DE1073546B - Richtmikrophon mit geringer Erschutterungs- und Windempfind lichkeit - Google Patents
Richtmikrophon mit geringer Erschutterungs- und Windempfind lichkeitInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf Richtmikrophone,
die als Elongationsempfänger oder nach dem elektromagnetischen Umwandlungsprinzip arbeiten, bei denen
die Richtung der größten Empfindlichkeit senkrecht zu der dem Schallfeld direkt ausgesetzten Seite der
Membran steht und die Rückseite der Membran eine niedere Luftkammer abschließt, aus der eine Röhre
nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt.
Das Wesen der Erfindung soll bei den Elongationsempfängern, insbesondere am Beispiel eines Kondensatormikrophons,
aufgezeigt werden. Kondensatorrichtmikrophone können nach ihrer physikalischen Wirkungsweise in zwei Gruppen eingeteilt werden. Die
erste Gruppe umfaßt Mikrophone, die in ihrer Wirkung auf der Interferenz der Schallwellen beruhen, z. B.
solche mit Reflektoren oder langen Rohrsystemen, deren Abmessungen in die Größenordnung der Wellenlänge
der niedersten Übertragungsfrequenz kommen.
Als Beispiel hierfür können die bekannten Mikrophone angesehen werden, deren elektromechanisches
Umwandlungssystem (Bändchen u. dgl.) mit einer Seite an mehreren verschieden langen Röhren, mit der
anderen Seite an einem gedämpften Hohlraum angekoppelt ist. Diese Art der Interferenzmikrophone erfordert
Rohrlängen von etwa der Wellenlänge des zu verarbeitenden Schalles, so daß in der Praxis Längenausdehnungen
des Mikrophons bis 2 m und mehr entstanden.
Zur zweiten Gruppe gehören Mikrophone, die auf den Druckunterschied zweier benachbarter Punkte
des Schallfeldes ansprechen und als Druckgradientenempfänger bekannt sind. Bei diesem Typ nimmt der
Druckgradient mit steigender Frequenz so lange linear zu, bis der Schallumweg von der Vorderseite der
Membran um die Mikrophonkapsel herum zur Rückseite der Membran in die Größenordnung der halben
Wellenlänge kommt. Bei dieser Wellenlänge erreicht der Druckgradient den doppelten Wert des Schalldruckes.
Von da ab durchläuft der Druckgradient mit steigender Frequenz zunächst den Wert Null, wenn
der Schallumweg einer ganzen Wellenlänge entspricht, und verläuft dann nach einer Besselfunktion. Um
diesem schwankenden Bereich auszuweichen, wurden bisher Kondensatormikrophone in den Abmessungen
so klein gehalten, daß der Abstand der benachbarten Punkte, d. h. der Schallumweg von der Vorderseite
der Membran um die Mikrophonkapsel herum zur Rückseite der Membran etwa gleich der halben
Wellenlänge der höchsten Übertragungsfrequenz entspricht. In der Praxis wird allerdings der Durchmesser
der Kapsel etwa mit 3 cm gewählt und für die höchsten Frequenzen ab etwa 8000 bis 15000Hz und
darüber die Richtwirkung der nur mehr als Druckempfänger arbeitenden Kapsel ausgenutzt.
Richtmikrophon
mit geringer Erschütterungsund. Windempfindlichkeit
mit geringer Erschütterungsund. Windempfindlichkeit
Anmelder:
Dr. Rudolf Görike, Wien
Dr. Rudolf Görike, Wien
ίο Vertreter: Dipl.-Ing. W. Paap
und Dipl.-Ing. H. Mitscherlich, Patentanwälte,
München 22, Mariannenplatz 4
München 22, Mariannenplatz 4
Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 26. Mai 1955 und 9. Mai 1956
Österreich vom 26. Mai 1955 und 9. Mai 1956
Dr. Rudolf Görike, Wien,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Aus vorstehendem geht hervor, daß mit abnehmender Frequenz, d. h. zunehmender Wellenlänge, der
Druckgradient linear abnimmt und bei niederen Frequenzen relativ kleine Werte erreicht. Um bei einem
solchen Mikrophon im ebenen Schallfeld bei konstantem Schalldruck konstante Wechselspannung im Bereich
der zu übertragenden Frequenzen zu erhalten, muß die Eigenschwingung der Membran in die Mitte
des Übertragungsfrequenzbereiches gelegt und für genügende Reibungshemmung gesorgt werden. Es hat
sich dabei in der Praxis gezeigt, daß solche Mikrophone eine störende Wind- und Erschütterungsempfindlichkeit
aufweisen.
Magnetische Mikrophone enthalten im allgemeinen einen Anker aus magnetisch weichem Werkstoff, der
in geringem Abstand von einem oder mehreren Polen eines Magnetsystems schwingungsfähig angeordnet
und mit einer Membran mechanisch verbunden ist. Es kann aber auch der Anker selbst die Membran bilden.
Infolge der anziehenden Kraft zwischen Anker und Pol des mit einem Dauermagneten ausgerüsteten Magnetsystems
muß die mechanische Rückstellkraft des Ankers hinreichend groß sein, um einen für die
Schwingungsfreiheit notwendigen Abstand vom Pol zu wahren. Dadurch entsteht jedoch eine Eigenschwingung
des Ankers von einigen hundert Hertz.
Der auch bei magnetischen Richtmikrophonen als antreibende Kraft wirksame Druckgradient ist jedoch auch hier frequenzabhängig, und zwar fällt er linear mit abnehmender Frequenz. Dieser Abfall müßte zur Erzielung einer horizontalen Frequenzkurve durch Verlegung der Eigenschwingung des Ankers an die
Der auch bei magnetischen Richtmikrophonen als antreibende Kraft wirksame Druckgradient ist jedoch auch hier frequenzabhängig, und zwar fällt er linear mit abnehmender Frequenz. Dieser Abfall müßte zur Erzielung einer horizontalen Frequenzkurve durch Verlegung der Eigenschwingung des Ankers an die
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untere Grenze des Übertragungsbereiches kompensiert werden. Dies ist jedoch bei magnetischen Mikrophonen
wegen der anziehenden Kraft zwischen Anker und Pol nicht möglich.
Der bei den genannten Richtmikrophonen., insbesondere
bei Kondensatormikrophonen, deren Membran wesentlich fester eingespannt ist, deren Eigenschwingung
demnach wesentlich höher liegt als bei den bisher gebauten Mikrophontypen, und bei magnetischen
Mikrophonen mit abnehmender Frequenz entstehende Abfall der Frequenzkurve wird erfindungsgemäß durch
Vergrößerung des Schallumweges ausgeglichen.
Ein Richtmikrophon nach dem Elongations- oder nach dem magnetischen Umwandlungsprinzip, bei dem
die Richtung der größten Empfindlichkeit senkrecht zu der dem Schallfeld direkt ausgesetzten Seite der
Membran steht und die Rückseite der Membran eine niedere Luftkammer abschließt, aus der eine Röhre
nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt, ist nun erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß diese Röhre um ein Vielfaches länger als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist und
längs des Mantels beliebig geformte und verteilte Schalleintrittsöffnungen, z. B. Schlitze, aufweist, die
zweckmäßig mit Dämpfungsmaterial versehen sind.
Dabei ist die Anordnung der Öffnungen, insbesondere der Abstand der der Membran am nächsten liegenden
öffnung und deren Verteilung oder die Länge der Schlitze von großer Bedeutung. In bevorzugten
Ausführungsformen der Erfindung kann das Rohr konstanten Querschnitt bzw. gegen das freie Ende zunehmenden
Querschnitt aufweisen. Aus raumsparenden Gründen ist es auch möglich, das Rohr spiralig
oder schraubenlinienförmig zu winden. Es kann ferner
die Membran mit einem kurzen Rohr unmittelbar gekoppelt sein, während ein weiteres langes Rohr von
wesentlich größerem Durchmesser mit der Mikrophonkapsel verbunden ist. Bei magnetischen Richtmikrophonen
wird dabei die Anordnung so getroffen, daß die Vorderseite der Membran direkt dem Schallfeld
ausgesetzt ist, während an der Rückseite der Membran mittels einer starren Platte eine niedere Luftkammer
gebildet wird, an die sich eine oder mehrere akustische Impedanzen anschließen, von denen mindestens
eine zur Vergrößerung des Druckgradienten in Gestalt einer Röhre mit seitlichen öffnungen dem
Schallfeld ausgesetzt ist, wobei die Röhre um ein Vielfaches länger als die kürzeste Wellenlänge des
Hörbereiches ist.
Nach den Grundlagen der Erfindung können Kondensatormikrophone mit achtförmiger oder einseitiger
(nierenförmiger) Richtcharakteristik gebaut werden. Auch gelingt es damit, Kondensatormikrophone zweiter
Ordnung mit der analytischen Funktion e = e0
(cos φ + cos2 φ) zu schaffen, deren Erschütterungsund
Windempfindlichkeit nicht größer ist als die der bisher bekannten Kondensatorrichtmikrophone erster
Ordnung mit der analytischen Gleichung e = e0
(1 +cosy).
Weitere Merkmale der Erfindung können der nachstehenden Figurenbeschreibung entnommen werden.
In den Zeichnungen ist das Wesen der Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, und
zwar zeigt
Fig. 1 vergleichsweise den Frequenzgang eines Kondensatorrichtmikrophons nach der Erfindung (b)
und eines Richtmikrophons bekannter Bauart, jedoch mit hochabgestimmter Membran,
Fig. 2 das Erfindungsprinzip in schematischer Darstellung, ■
Fig. 3 eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Ausführung,
Fig. 4 bis 6 weitere Ausbildungsmöglichkeiten des an die Membran angekoppelten Rohres,
Fig. 7 bis 9 ein komplettes Kondensatormikrophon mit deii erforderlichen Schaltelementen, bei dem aus Gründen der Raumeinsparung das zylindrische bzw. konische Rohr zu einer Spirale gewunden ist,
Fig. 7 bis 9 ein komplettes Kondensatormikrophon mit deii erforderlichen Schaltelementen, bei dem aus Gründen der Raumeinsparung das zylindrische bzw. konische Rohr zu einer Spirale gewunden ist,
Fig. 10 und 11 schematisch die Anordnung eines ίο Mikrophons mit achtförmiger Richtcharakteristik,
Fig. 12 die Anordnung bei einem Mikrophon mit einer Richtcharakteristik zweiter Ordnung,
Fig. 16 die mit einem Mikrophon gemäß Fig. 13 und 14 erzielbare Frequenzkurve,
Fig. 13 eine Mikrophonkapsel mit gekröpft angeschlossenem konischem Rohr und der Anordnung der
Schaltelemente des Verstärkers,
Fig. 14 das Mikrophon nach Fig. 13 in Außenansicht,
Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XV der Fig. 14,
Fig. 17 und 18 ein mechanisches Verschlußorgan zur Regelung der Richtcharakteristik,
Fig. 19 ein magnetisches Mikrophon, das die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist,
Fig. 20 das elektrische Ersatzschaltbild des Mikrophons nach Fig. 19,
Fig. 21 eine vereinfachte Darstellung des Mikrophons nach Fig. 19 und
Fig. 22 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines magnetischen Richtmikrophons in schematischer Darstellung.
Ein Richtmikrophon, bei dem der Schallumweg um die Mikrophonkapsel nur etwa der halben Wellenlänge
der höchsten Übertragungsfrequenz entspricht und dessen Membran hoch abgestimmt ist, zeigt eine
Frequenzcharakteristik gemäß der Kurve α der Fig. 1. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der länglichen,
mit öffnungen versehenen Hohlräume zur Vergrößerung des Druckgradienten ist die Kurve b erreichbar.
In Fig. 2 ist das Erfindungsprinzip in seiner einfachsten
Form in schematischer Darstellung wiedergegeben. Die Membran 1 bildet den Abschluß eines
Rohres 2, das bei 3 offen oder geschlossen sein kann. Das Rohr 2 weist einen Längsschlitz oder eine Reihe
von Schlitzen oder Bohrungen auf, die zweckmäßig mit einem akustischen' Reibungswiderstand, z. B.
Textil u. dgl., abgedeckt sind. Dadurch entstehen für den Schall Eintrittsstellen m bis q in das Rohrinnere.
Das Rohr in der geschilderten Ausführung übt vier Funktionen aus:
1. Es vergrößert den Schallumweg zwischen Vorder- und Rückseite der Membran, ohne Auftreten von
Interferenzeffekten.
2. Es verursacht eine akustische Massebelastung der Membran und erniedrigt damit ihre Eigenschwingung.
3. Es wirkt als akustisches Filter, d. h., während der Schall beim Eintritt praktisch ohne Verluste
an die Rückseite der Membran gelangt, erfährt der Schall, der bei q in das Rohr gelangt, eine
frequenzabhängige Dämpfung, ehe er auf dieRückseite
der Membran trifft, und zwar werden die Verluste mit zunehmender Frequenz immer größer.
4. Die Schlitze bzw. Bohrungen und die Dämpfungsmittel an den öffnungen des Rohres unterdrücken
die Ausbildung von stehenden Wellen innerhalb des Rohres.
Da der Abstand von der Vorderseite der Membran zum Schalleintritt m (Fig. 2) relativ klein ist, entsteht
nur für die höchsten Tonfrequenzen ein wirksamer Druckgradient. Für die bei q eintretenden Schallwellen
hingegen ist der Druckgradient infolge des großen Abstandes von der Membran auch bei niederen
Frequenzen groß. Bei hohen Frequenzen ist der Druckgradient jedoch starken Schwankungen unterworfen,
da der Abstand ein Vielfaches der Wellenlänge beträgt. Durch die Filterwirkung der Öffnungen mit
Dämpfung können jedoch Schallwellen höherer Frequenzen von q im Inneren der Röhre nicht zur Membran
gelangen. Zwischen diesen extremen Werten liegen alle anderen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel
betrug der Abstand von der Membran-Vorderseite bis zum Schalleintrittm 2cm, während
bis zum Schalleintritt q ein Abstand von 30 cm gemessen wurde.
An Stelle eines Rohres kann auch in an sich bekannter Weise ein Bündel offener, in ihrer Länge gestufter
Rohre verwendet werden, wie Fig. 3 zeigt. Die Membran 8 ist an der Rückseite mit den Rohren akustisch
gekoppelt. Der Schalleintritt erfolgt an den Rohrenden von 9 bis 12.
Durch die öffnungen im Rohr gemäß Fig. 2 und durch die Stufung der Rohre nach Fig. 3
wird vermieden, daß der Druckgradient als antreibende Kraft an der Membran Schwankungen unterliegt.
Es wurde bereits der Versuch unternommen, bei einem Elongationsempfanger durch Vergrößerung des
Schallumweges in Form von mechanischen Umbauten zwischen Vorder- und Rückseite des Mikrophons den
Druckgradienten zu vergrößern. Dabei war es jedoch unvermeidlich, daß der Druckgradient bereits im
Übertragungsbereich den Wert Null erreichte, wenn der Schallumweg gleich der Wellenlänge wurde. Diese
Erscheinung rief die Schwankungen in der Frequenzcharakteristik hervor und konnte nur durch Vergrößerung
der Membran bzw. des Mikrophongehäuses dadurch gemildert werden, daß man das Mikrophon im
höheren Frequenzbereich als Druckempfänger mit Richtwirkung arbeiten ließ.
Beim erfindungsgemäßen Mikrophon können jedoch derartige störende Erscheinungen nicht auftreten, da
weder Schwankungen des Druckgradienten noch stehende Wellen im Inneren des mit der Membran gekoppelten
Rohres auftreten. Wird der Schlitz oder eine der öffnungen im Rohr bis nahe an die Rückseite
der Membran geführt, dann tritt auch bei kleinen Abmessungen der Membran die Richtwirkung ohne
Druckstau auf. Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 werden durch die Stufung und die Dämpfung der
engen Rohre ebenfalls die störenden Erscheinungen ausgeschaltet.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Membran 13 im Gehäuse 14 eingespannt. In sehr
kleinem Abstand von der Membran 13 befindet sich die Elektrode mit Bohrungen 15. Die Einmündung des
mit Schlitzen versehenen Rohres von konstantem Querschnitt 16 erfolgt bei 17 in das Gehäuse 14. Eine
Scheibe 18 bildet bei 19 einen engen Schlitz, so daß ein akustischer Reibungswiderstand entsteht. Durch
Veränderung des Schlitzes, die auch von außen durch mechanische Mittel erfolgen kann, kann der Reibungswiderstand
verändert und damit eine optimale Frequenz- und Richtcharakteristik des Mikrophons erzielt
werden. Auch die Anordnung der Schlitze20 und des akustischen Reibungswiderstandes 21 sind für die
Frequenzcharakteristik maßgebend.' Die Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel
mit einem Rohr, dessen Querschnitt gegen das freie Ende zu stetig zunimmt. Die Membran 22 ist im Gehäuse
23 in geringem Abstand von der perforierten Elektrode 24 angeordnet. In ebenfalls sehr geringem
Abstand von dieser ist die Platte 25 angeordnet, so daß ein akustischer Reibungswiderstand 26 entsteht.
Das konische Rohr 27 mit Schlitzen 28 und akustischem Reibungswiderstand 29 mündet mit dem kleinen
Ende in das Gehäuse 23.
Im Inneren des Rohres kann das Dämpfungsmaterial stellenweise oder gleichmäßig verteilt angeordnet
wie auch an der Innenwand selbst vorgesehen sein. Es ist auch möglich, das Rohr selbst aus
dämpfendem Werkstoff, z. B. Filz, Gummi u. dgl., herzustellen, der eine Absorption der höheren Tonfrequenzen
hervorruft.
In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben, das eine Mikrophonkapsel enthält, deren
Membran 30 mit einem kurzen Rohr 31 akustisch gekoppelt ist. Ein langes Rohr 32 von wesentlich größerem
Durchmesser ist mit der Mikrophonkapsel verbunden und mit Schlitzen 33 versehen. Über die
Schlitze ist ein akustischer Reibungswiderstand gelagert.
In Fig. 7 ist ein vollständiges Kondensatormikrophon mit einer Mikrophonkapsel, deren Membran 34
in einem Ring 35 eingespannt ist, dargestellt. Durch Spannschrauben 36 kann die Membran über die ringförmige
Nase 37 des Halteringes 38 gezogen werden, wodurch eine gleichmäßige Spannung entsteht, die
bewirkt, daß die Eigenschwingung der Membran in den Bereich zwischen 8000 und 15 000 Hz gelegt werden
kann. In geringem Abstand hinter der Membran befindet sich die perforierte Elektrode 39. Diese bildet
den Abschluß eines Hohlraumes 40, in dem sich die Scheibe 41 befindet, so daß sich bei 42 ein enger Luftspalt
bildet. Aus dem Hohlraum 40 führt das Rohr 43 in das gekrümmte Rohr 44, das an das zur Spirale
gewundene Rohr 45 angeschlossen ist. Das Rohr 45 weist beim Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt
auf und enthält am Umfang Schlitze, über die Dämpfungsmaterial 46 aufgebracht ist. Die Windungen
des Rohres 45 bilden einen Hohlraum, in dem die Verstärkerröhre 47 mit Sockel 48 eingesetzt ist.
Weiter befinden sich im Mikrophongehäuse die Schaltelemente und der Transformator sowie der Stecker49.
Eine weitere Steckerkupplung 50 ermöglicht das Abziehen des Hüllrohres 51 mit dem gewundenen Rohr
45, den Schaltelementen, dem Transformator und dem Stecker, womit ein Austausch der Verstärkerröhre
ermöglicht wird. Das Hüllrohr 51 ist bei 52 mit zahlreichen Öffnungen versehen, die Kappe 53 aus Drahtgeflecht
oder perforiertem bzw. geschlitztem Blech dient dem Schutz der Mikrophonkapsel.
In Fig. 8 ist der Weg der Schallwellen nach der Konstruktion gemäß Fig. 7 übersichtlich dargestellt.
Man erkennt den kürzesten Weg 54 und den längsten Weg 55. Zwischen diesen extremen Werten liegen alle
übrigen Wege, deren mittlerer durch 56 gekennzeichnet ist.
In Fig. 9 ist die Membran 56 in geringem Abstand von der perforierten Elektrode 57 angeordnet. An
diese schließt sich in geringem Abstand die Scheibe 58 mit kurzem Rohr 59 an, so daß bei 60 ein enger
Luftspalt entsteht. An das enge Rohr 59 schließt sich über das 'gekrümmte Rohr 61 das zur Spirale gewundene
konische Rohr 62 an. Dieses ist mit Schlitzen 63 versehen, über die der akustische Reibungswiderstand
64 gelagert ist. Im Mikrophon befinden sich die
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Schaltelemente 65, der Transformator 66 sowie der daß bei 0° Schalleinfall die Frequenzkurve im
Stecker 67. Die Steckerkupplung 68 ermöglicht das Ab- wichtigen Tonfrequenzbereich horizontal verläuft. Die
ziehen des Hüllrohres 69 mit dem konischen Rohr 62. Kurve für 90° Schalleinfall liegt etwa 6 db unter der
In Fig. 10 ist ein Kondensatormikrophon darge- O°-Kurve. Bei 180° Schalleinfall ist die Frequenzstellt,
das aus zwei Mikrophonkapseln 70 und 71 be- 5 kurve wohl nicht so ausgeglichen, jedoch liegt sie
steht, die elektrisch gegeneinandergeschaltet sind, so durchschnittlich 20 db unter der 0°-Kurve, so daß
daß sich eine achtförmige Richtcharakteristik ergeben diese Eigenschaft nicht störend in Erscheinung tritt,
würde. An einer Mikrophonkapsel ist das Rohr 72 Es ist bei allen Ausführungsformen gemäß der Erin
der erfindungsgemäßen Ausführungsform ange- findung möglich, durch Verschließen der Verbindungsschlossen.
Während die Kapsel 70 einen normalen io stelle von Mikrophonkapsel zum Rohr aus dem Mikro-Druckempfänger
darstellt, besteht die Kapsel 71 aus phon mit nierenförmiger Richtcharakteristik ein
den Teilen eines Druckempfängers, jedoch mit einem solches mit Kugelcharakteristik zu machen,
an die Vorderseite der Membran über eine niedere Fig. 17 zeigt in schematischer Darstellung ein ent-Luftkammer angekoppelten Rohr mit öffnungen und sprechendes Ausführungsbeispiel. In der Rohrleitung akustischem Reibungswiderstand gemäß Fig. 4. 15 100 ist ein mechanisches Verschlußorgan 101 ange-
an die Vorderseite der Membran über eine niedere Fig. 17 zeigt in schematischer Darstellung ein ent-Luftkammer angekoppelten Rohr mit öffnungen und sprechendes Ausführungsbeispiel. In der Rohrleitung akustischem Reibungswiderstand gemäß Fig. 4. 15 100 ist ein mechanisches Verschlußorgan 101 ange-
Fig. 11 zeigt schematisch die Anordnung eines bracht, das einen Drehknopf 102 aufweist, auf dem
Mikrophons mit achtförmiger Richtcharakteristik. An die einstellbaren Charakteristiken symbolisch dargedie
fest eingespannte Membran 73 sind zu beiden stellt sind. Fig. 18 zeigt ein Detail mit dem Drehknopf
Seiten Rohre 74, 75 angeschlossen, die zu einer Spi- in Draufsicht. Durch Verdrehen des Verschlusses
rale gewunden sind. Die Rohre weisen Schlitze oder 20 kann die Mikrophonkapsel rückseitig vollkommen verBohrungen
auf, die mit Dämpfungsmaterial 76 ver- schlossen werden, so daß der Schall nur mehr auf der
sehen sind. Vorderseite der Membran auftrifft. Dadurch entsteht
Fig. 12 zeigt die Anordnung eines Kondensator- ein Druckempfänger mit den bekannten Übertragungsmikrophons mit der Richtcharakteristik zweiter Ord- eigenschaften mit kugelförmiger Richtcharakteristik,
nung nach der Gleichung e=e0 (cos φ + cos2 φ). Es a5 Durch Verengung des Rohrquerschnittes der Mikrosind
zwei gleiche Mikrophone um den Abstand d phonkapsel zum konischen Rohr können Richtcharakräumlich
versetzt angeordnet. Elektrisch sind die teristiken, die zwischen Kugel und Niere liegen, ein-Mikrophonkapseln
dieser Systeme gegeneinander- gestellt werden.
geschaltet. Hinter den Membranen 77 und 67, die auf In Fig. 19 ist die Anwendung der Erfindung auf
etwa 1000 Hz mechanisch vorgespannt sind, befinden 3<>
magnetische Mikrophone veranschaulicht. Die Mem-
sich die niederen Luftkammern 79 und 80. Die Elek- bran 111 ist am Rand 112 des Gehäuses 113 befestigt,
troden 81, 82 sind unmittelbar hinter der Membran in Eine starre Platte 114 ist so angebracht, daß eine
den niederen Luftkammern angeordnet. An die nie- niedere Luftkammer 115 entsteht. Aus dieser Kammer
deren Luftkammern schließen sich die akustischen führt eine mit einem akustischen Reibungswiderstand
Reibungswiderstände 83 und 84 an, die in die Luft- 35 H6 versehene öffnung in den Hohlraum des Gehäuses
kammern 85 und 86 münden. Weiter sind an die Luft- 113 und eine Röhre 117 ins Freie,
kammern 79 Und 80 die zu einer Spirale gewundenen Die Röhre 117 ist der Länge nach mit Öffnungen
Rohre 87 und 88 angeschlossen, die Schlitze oder (in der Fig. 19 als Schlitz 118 dargestellt) versehen,
andere Öffnungen aufweisen, über die Reibungswider- die mit einem akustischen Reibungswiderstand 119
stände 89, 90 aufgebracht sind. Bei diesem Mikrophon 40 abgedeckt sein können.
wird trotz der mechanischen Vorspannung der Mem- Durch den akustischen Reibungswiderstand 116,
branen auf etwa 1000 Hz eine geradlinige Frequenz- der z. B. aus Textilgewebe bestehen kann, ist die
kurve bis 30 Hz herab und eine einseitige Rieht- Nadel geführt, welche die Membran 111 mit dem
wirkung nach der Gleichung e = e0 (cos φ + cos2 φ) Anker 120 des magnetischen Systems verbindet. Der
erreicht. 45 Magnet 121 und die Wicklung 122 sind Teile des ma-
An der Mikrophonkapsel kann das konische Rohr gnetischen Systems, das an der mit Öffnungen verauch
gekröpft angeschlossen sein, wodurch die Anord- sehenen Halteplatte 123 befestigt.ist. In das Innere
nung des Verstärkers mit Schaltelementen und Über- des Gehäuses 113 führt eine Röhre 124, durch die in
trager gemäß Fig. 13 erfolgen kann. Das konische an sich bekannter Weise eine Erhöhung der vom
Rohr 91 hat am kapselseitigen Ende zwei Schlitze, 50 Schalldrück herrührenden antreibenden Kraft auf die
wobei die Schlitzzahl gegen das Ende des sich konisch Membran im Bereich der niederen Frequenzen erfolgt,
erweiternden ' Rohres zunimmt. Über das konische In Fig. 20 ist das elektrische Ersatzschaltbild der
Rohr ist eine Textilhülle 92, z. B. mit Hilfe eines Anordnung gemäß Fig. 19 dargestellt. Die Membran
Bandes, das spiralenförmig umgewickelt ist, aufge- 111 mit der Masse M und der Rückstellkraft des Ranbracht.
Das freie Ende des konischen Rohres kann 55 des D bildet mit der Rückstellkraft D1 der Luftoffen sein oder durch ein schallhartes oder schall- kammer 115 einen Schwingungskreis, der an die obere
weiches Material 93 (z. B. Filzstöpsel) abgeschlossen Grenze des Übertragungsbereiches gelegt ist. Die Öffsein.
Fig. 14 zeigt das Äußere des Mikrophons gemäß nung 116 mit dem akustischen Reibungswiderstand R
Fig. 13. Zum Schutz der Kapsel ist eine Gitterkappe ermöglicht den Luftausgleich aus der Kammer 115 in
94 vorgesehen. Das konische Rohr und die Verstärker- 60 die Kammer 113 mit der Rückstellkraft D2. In die
anordnung werden von einem perforierten Hüllrohr Kammer 113 mündet ferner die Röhre 124 mit der
95 mechanisch geschützt. Der Stecker 96 trägt ein Ge- akustischen Masse M1. An der Vorderseite der Memlenk
97, an das eine elastische Abstützung, z. B. ein bran 111 sind die auftreffenden Schallwellen als EMK
Gummipuffer 98, befestigt ist. Auf der anderen Seite bezeichnet. Die in die Röhre 124 eintretenden Schalldes
Gummipuffers befindet sich der Stativanschluß 99 65 wellen sind mit EMK1 bezeichnet und ergeben eine
mit Gewinde. In Fig. 15 ist noch ein Mikrophon im zusätzliche antreibende Kraft an der Membran. An
Querschnitt nach der Linie XV-XV der Fig. 14 zu die Luftkammer 115 ist ferner eine Röhre 117 angesehen,
schlossen, deren akustische Gesamtmasse M2 aus Ab-
In Fig. 16 ist die Frequenzkurve eines Mikrophons schnitten entsprechend den seitlichen Öffnungen der
gemäß Fig. 13 und 14 dargestellt. Es ist zu erkennen, 70 Röhre besteht. Die in die Öffnungen eintretenden
Schallwellen sind als antreibende Kräfte mit EMK2. .. EMK5 bezeichnet.
Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise sind in Fig. 21 die akustischen Elemente der Fig. 19 ohne
konstruktive Einzelheiten dargestellt. Auf die Membran M wirkt von der Vorderseite der Schalldruck
direkt ein, während an der Rückseite die durch das geschlitzte Rohr M2 eintretenden Schallwellen entsprechend
gefiltert wirksam werden. Der kürzeste Schallumweg ist mit DG1, der mittlere mit DG2 und
der längste mit DG3 bezeichnet. Der Mittelwert der
antreibenden Kraft ergibt sich aus dem Schallumweg DG2, welcher einem Membranradius gleicher Größe
entspricht. Die in das Rohr M1 eintretenden Schallwellen
werden infolge der Elastizität der Luftkammer D2 in der Phase so verschoben, daß sie in der
gleichen Richtung wirksam werden wie die auf die Vorderseite der Membran einwirkenden Schallwellen.
In Fig. 22 ist die Anordnung wie in Fig. 21 mit Ausnahme des Rohres M dargestellt. Zur Erhöhung
des Wirkungsgrades im niedrigen Frequenzbereich ist das Rohr M3 an die niedere Luftkammer hinter der
Membran angeschlossen und führt in die Kammer D3,
wodurch eine Resonanzstelle bei etwa 50 Hz entsteht.
Vor der Membran kann ein Trichter T gesetzt werden, der, eine Luftkammer Di bildend, zur Beeinflussung
der Frequenzkurve im hohen Frequenzbereich in an sich bekannter Weise dient.
An Stelle nur einer Röhre können zwei oder mehr Röhren an die Luftkammer hinter der Membran angeschlossen
werden. Die Röhren können gleiche oder voneinander verschiedene Schlitzanordnungen aufweisen.
Es kann auch beim magnetischen Mikrophon an Stelle des in Fig. 19 gezeichneten zweipoligen Magnetsystems
ein vierpoliges System verwendet werden.
Weiter ist die Erfindung auch auf Kristallmikrophone anwendbar, da bekanntlich auch dieser Typ zur
Gruppe der Elongationsempfänger gehört, bei denen die elektrische Wechselspannung eine Funktion der
Auslenkung des schwingenden Systems aus der Ruhelage ist. Beim Kristallmikrophon wird erfindungsgemäß
die Membran mit dem röhrenförmigen Hohlraum gekoppelt, während der Kristall mit der Membran
mechanisch in Verbindung steht.
Beim Kondensatormikrophon ermöglicht die mechanische
Vorspannung der Membran, den Elektrodenabstand relativ klein (15 μ und darunter) und die
Polarisationsspannung hoch (120 V und darüber) zu halten. Damit ist ein hoher Wirkungsgrad des Mikrophons
erreichbar. Die Membran kann aus Aluminiumlegierung, Nickel, Berylliumbronze oder einem anderen
metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff bestehen, dessen Festigkeitseigenschaften die mechanische
Spannung der Membran erlauben. Beim nichtmetallischen Werkstoff wird die Oberfläche, z. B.
durch Metallzerstäubung im Vakuum, elektrisch leitend gemacht.
Claims (10)
1. Richrmikrophon nach dem Elongations- oder nach dem magnetischen Umwandlungsprinzip, bei
dem die Richtung der größten Empfindlichkeit senkrecht zu der dem Schallfeld direkt ausgesetzten
Seite der Membran steht und die Rückseite der Membran eine niedere Luftkammer abschließt,
aus der eine Röhre nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt, dadurch gekennzeichnet, daß diese
Röhre um ein Vielfaches länger als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist und längs des
Mantels beliebig geformte und verteilte Schalleintrittsöffnungen, z. B. Schlitze, aufweist, die
zweckmäßig mit Dämpfungsmaterial versehen sind.
2. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr konstanten Querschnitt
aufweist.
3. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt gegen das
freie Ende des Rohres zunimmt.
4. Richtmikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr vorzugsweise
spiralig oder schraubenlinienförmig gewunden ist.
5. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit einem kurzen
Rohr unmittelbar gekoppelt ist, während ein weiteres langes Rohr von wesentlich größerem
Durchmesser mit der Mikrophonkapsel verbunden ist.
6. Richtmikrophon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schlitze mit einer Textilauflage versehen sind.
7. Richtmikrophon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Öffnungsquerschnitt des Rohres durch ein vorzugsweise an der Verbindungsstelle des Rohres
mit der Mikrophonkapsel angeordnetes mechanisches Verschluß organ regelbar und dadurch die
Richtcharakteristik veränderbar ist.
8. Richtmikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere magnetisches Richtmikrophon,
dessen Membran mit dem Anker des Magnetsystems mechanisch verbunden ist oder selbst den
Anker darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite der Membran direkt dem Schallfeld
ausgesetzt ist, während an der Rückseite der Membran mittels einer starren Platte eine niedere Luftkammer
gebildet wird, an die sich eine oder mehrere akustische Impedanzen anschließen, von
denen mindestens eine zur Vergrößerung des Druckgradienten in Gestalt einer Röhre mit seitlichen
Schalleintrittsöffnungen dem Schallfeld ausgesetzt ist, wobei die Röhre um ein Vielfaches
langer als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist.
9. Richtmikrophon nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Vorderseite der Membran
in an sich bekannter Weise ein Trichter angeschlossen ist, der die Frequenzcharakteristik im
Bereich der hohen Frequenzen beeinflußt.
10. Richtmikrophon nach Anspruch 1, bei dem zwei gleichartig aufgebaute Mikrophone zur Erzielung
einer Richtcharakteristik zweiter Ordnung in an sich bekannter Weise in geringem Abstand
hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Mikrophon hinter der auf
etwa 1000 Hz mechanisch vorgespannten Membran eine niedere Luftkammer angeordnet ist, aus
der die Röhre nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt und an die akustische Impedanzen anschließen,
die in mindestens eine weitere größere Luftkammer münden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 228 886, 2 299342.
USA.-Patentschriften Nr. 2 228 886, 2 299342.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
© 90i 710/377 1.60
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