections 2 and 3, the section 2 further away from the base 4 of the housing having a larger diameter than the section 3 adjoining the base 4.
In the area of the transition point between the two cut from 2 and 3 of the housing shell is located on the
On the outside a support shoulder 5 and on the inside an annular bead 6 for supporting an insert 7.
The bottom 4 of the housing 1 is stepped and in the further outwardly protruding part 8 of the bottom 4 two recesses 10 separated by a partition 9 are provided, into each of which a connecting lug 11 protrudes from the interior of the housing 1 through the bottom.
The insert 7 comprises a bottom part and a jacket part having metallic cup 12. In the bottom part of the
Cup 12 are a number of speaking openings 13 net angeord. The edge area of the bottom part is to form a
Support shoulder 14 for a speaking screen 15 opposite the
Main plane of the bottom part of the cup 12 is set back in the axial direction Rich. Inside the cup 12 is a rigid one
Support disk 16 held by spacer rings 17 and 18. Of the
Edge 19 of the cup 12 is flanged inward and presses the spacer ring 19, the edge area of the support disk
16, the spacer ring 17 and a circular area of the speech screen on the set-back edge area of the bottom part of the cup 12. For the proper functioning of the microphone capsule, it is necessary that the speech screen 15 is relatively taut.
For this purpose, the
Edge area of the speech screen preferably in the space between the spacer rings 17 and 18 and the jacket part of the cup 12, so that a relaxation of the tension of the speech screen 15 is at least very difficult.
In the central area of the support plate 16, an electret microphone cell 20 is arranged, which with reference to the
Fig. 4 is described in more detail below. The thickness of the spacer ring 17, d. H. its dimension in the axial direction is chosen so that the cavity 21, which is limited by the spacer ring 17, the support plate 16 and the speech screen 15 or the Bo dteil of the cup 12, and in which space the electret microphone cell 20 is located, a Resonance cavity forms the frequency response, d. H. the electrical voltage output via the connection lugs 11 as a function of the frequency.
The insert 7 is arranged in the housing 1 that the
Bead 6 is located inside the housing on the spacer ring 18. The edge of the section 2 of the housing 1 is widened inwards and forms a radially inwardly vorste existing rib 21 which comprises the edge region of the Bo dens of the cup 12 and which holds the insert 7 in the housing 1 firmly.
3 shows the block diagram of the microphone capsule, the mechanical structure of which is described above. The circuit diagram of the electret microphone cell 20 is shown within the dot-dashed block 20 '. The actual electret microphone is shown in block 22 and comprises a disk-shaped electret film 23, which is coated on one side with an electrically conductive layer 24, which serves as a first electrode, and a second electrode 26 provided with recesses 25. The thickness of the elec footprint 23 with the layer 24 is shown in Figs. 3 and 4 exaggerated ben large and is in reality
0.015-0.02 mm.
The electret film 23 is held by a spacer ring 27 from the second electrode 20 at a small distance, so that the middle area of the through
Sonic vibrations excited electret foil can move relative to the two th electrode, causing the connections
28 and 29 an electrical voltage proportional to the sound vibrations occurs. This voltage is fed to a preamplifier 30 via a conductor not shown in FIG. This is cast in a plate which forms the end of the electret microphone cell 20.
The preamplifier 30 comprises an input resistor 31, an output resistor 32 and a transistor 33. The preamplifier 30 primarily serves to transmit the impedance of the electret microphone, consisting of the conductive layer 24, the electret film 23 and the second electrode 26, to the following, to adapt the circuits described below and is preferably carried out using thick film technology. The preamplifier 30 has three connection terminals 34, 35 and 36. The supply voltage for the preamplifier 30 is supplied via the connection terminal 36. The voltage proportional to the sound waves is tapped at the connection terminal 35. The ground potential is fed to the preamplifier 30 via the connection terminal 34.
The voltage that occurs at the output resistor 32 of the preamplifier 30 and is proportional to the sound waves is fed to the input of a main amplifier 41 via a bandpass filter consisting of resistors 37 and 38 and capacitors 39 and 40. The output of the same is connected to output terminals 42 and 43, which terminals correspond to the connection lugs 11. From the subscriber station (not shown), the microphone capsule is supplied with a microphone feed current via the connection lugs when the telephone receiver is removed Diode 45 is fed to a Zener diode 47 via a series resistor 46.
The voltage stabilized across the Zener diode 47 is fed as a supply voltage for operating the preamplifier 30 via the connection terminal 36.
The supply voltage required to operate the preamplifier 30 is, for example, approx. 1.5 V. Since even with an extremely long subscriber line, the microphone supply current, which is fed to the microphone capsule via the connection lugs 11 or connection terminals 42 and 43, generates a voltage drop of at least 2 V, the feeding of the preamplifier 30 is sufficiently ensured. The main amplifier 41 is preferably also supplied with the regulated voltage occurring across the Zener diode 47, as is indicated in FIG. 3 by the conductor 48 shown in dashed lines.
4 shows the mechanical structure of the electret microphone cell 20 in an exploded diagrammatic representation. In a cuboid cell housing 49, preferably made of metal, there is a round recess 50 which, on the side of the cell housing 49 not visible in FIG. B. is closed except for at least one small opening, not shown, through which the sound waves can enter the interior of the electret microphone cell 20. First a support ring 51 is inserted into the recess 50, on which the edge region of the coated electret film 23 rests.
The support ring 51 is preferably made of electrically conductive material, so that there is an electrical connection between the layer 24 and the cell housing 49, the cell housing 49 serving as a connection 28 for the preamplifier 30. The second electrode 26, which is surrounded by the spacer ring 27 made of electrically insulating material, is placed over the electret film 23. A further spacer ring 52 is arranged above this.
The depth of the recess 50 in the cell housing is slightly smaller than the sum of the thicknesses of the support ring 51 of the
Electret film 23 and the spacer rings 27 and 52, so that when the essentially square-shaped th and serving as the conclusion of the cell housing 49 before amplifier 30, the aforementioned parts are held together under pressure after the tabs 53 arranged on opposite side walls of the cell housing 49 have been bent are. The connection terminals 34, 35 and 36 are accessible through a cut 54 in a side wall of the cell housing.
In the embodiment of the microphone capsule shown in FIG. 2, the support plate 16 is used as a printed circuit board for the resistors 37, 38 and the capacitors 39, 40 of the bandpass filter, the main amplifier 41 and the diodes 45 and 46 and the Zener diode 47. None of these components must exceed the dash-dotted outline 55 so that the insert 7 can be pushed into the housing 1.
According to a further embodiment not shown, the main amplifier 41, the bandpass filter consisting of the resistors 37 and 38 and the capacitors 39 and 40 together with the preamplifier 30 can be arranged as an integrated circuit on a single thin-film circuit or a single semiconductor substrate, which thin-film circuit or integrated Circuit is cast in a plate which forms the end of the cell housing 49. This would make it possible to reduce the overall height of the microphone capsule, because the distance between the support plate 16 and the bottom 4 of the housing 1 could be significantly reduced.
The microphone capsule described above emits a voltage that is practically independent of the loop resistance of the subscriber line and proportional to the sound waves.
The manufacturing costs are lower than dynamic microphone capsules.