DE102020204717B4

DE102020204717B4 - Mikrofon mit luftdichter rückkammer

Info

Publication number: DE102020204717B4
Application number: DE102020204717.0A
Authority: DE
Inventors: Tzu-Huan Peng; Chung-Chi Lai; Chao-Chih Chang
Original assignee: Taiwan Carol Electronics Co Ltd
Current assignee: Taiwan Carol Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: TWI706678B; CN111954137B; US10924845B2; DE102020204717A1; CN111954137A; TW202042565A; US20200366985A1

Abstract

Mikrofon mit einem Außengehäuse (2) und einer Kapseleinheit (3), wobei das Außengehäuse (2) eine Innenfläche (21) aufweist, die eine Achse (X) umgibt und eine Kammer (20) begrenzt, wobei die Kapseleinheit (3) einen in der Kammer (20) angeordneten Träger (31) und ein mit dem Träger (31) verbundenes Schallempfangsmodul (32) zum Empfangen von Schall aufweist,wobei der Träger (31) ein Durchgangsloch (314) gegenüber dem Schallempfangsmodul (32) entlang der Achse (X) aufweist,wobei ein Dämpfungsmaterial (5) das Durchgangsloch (314) in dem Träger (31) verschließt, undwobei eine luftdichte Einheit (4) mit einem Stoßdämpfer (41) vorgesehen ist,dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßdämpfer (41) mit der Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) und dem Träger (31) verbunden ist, und ein luftdichtes Element (42) vorgesehen ist, das von dem Stoßdämpfer (41) in Abstand angeordnet ist und die Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) luftdicht berührt, wobei das luftdichte Element (42), der Stoßdämpfer (41), die Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) und der Träger (31) gemeinsam eine luftdichte Rückkammer (420) begrenzen, wobei die luftdichte Rückkammer (420) so konfiguriert ist, dass diese eine Druckluftwelle erzeugt, wenn eine mechanische Schwingungswelle auf das Außengehäuse (2) übertragen wird; undwobei das Dämpfungsmaterial (5) so konfiguriert ist, dass dieses die Phase der Druckluftwelle ändert, wenn die Druckluftwelle durch diese hindurchgeht, so dass sich die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle gegenseitig ausgleichen können, wenn die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle zu dem Schallempfangsmodul (32) übertragen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrofon, insbesondere auf ein Mikrofon mit einer luftdichten Rückkammer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Mikrofon ist aus der AT 413 924 B bekannt.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein dynamisches Mikrofon 1, wie es in der taiwanesischen Patentveröffentlichung TW 2007 42474 A bzw. TW I 304705 B offenbart ist, ein Außengehäuse 11, eine Kapsel 12, die im Inneren des Außengehäuses 11 montiert ist, und einen ersten stoßdämpfenden Sitz 13 und einen zweiten stoßdämpfenden Sitz 14, die zwischen der Kapsel 12 und dem Außengehäuse 11 montiert sind und die Kapsel 12 im Inneren des Außengehäuses 11 aufhängen. Dadurch, dass der erste und der zweite schwingungsdämpfende Sitz 13, 14 Stöße absorbieren, wird verhindert, dass die Kapsel 12 durch Nebengeräusche beeinträchtigt wird und dadurch der Zweck einer Verringerung von Nebengeräuschen erreicht.
Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften ist das dynamische Mikrofon 1 jedoch sehr empfindlich gegenüber niederfrequenten Schwingungen im Bereich von 50 bis 300 Hz. Mechanische Schwingungen, die durch Reibung mit dem Außengehäuse 11 beim Halten des dynamischen Mikrofons 1 erzeugt werden, oder mechanische Schwingungen, die durch Schütteln verursachte interne Zusammenstöße von Leitungen erzeugt werden, oder mechanische Schwingungen, die von der Bühne erzeugt werden, gelangen immer noch durch das Außengehäuse 11 hindurch und werden über den ersten und zweiten stoßdämpfenden Sitz 13, 14 auf die Kapsel 12 übertragen. Es gibt also noch Raum für Verbesserungen des oben genannten dynamischen Mikrofons 1.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Mikrofons mit einer luftdichten Rückkammer, die in der Lage ist, mindestens einen der Nachteile des Standes der Technik zu mildern.
Gemäß dieser Erfindung umfasst ein Mikrofon ein Außengehäuse, eine Kapseleinheit, eine luftdichte Einheit und ein Dämpfungsmaterial. Das Außengehäuse umfasst eine Innenfläche, die eine Achse umgibt und eine Kammer begrenzt. Die Kapseleinheit umfasst einen in der Kammer angeordneten Träger und ein mit dem Träger verbundenes Schallempfangsmodul zum Empfang von Schall. Der Träger hat entlang der Achse ein Durchgangsloch gegenüber dem Schallempfangsmodul. Die luftdichte Einheit umfasst einen Stoßdämpfer, der mit der Innenfläche des Außengehäuses und dem Träger verbunden ist, und ein luftdichtes Element, das vom Stoßdämpfer in Abstand angeordnet ist und die Innenfläche des Außengehäuses luftdicht berührt. Das luftdichte Element, der Stoßdämpfer, die Innenfläche des Außengehäuses und der Träger bilden zusammen eine luftdichte Rückkammer. Die luftdichte Rückkammer ist so konfiguriert, dass sie eine Druckluftwelle erzeugt, wenn eine mechanische Schwingungswelle auf das Außengehäuse übertragen wird. Das Dämpfungsmaterial verschließt das Durchgangsloch im Träger und ist so konfiguriert, dass dieses die Phase der Druckluftwelle ändert, wenn die Druckluftwelle durch dieses hindurchgeht, so dass sich die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle gegenseitig ausgleichen können, wenn die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle an das Schallempfangsmodul übertragen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, detaillierten Beschreibung der Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:

1 eine vergrößerte, fragmentarische Schnittdarstellung eines dynamischen Mikrofons, das in der taiwanesischen Patentveröffentlichung Nr. I304705B offenbart wurde;
2 eine Schnittdarstellung eines Mikrofons gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine vergrößerte, fragmentarische Schnittdarstellung der Ausführungsform;
4 ein Testdiagramm, das die Frequenzgangkurven einer ersten experimentellen Gruppe der Ausführungsform und einer Vergleichsgruppe darstellt;
5 ein Testdiagramm, das die Frequenzgangkurven einer zweiten bis sechsten experimentellen Gruppe der Ausführungsform und der Vergleichsgruppe darstellt;
6 ein Testdiagramm, das die Frequenzgangkurven der Ausführungsform veranschaulicht; und
7 ein Testdiagramm, das die Frequenzgangkurven der Vergleichsgruppe veranschaulicht.

Unter Bezugnahme auf 2 und 3 umfasst ein Mikrofon gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung ein Außengehäuse 2, eine Kapseleinheit 3, eine luftdichte Einheit 4 und ein Dämpfungsmaterial 5.
Das Außengehäuse 2 umfasst eine Innenfläche 21, die eine Achse (X) umgibt und eine Kammer 20 begrenzt.
Die Kapseleinheit 3 umfasst einen Träger 31, der in der Kammer 20 angeordnet ist, und ein Schallempfangsmodul 32, das mit dem Träger 31 zum Empfang von Schall verbunden ist.
Der Träger 31 umfasst eine Umgebungswand 311, die eine Achse (X) umgibt und einen Hohlraum 310 begrenzt, und eine Verbindungswand 312, die mit einem Ende der Umgebungswand 311 verbunden ist, das dem Schallempfangsmodul 32 gegenüberliegt. Die Umgebungswand 311 weist zwei Verbindungsteile 313 auf, die auf deren Außenfläche ausgebildet sind. Die Verbindungswand 312 weist ein Durchgangsloch 314 auf, das sich entlang der Achse (X) durch diese hindurch erstreckt und mit dem Hohlraum 310 in Verbindung steht. In dieser Ausführungsform ist jedes Verbindungsteil 313 eine ringförmige Nut. Das Durchgangsloch 314 hat einen Lochdurchmesser von 1 mm bis 17 mm und eine Lochquerschnitt von 0,79 mm² bis 227 mm².
Die luftdichte Einheit 4 umfasst einen Stoßdämpfer 41, der mit der Innenfläche 21 des Außengehäuses 2 und dem Träger 31 verbunden ist, und ein luftdichtes Element 42, das vom Stoßdämpfer 41 in Abstand liegt und die Innenfläche 21 des Außengehäuses 2 luftdicht berührt.
Der Stoßdämpfer 41 hat eine Außenumfangsfläche 411, die die Innenfläche 21 des Außengehäuses 2 luftdicht berührt, und zwei Kupplungsteile 412, die jeweils mit den Verbindungsteilen 313 verbunden sind. In dieser Ausführungsform ist jedes Kupplungsteil 412 ein ringförmiger Vorsprung, der jeweils mit einer der Nuten oder Verbindungsteile 313 verbunden ist.
Es sei hier angemerkt, dass jedes Verbindungsteil 313 nicht auf eine Nut beschränkt ist und auch ein Vorsprung sein kann, wohingegen jedes Kupplungsteil 412 nicht auf einen Vorsprung beschränkt ist und eine an den Vorsprung angepasste Nut sein kann. Darüber hinaus ist die Anzahl der Verbindungsteile 313 und der Kupplungsteile 412 nicht auf zwei beschränkt und in anderen Variationen dieser Ausführungsform eins oder mehr betragen kann.
Das luftdichte Element 42, der Stoßdämpfer 41, die Innenfläche 21 des Außengehäuses 2 und der Träger 31 bilden zusammen eine luftdichte Rückkammer 420. Die luftdichte Rückkammer 420 steht mit dem Durchgangsloch 314 in Verbindung und hat ein Volumen von 5000 mm³ bis 36000 mm³.
Das Dämpfungsmaterial 5 ist an der Verbindungswand 312 des Trägers 31 angeordnet und verschließt das Durchgangsloch 314 im Träger 31. In dieser Ausführungsform kann das Dämpfungsmaterial 5 ein atmungsaktives Papier, ein atmungsaktives Tuch, ein Filz oder ein Nylontuch sein.
Wenn mechanische Schwingungen auf das Außengehäuse 2 einwirken, erzeugt die luftdichte Rückkammer 420 neben den mechanischen Schwingungswellen, wie durch die durchgezogenen Pfeile in 3 dargestellt, die von dem Außengehäuse 2 über den Stoßdämpfer 41 und den Träger 31 auf das Schallempfangsmodul 32 übertragen werden, durch die interne Luftstromschwingung auch eine Druckluftwelle, wie durch einen Pfeil in gestrichelten Linien in 3 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Druckluftwelle durch das Dämpfungsmaterial 5 und den Hohlraum 310 des Trägers 31 hindurch zum Schallempfangsmodul 32 übertragen.
Da die Schwingungsquelle der Druckluftwelle auch die der mechanischen Schwingung ist, wird ihre Frequenz ebenfalls im Bereich von 50 Hz bis 300 Hz liegen. Wenn die Druckluftwelle das Dämpfungsmaterial 5 durchläuft, ändern sich aufgrund des Schallwiderstandes des Dämpfungsmaterials 5 die Phase und die Amplitude der Druckluftwelle. Dadurch können sich bei der Übertragung der Druckluftwelle und der mechanischen Schwingungswellen zum Schallempfangsmodul 32 gegenseitig ausgleichen, da ihre Phasen unterschiedlich, ihre Amplituden aber annähernd gleich sind, so dass der Einfluss der mechanischen Schwingung auf das Schallempfangsmodul 32 unterdrückt werden kann, wodurch der Zweck der Geräuschreduzierung erreicht wird.
Da das technische Prinzip der oben genannten Stoßdämpfung auf der wechselseitigen Verschiebung der Luftstromschwingung und der mechanischen Schwingung zur Erzielung des Effekts der Unterdrückung der Schwingung (theoretisch als destruktive Interferenz bezeichnet) beruht, werden die Parameter des Lochdurchmessers und der Lochfläche der Öffnung 313 oder der Parameter des Volumens der luftdichten Rückkammer 420 die Amplitude und die Phase der Druckluftwelle jeweils beeinflussen. Wenn die vorgenannten Parameter den in dieser Erfindung angegebenen Bereich überschreiten, werden sich die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle nicht effektiv ausgleichen, so dass die Wirkung der Schwingungsunterdrückung verloren geht. Es ist sogar möglich, eine Phasenüberlappung (konstruktive Interferenz) zu erzeugen, um dadurch die Schwingung zu verstärken.
Unter Bezugnahme auf 4 in Kombination mit 3 wird ein Amplitudentest (in Dezibel, dB) durchgeführt, wobei in der Ausführungsform als erste Versuchsgruppe das Volumen der Rückkammer 420 11500 mm³ beträgt, luftdurchlässiges Papier als Dämpfungsmaterial 5 gewählt wird und der Lochdurchmesser des Durchgangslochs 314 2,5 mm beträgt und als Vergleichsgruppe das in 1 gezeigte dynamische Mikrofon 1 gewählt wird. Aus dem Testdiagramm geht hervor, dass der Dezibel-Wert der ersten Versuchsgruppe im Frequenzbereich von 100 bis 200 Hz zwar höher ist als der der Vergleichsgruppe, der Dezibel-Wert der ersten Versuchsgruppe im Frequenzbereich von weniger als 100 Hz jedoch weit niedriger als der der Vergleichsgruppe ist.
Ähnlich verhält es sich mit 5, in Kombination mit 3, wobei in der Ausführungsform als zweite Versuchsgruppe, mit einem Volumen der Rückkammer 420 von 11500 mm³, luftdurchlässigem Papier als Dämpfungsmaterial 5 und einem Lochdurchmesser des Durchgangslochs 314 von 2 mm, in der Ausführungsform als dritte Versuchsgruppe, mit einem Volumen der Rückkammer 420 von 13300 mm³, luftdurchlässigem Papier als Dämpfungsmaterial 5 und einem Lochdurchmesser des Durchgangslochs 314 von 2 mm, in der Ausführungsform als vierte Versuchsgruppe, mit einem Volumen der Rückkammer 420 von 13300 mm³, luftdurchlässigem Papier als Dämpfungsmaterial 5 und einem Lochdurchmesser des Durchgangslochs 314 von 2,5 mm; in der Ausführungsform als fünfte Versuchsgruppe. Mit einem Volumen der Rückkammer 420 von 11500 mm³, luftdurchlässigem Tuch als Dämpfungsmaterial 5 und einem Lochdurchmesser des Durchgangslochs 314 von 2,5mm und in der Ausführungsform als sechste Versuchsgruppe, mit einem Volumen der Rückkammer 420 von 11500 mm³, luftdurchlässigem Tuch als Dämpfungsmaterial 5 und einem Lochdurchmesser des Durchgangslochs 314 von 2 mm, wird festgestellt, dass die Dezibel-Werte der zweiten bis sechsten Versuchsgruppe im Frequenzbereich von weniger als 100 Hz weit unter dem Dezibel-Wert der Vergleichsgruppe liegen.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 in Kombination mit 3 ist ferner aus den Frequenzgangkurven der ersten Versuchsgruppe (siehe 6) und der Vergleichsgruppe (siehe 7) ersichtlich, dass die erste Versuchsgruppe im Frequenzbereich von weniger als 200 Hz und in Bereich von Schalleinfallwinkeln von null (0) Grad und 120 Grad um 6 bis 10 Dezibel (dB) größer ist als die Vergleichsgruppe, so dass deren Frequenzgangkurve im Tieftonbereich eine stärkere Richtwirkung hat.
Aus dem Vorangehenden lassen sich die Vorteile der Ausführungsform wie folgt zusammenfassen:

1) Durch die Anordnung der luftdichten Rückkammer 420 und des luftdichten Elements 42 kann durch diese Erfindung eine Druckluftwelle erzeugt werden, die der mechanischen Schwingungsphase entgegengesetzt ist, so dass sich die mechanische Schwingungswelle und die Druckluftwelle bei der Übertragung zum Schallempfangsmodul 32 ausgleichen können, wodurch Nebengeräusche wirksam reduziert werden.
2) Diese Erfindung kann die akustische Regeltreue in den akustischen Eigenschaften erhöhen, so dass ihre Frequenzgangkurve eine starke Richtwirkung bei niedrigen Frequenzen hat.

Claims

Mikrofon mit einem Außengehäuse (2) und einer Kapseleinheit (3), wobei das Außengehäuse (2) eine Innenfläche (21) aufweist, die eine Achse (X) umgibt und eine Kammer (20) begrenzt, wobei die Kapseleinheit (3) einen in der Kammer (20) angeordneten Träger (31) und ein mit dem Träger (31) verbundenes Schallempfangsmodul (32) zum Empfangen von Schall aufweist, wobei der Träger (31) ein Durchgangsloch (314) gegenüber dem Schallempfangsmodul (32) entlang der Achse (X) aufweist, wobei ein Dämpfungsmaterial (5) das Durchgangsloch (314) in dem Träger (31) verschließt, und wobei eine luftdichte Einheit (4) mit einem Stoßdämpfer (41) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßdämpfer (41) mit der Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) und dem Träger (31) verbunden ist, und ein luftdichtes Element (42) vorgesehen ist, das von dem Stoßdämpfer (41) in Abstand angeordnet ist und die Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) luftdicht berührt, wobei das luftdichte Element (42), der Stoßdämpfer (41), die Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) und der Träger (31) gemeinsam eine luftdichte Rückkammer (420) begrenzen, wobei die luftdichte Rückkammer (420) so konfiguriert ist, dass diese eine Druckluftwelle erzeugt, wenn eine mechanische Schwingungswelle auf das Außengehäuse (2) übertragen wird; und wobei das Dämpfungsmaterial (5) so konfiguriert ist, dass dieses die Phase der Druckluftwelle ändert, wenn die Druckluftwelle durch diese hindurchgeht, so dass sich die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle gegenseitig ausgleichen können, wenn die Druckluftwelle und die mechanische Schwingungswelle zu dem Schallempfangsmodul (32) übertragen werden.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die luftdichte Rückkammer (420) ein Volumen im Bereich von 5000 mm³ bis 36000 mm³ hat.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (314) einen Lochdurchmesser im Bereich von 1 mm bis 17 mm hat.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch (314) einen Lochquerschnitt im Bereich von 0,79 mm² bis 227 mm² hat.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftwelle eine Frequenz im Bereich von 50 Hz bis 300 Hz hat.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmaterial (5) ein luftdurchlässiges Papier, ein atmungsaktiver Textilstoff, ein Filz oder ein Nylongewebe ist.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (31) ferner aufweist wenigstens ein Verbindungsteil (313), das auf einer Außenfläche desselben ausgebildet ist, wobei der Stoßdämpfer (41) eine äußere Umfangsfläche (411) aufweist, die die Innenfläche (21) des Außengehäuses (2) luftdicht berührt, und wenigstens ein Kupplungsteil (412), das mit dem wenigstens einen Verbindungsteil (313) gekoppelt ist.
Mikrofon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer des wenigstens einen Verbindungsteils (313) und des wenigstens einen Kupplungsteils (412) ein Vorsprung ist und der jeweils andere des wenigstens einen Verbindungsteils (313) und des wenigstens einen Kupplungsteils (412) eine Nut ist.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (31) eine die Achse (X) umgebende und einen Hohlraum (310) begrenzende Umgebungswand (311) und eine mit einem Ende der Umgebungswand (311) verbundene Verbindungswand (312) mit dem Durchgangsloch (314) aufweist, wobei das Durchgangsloch (314) mit dem Hohlraum (310) und der luftdichten Rückkammer (420) in Verbindung steht.
Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmaterial (5) ferner so konfiguriert ist, dass dieses die Amplitude der durch diese hindurchgehende Druckluftwelle ändert.