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Metall-Kontakt-Mikrophon Die bisher bekanntgewordenen Kontakt-Mikrophone
beruhen auf der Widerstandsänderung einer pulverförmigen Schicht (im allgemeinen
eines Kohlepulvers) in Abhängigkeit von den Druckschwankungen des Schalles.
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Diese Mikrophone leiden an einer gewissen physikalischen Unbestimmtheit,
da viele Einzelkontakte, d. h. einzelne Kohlekörnchen, nach einem Wahrscheinlichkeitsgesetz
an der Widerstandsänderung beim Besprechen des Mikrophons oder auch schon bei Änderungen
seiner Lage beteiligt sind. Die auftretenden Rauscherscheinungen; die Verbrennungen
der Kohlekörner infolge einer zufälligen zu hohen Stromdichte, Übersteuerungen von
Teilgebieten innerhalb des Kohlemikrophons sind daher zwar durch besondere Maßnahmen,
z. B. durch das Querstromprinzip oder eine weitgehende Unterteilung, zu verringern,
aber grundsätzlich nicht zu verhindern.
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Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung vermieden. Sie hat
ein Metall-Kontakt-Mikrophon, auch Mikrophonverstärker, mit einer ebenen kleinen
metallischen Fläche, auf der ein isolierender oder balbleitender Körper in etwa
einmolekularer Schicht (Abstandshalter) aufgebracht ist, als fester Kontaktteil
und einer Metallkontaktspitze als beweglicher Kontaktteil zum Gegenstand. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil des Mikrophons in Glas oder einem
anderen geeigneten Material gelagert bzw. eingeschmolzen ist und daß dadurch die
Kontaktspitze gegenüber dem festen Kontaktteil ohne seitliche Auslenkungen nur axial
bewegbar ist und die axialen Bewegungen der Kontaktspitze entsprechend dem verwendeten
Material für Kontaktteile und Abstandshalter einerseits die Verformungsgrenze des
Abstandshalters nicht überschreiten, andererseits eine gute Durchmodulation des
Mikrophongleichstroms durch den gegenseitigen Eingriff der Raumladungen beider Kontaktteile
erreicht ist.
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Zunächst wird also vom Verhalten eines metallischen Einzelkontaktes
ausgegangen, wie er seinerzeit von Phillip Reis bei seinen grundlegenden Versuchen
zur Übertragung von Sprache und Musik auf elektrischem Wege- verwendet wurde: Dieser
durch die Schallwellen gesteuerte Einzelkontakt gestattete zwar eine hohe Leistungsabgabe,
doch war diese mit einem hohen Klirrfaktor verbunden, so daß Sprache und Musik in
einem unerträglichen Maße verzerrt wurden. Die Ursache lag in einer mechanischen
übersteuerung des Kontaktes. Infolge der großen Schwingungsweiten war der Kontakt
im allgemeinen entweder unterbrochen oder geschlossen. Eine der Schalldruckänderung
proportionale Widerstandsänderung war auf diese Weise nicht möglich. Ein Teil der
Problemstellung, die Notwendigkeit einer möglichst innigen Berührung beider Kontaktteile,
wurde später erkannt. Wie jedoch der Amplitudenumfang des beweglichen Kontaktes
zu bemessen bzw. zu verringern ist, um eine Verformung des Kontaktmaterials einerseits
und ein Abheben der Kontaktteile andererseits sicher zu vermeiden, ist bisher nicht
so offenbart worden, daß man hieraus eine technische Regel hätte ableiten können.
Außerdem sind keine Maßnahmen bekannt, um ein seitliches Verschieben der Kontaktteile
weitgehend zu vermindern, was bei den großen Amplituden der bekannten Anordnungen
auch nicht unbedingt notwendig ist. Bis heute ist daher ein klirrfreier Mikrophonkontakt
noch nicht bekannt.
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Erfindungsgemäß werden die Schwingungsweiten des Einzelkontaktes so
klein gehalten, daß sie etwa in der Größenordnung eines Moleküldurchmessers des
benutzten Kontaktmaterials oder der auf ihm haftenden Fremdschicht bleiben. Dieses
bedeutet zulässige Schwingungsweiten in der Größenordnung von 10-s cm= 1
A. Da es nicht möglich ist, zwischen den beiden Kontaktteilen einen Abstand in der
Größenordnung von 10-8 cm mit Luftzwischenraum betriebssicher herzustellen, kann
ein Isolator benutzt werden, der infolge seines Adhäsionsvermögens auf dem Kontaktmetall
haftet und damit eine nicht vollkommen isolierende Zwischenschicht schafft, die
möglichst dünn sein -soll, so daß infolge des Durchgriffs der Elektronen beider
Kontaktteile eine stetige, dem Abstand etwa proportionale Widerstandsänderung erreicht
wird.
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Eine derartige dünne, nicht vollkommen isolierende (bzw. halbleitende)
Zwischenschicht als Abstandshalter von der Stärke eines oder einiger Moleküle kann
auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, ein dünnes
Flüssigkeitshäutchen
herzustellen, das, wie schon oben gesagt, ifffölge
der Adhäsion auf dem Kontakt haftet. Hierfür eigiieii Fleh unter anderem Ölschichten,
wie z. B. Kohlenwä:sserstoffe (Petroleum usw.). Es ist auch möglich; einen isolierenden
festen Körper in einer Flüssigkeit zu lösen und ihn auf diese Weise in einer sogenannten
einmolekularen Schicht auf den Kontakt aufzubringen. Ferner lassen sich auch dünne
Schichten mit Hilfe der Kathodenzerstäubüng herstellen. In diesem Falle können Halbleiter
als Kontaktabstandshalter verwendet werden, da man isolierende Materialien nicht
nach dem Verfahren der Kathodenzerstäubung niederschlagen kann. Es ist im übrigen
jedes Verfahren geeignet, das gestattet, einmolekulare oder annähernd einmolekulare
Schichtdicken (von der Stärke einiger Molekülabstände) herzustellen. Beispielsweise
kann auch das Verfahren der Elektrolyse benutzt werden. Ferner können Fremdschichten,
die sich als Anlaufschichten infolge der Oxydation des Kontaktmaterials in der Dicke
von einigen A entwickeln, als druckabhängiger Widerstand benutzt werden. Dieser
wirkt z. B. bei geringeren, auf die Kontaktflächen wirkenden Kräften (in der Größenordnung
von 1 mg) nahezu isolierend und bildet bei größeren Kräften (in der Größenordnung
von mehreren mg) eine größere, dem Druck reversibel proportionale Zahl von ira2
Flächen (dabei bedeutet a den Radius der Berührungsfläche). Diese verursachen, ohne
daß das Metall frittet oder haftet, eine leitende Verbindung nach Art des Tunneleffektes.
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Eine weitere Bedingung ist dadurch gegeben, daß die gegenseitige molekulare
Anziehungskraft des als Abstandshalter aufgebrachten Isolators oder Halbleiters
in der gleichen Größenordnung ist wie die durch den Schalldruck auftretenden Kräfte,
so daß nur vorwiegend elastische Verformungen des Abstandshalters eintreten können.
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Zunächst ist es notwendig, möglichst eine ebene Fläche herzustellen.
Die Fläche kann sehr klein sein, z. B. 10-2 qmm. Auf diese ebene Fläche wird nun
z. B. nach einem der öbengenannten bekannten Verfahren eine etwa einmolekulare Schicht
eines Isolators oder Halbleiters (beispielsweise Anlaufschichten) aufgebracht.
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Durch Schallführung, z. B> in der Einsprache des Handapparates, maß
entgegen den üblichen Ausführungen erteicht werden, daß, wie schon zuvor erwähnt,
eine die elastischen Verformungskräfte des Abstandshalters überschreitende Schalldruckkraft
nicht auftritt. Damit werden die Amplituden des sich bewegenden Kontaktteiles entgegen
der Meinung der Fachleute sehr klein gemacht. Andererseits maß die Schalldruckkraft
jedoch genügend groß gewählt werden, um einen gegenseitigen Eingriff der Atomfelder
der beiden Mikrophonkontakte in genügendem Maße zu gewährleisten. Diese Bedingungen
sind beispielsweise erfüllt, wenn man auf einem Silber- oder einem Nickelkontakt
Anlaufschichten in der Größenordnung von 4 bis 20 Ä durch Oxydation entstehen und
Wechselkräfte in der Größenordnung von 1 bis 20 mg auf die Kontaktfläche wirken
läßt.
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Bei zu geringen Drucken tritt in dem genannten Beispiel keine Modulation
des Gleichstroms auf. Bei zu hohen Drucken und zu hohen Stromstärken, wenn z. B.
die Spannung am Kontakt 0,4 V überschreitet, wird die Fliekrenze überschritten,
und der Kontakt frittet zusammen.
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Wichtig ist ferner die technische Regel, daß durch eine entsprechende,
nahezu starre Führung erreicht wird, däß eine seitliche Verschiebung der beiden
auftinanderwirkenden Kontaktteile unterbunden ist, zumindest aber kleiner als 1
- 10-s cm gehalten wird, d. h. innerhalb der Größenordnung des Durchmessers der
@r a2 Flächen, der etwa 2 a = 2 - 10-s cm beträgt.
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Da es möglich ist, mit dem Metall-Kontakt-Mikrophon Widerstandsänderungen
von wesentlich mehr als 100 v. H. zu erzielen, läßt sich hiermit ein beträchtlich
höherer Wirkungsgrad als mit dem Kohlemikrophon erreichen. Das Kohlemikrophon gestattet
bei seinem hohen Ruhewiderstand im günstigsten Falle nur Widerstandsänderungen in
der Größenordnung von etwa 20 v: EI.
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Einen weiteren technischen Fortschritt stellt die bessere Wärmeableitung
beint Metallkontakt dar, die eine beträchtlich größere Strönibelastung gestattet.
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Ferner kann das Metall-Kontakt-Mikrophon gemäß der Erfindung auch
als Mikrophonverstärker angewendet werden. Falls man eine Flüssigkeit als abstandhaltende
Zwischenschicht verwenden will, wird hierfür erfindungsgeniä,ß ein nicht verharzendes
01,
z: B. ein Silikonöl, vorgesehen.