DE1139152B

DE1139152B - Directional microphone with electrically rotatable directional characteristic

Info

Publication number: DE1139152B
Application number: DEJ18111A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Alfred Schief
Original assignee: INST SCHWINGUNGSFORSCHUNG
Current assignee: INST SCHWINGUNGSFORSCHUNG
Priority date: 1960-05-12
Filing date: 1960-05-12
Publication date: 1962-11-08

Description

Richtmikrophon mit auf elektrischem Wege drehbarer Richtcharakteristik Zur Aufnahme hochwertiger Musik- und Sprachdarbietungen werden neben einfachen Druck- und Druckgradientempfängem bevorzugt Kondensatormikrophone eingesetzt, bei welchen die Richtcharakteristik durch geeignetes Verändern der Polarisationsspannungen der Membranen umgeschaltet werden kann. Es ist dadurch möglich, den akustischen Gegebenheiten entsprechend, zwischen kugelförmiger, nierenförrniger und achtfönniger Richtcharakteristik zu wählen. Die Richtung maximaler Empfindlichkeit ist bei solchen Mikrophonen durch ihre geometrische Lage gegeben.Directional microphone with electrically rotatable directional characteristic For the recording of high-quality music and speech performances, in addition to simple printing and pressure gradient receivers are preferably used with condenser microphones the directional characteristic by changing the polarization voltages appropriately Membranes can be switched. It is thereby possible to change the acoustic conditions accordingly, between spherical, cardioid and octagonal directional characteristics to choose. The direction of maximum sensitivity is through with such microphones given their geometric position.

Durch die USA.-Patentschrift 2 235 518 und die schweizerische Patentschrift 205 239 sind Anordnungen bekanntgeworden, bei welchen die Richtcharakteristik auf elektrischem Wege durch den Einsatz von Doppelpotentiometern gedreht werden kann. Bei der Drehung, die nur um einen beschränkten Winkel möglich ist, ändert sich jedoch die Empfindlichkeit der Mikrophonanordnung, die Richtungsselektivität ist stark vom Drehwinkel abhängig, und der Drehwinkel der Richtcharakteristik ist nicht gleich dem Drehwinkel der gemeinsamen Potentiometerachse. Diese Mängel werden bei der nachfolgend beschriebenen Einrichtung vermieden.By USA. Patent 2,235,518 and Swiss Patent 205,239 arrangements have become known in which the directivity can be rotated by electric means through the use of Doppelpotentiometern. When rotating, which is only possible through a limited angle, the sensitivity of the microphone arrangement changes, the directional selectivity is heavily dependent on the angle of rotation, and the angle of rotation of the directional characteristic is not equal to the angle of rotation of the common potentiometer axis. These deficiencies are avoided with the setup described below.

Die der Erfindung zugrunde liegende Mikrophonanordnung gestattet es, die räumliche Lage der Richtcharakteristik durch Fernbedienung auf elektrischem Wege, d. h. ohne mechanische Drehung des Mikrophons, zu verändern. Die Form und die Größe der Richtcharakteristik bleiben dabei erhalten. Diese Aufgabenstellung ergibt sich in erster Linie bei Fernseh- und Theaterübertragungen, wenn die Stimmen sich bewegender Darsteller aufgenommen werden müssen und dabei Mikrophone optisch nicht in Erscheinung treten sollen.The microphone arrangement on which the invention is based allows the spatial position of the directional characteristic to be controlled electrically by remote control, d. H. without mechanical rotation of the microphone. The shape and size of the directional characteristic are retained. This task arises primarily in television and theater broadcasts, when the voices of moving actors have to be recorded and microphones should not appear optically.

Der Grundgedanke der Erfindung ist nachfolgend dargestellt. Ordnet man zwei bekannte Druckgradientmikrophone mit achtförmiger Richtcharakteristik nahe beeinander so an, daß die Normalen auf ihre Membranen einen rechten Winkel bilden, und addiert man die von ihnen abgegebenen Wechselspannungen, so ist die resultierende Empfindlichkeit E für eine Schallquelle, welche in der durch die Normalen auf die Membranen bestimmten Ebene liegt, gegeben durch: E = Ei - cos 99 + E2 - sinp. (1) Dabei sind E, und F2 die Empfindlichkeiten der einzelnen Mikrophone flür senkrechten Schalleinfall und 99 der Winkel, der festgelegt ist durch die Einfallsrichtung der Schallquelle und durch die Normale zur Membranfläche des Mikrophons mit der Empfindlichkeit Ei. Verknüpft man die Empfindlichkeiten Ei und E# durch die Beziehungen Ei = F,2 - cos a, E? = Fo - sin a (F-o ist eine Konstante), so geht Gleichung (1) über in E=Eo-(cos a-cos qq+ sin a- sin qi)=Eo-cos «p - a). (2) Gleichung (2) stellt eine um den Winkel a gedrehte achtfönnige Richtcharakteristik dar.The basic idea of the invention is shown below. If one arranges two known pressure gradient microphones with figure-eight directional characteristics close to one another so that the normals on their membranes form a right angle, and if the alternating voltages emitted by them are added, the resulting sensitivity E for a sound source, which in the direction of the normals the membrane lies in a certain plane, given by: E = Ei - cos 99 + E2 - sinp. (1) E, and F2 are the sensitivities of the individual microphones for vertical sound incidence and 99 the angle which is determined by the direction of incidence of the sound source and by the normal to the membrane surface of the microphone with the sensitivity Ei. Are the sensitivities Ei and E # linked by the relationships Ei = F, 2 - cos a, E? = Fo - sin a (Fo is a constant), then equation (1) changes to E = Eo- (cos a-cos qq + sin a-sin qi) = Eo-cos «p - a). (2) Equation (2) represents an octahedral directional characteristic rotated by the angle α.

Zur Erzeugung einer drehbaren nierenförmigen Richtcharakteristik ist es grundsätzlich nur notwendig, zu der Ausgangsspannung eines drehbaren Richtmikrophons mit achtförmiger Richtcharakteristik die Ausgangsspannung eines sich in unmittelbarer Nähe befindenden Druckempflängers mit kugelförmiger Richtcharakteristik und konstanter Empfindlichkeit zu addieren. Man erhält bei richtigem Verhältnis der Empfindlichkeiten die durch E = Fo - [1 + cos (9) - a)] (3) gegebene, uni den Winkel a gedrehte nierenförmige Richtcharakteristik.To generate a rotatable kidney-shaped directional characteristic, it is basically only necessary to add the output voltage of a pressure receiver with a spherical directional characteristic and constant sensitivity in the immediate vicinity to the output voltage of a rotatable directional microphone with a figure-eight directional characteristic. If the ratio of the sensitivities is correct , the cardioid directional characteristic given by E = Fo - [1 + cos (9) - a)] (3) and rotated at the angle α is obtained.

Im folgenden wird ein Richtmikrophon mit auf elektrischem Wege drehbarer Richtcharakteristik angegeben, bei dem erfindungsgemäß durch den Einsatz von sin-cos-Rechenpotentiometem die von zwei senkrecht zueinander angeordneten Druckgradientempfängern mit achtförmiger Richtcharakteristik abgegebenen Wechselspannungen in ihrer Größe so beeinflußt werden, daß bei ihrer Addition eine um einen bestimmten Winkel räumlich gedrehte, achtförmige Richtcharakteristik entsteht, und der durch einen Bedienungsarm einstellbare und angezeigte Drehwinkel der Potentiometerachse gleich dem Winkel ist, um den die Richtcharakteristik gedreht ist.The following is a directional microphone with electrically rotatable Directional characteristic indicated in which according to the invention by the mission of sin-cos computing potentiometers that of two pressure gradient receivers arranged perpendicular to each other alternating voltages emitted with figure-eight directional characteristics in their size can be influenced in such a way that when they are added one at a certain angle spatially twisted, figure eight-shaped directional characteristic is created, and that by means of an operating arm adjustable and displayed angle of rotation of the potentiometer axis equal to the angle around which the directional characteristic is rotated.

Addiert man zu der Ausgangswechselspannung eines solchen Mikrophons eine Spannung mit kugelförmiger Richtcharakteristik geeigneter Größe, so entsteht eine drehbare nierenförrnige Richteharakteristik.One adds to the output AC voltage of such a microphone a voltage with a spherical directional characteristic of suitable magnitude is created a rotatable cardioid directivity pattern.

Im folgenden werden Realisierungsmöglichkeiten mit Kondensatormikrophonen beschrieben, welche zu Mikrophonanordnungen gemäß Gleichung (2) und (3) führen.In the following, implementation possibilities with condenser microphones are described, which lead to microphone arrangements according to equations (2) and (3) .

Die Empfindlichkeit eines Kondensatormikrophons ist der Polarisationsspannung proportional. Werden die Polarisationsspannungen für die beiden obenerwähnten, senkrecht zueinander angeordneten Druckgradient-Kondensatonnikrophone mit achtförmiger Richtcharakteristik an den zwei Schleifern eines aus der Analogrechentechnik bekannten sincos-Rechenpotentiometers abgegriffen, das von einer Gleichspannungsquelle gespeist wird, so ist der Drehwinkel der Potentiometerachse bis auf einen konstanten Winkel gleich dem Winkel, um den die Richteharakteristik der Mikrophonanordnung gedreht ist. Ein auf der Potentiometerachse angebrachter Bedienungsarm kann also so justiert werden, daß er die Richtung maximaler Empfindlichkeit der achtförmigen Richtcharakteristik angibt.The sensitivity of a condenser microphone is the polarization voltage proportional. The polarization voltages for the above two become perpendicular Pressure gradient condensate microphones arranged in relation to one another with a figure-of-eight directional characteristic on the two sliders of a sincos computing potentiometer known from analog computing technology tapped, which is fed by a DC voltage source, so is the angle of rotation of the potentiometer axis to a constant angle equal to the angle by which the directional characteristic of the microphone arrangement is rotated. One on the potentiometer axis attached operating arm can be adjusted so that it is the direction of maximum Specifies the sensitivity of the figure-eight polar pattern.

Für die meisten Anwendungsgebiete wird die hohe Präzision eines sin-cos-Rechenpotentiometers nicht erforderlich sein. An seine Stelle kann deshalb ein sin-cos-Potentiometer in einer Ausführung als Kohleschichtpotentiometer treten. Übliche Ausführungen von sin-cos-Rechenpotentiometern sind mit drahtgewickelten Widerstandsbahnen versehen; bei den hier irn allgemeinen vorliegenden Anforderungen können sie durch Kohleschichtbahnen mit gleichem Widerstandsverlauf ersetzt werden.For most areas of application, the high precision of a sin-cos computing potentiometer not be required. A sin-cos potentiometer can therefore be used in its place in one version as a carbon film potentiometer. Usual versions of sin-cos computing potentiometers are provided with wire-wound resistance tracks; In the case of the general requirements here, carbon sheets can be used be replaced with the same resistance curve.

In Fig. 1 ist eine einfache Schaltung angegeben. Die Spannung einer erdfreien GleichspannungsqueRel wird an ein sin-cos-Rechenpotentiometer2 gelegt, von dessen Schleifern3 und 4 die Polarisationsspannungen für zwei gleiche Druckgradient-Kondensatormikrophone 5 und 6 abgeleitet werden. Je eine Membran beider Mikrophone wird -über einen hohen Widerstand 7 bzw. 8 an die Schleifer gelegt, die beiden anderen Membranen liegen über hohe Widerstände 9 und 10 an Erde. Die Mittelelektroden der Mikrophone werden durch Spannungsteiler, die aus den Widerständen 11, 12, 13 und 14 gebildet werden, mit den halben Gleichspannungen der zugehörigen Schleifer versehen. Durch die Kondensatoren 15 und 16 werden die bei Beschallung entstehenden Wechselspannungen addiert, so daß am Ausgang 17 der beschriebenen Schaltung eine Spannung mit der durch Gleichung (2) gegebenen Richtcharakteristik zur Verfügung steht.In Fig. 1 a simple circuit is shown. The voltage of an ungrounded direct voltage source is applied to a sin-cos computing potentiometer 2, from whose wipers 3 and 4 the polarization voltages for two identical pressure gradient capacitor microphones 5 and 6 are derived. One membrane of each of the two microphones is connected to the slider via a high resistance 7 or 8 , the other two membranes are connected to earth via high resistances 9 and 10. The center electrodes of the microphones are provided with half the DC voltages of the associated wiper by voltage dividers, which are formed from the resistors 11, 12, 13 and 14. The capacitors 15 and 16 add the alternating voltages generated during exposure to sound so that a voltage with the directional characteristic given by equation (2) is available at the output 17 of the circuit described.

Der zur Realisierung einer drehbaren nierenförmigen Richtcharakteristik nach Gleichung (3) erforderliche Druckerapfänger mit kugelförmiger Richtcharakteristik wird möglichst nahe bei den beiden Druckgradient-Kondensatormikrophonen angebracht. Eine raumsparende, auch bei hohen Frequenzen brauchbare Amordnung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt.The printer interceptor with spherical directional characteristic required for realizing a rotatable kidney-shaped directional characteristic according to equation (3) is attached as close as possible to the two pressure gradient condenser microphones. A space-saving arrangement that can also be used at high frequencies is shown schematically in FIG.

Die beiden um den Winkel gedrehten Druckgradient-Kondensatormikrophone 18 und 19 stehen übereinander, der Druckempfänger20 ist zwischen den beiden mit waagerecht liegender Membranfläche angebracht. Die Ausgangswechselspannungen aller drei Mikrophone können an das Gitter einer gemeinsamen Vorverstärkerröhre gelegt werden.The two around the corner Rotated pressure gradient condenser microphones 18 and 19 are positioned one above the other, the pressure receiver 20 is attached between the two with the diaphragm surface lying horizontally. The output alternating voltages of all three microphones can be applied to the grid of a common preamplifier tube.

Führt man bei dieser Ausführung nur den Druckgradient-Kondensatormikrophonen die vom sincos-Rechenpotentiometer gelieferten Polarisationsspannungen zu, so erhält man eine drehbare Acht als Richtcharakteristik; bei gleichzeitigem Anlegen einer festen Polarisationsspannung geeigneter Größe an den Druckempfänger resultiert eine drehbare Niere, während bei fehlender Polarisationsspannung an den beiden Druckgradient-Kondensatorinikrophonen die kugelförmige Richtcharakteristik übrigbleibt. Die Richtung des Bedienungsarmes am Potentiometer gibt in deutlicher Form die Lage der Richtcharakteristik an, so daß auf diese Weise ein einfach zu bedienendes Gerät zur Verfügung steht.If you only use the pressure gradient condenser microphone in this version the polarization voltages supplied by the sincos computing potentiometer, then receives one rotatable figure eight as directional characteristic; with simultaneous creation of a Fixed polarization voltage of suitable size to the pressure receiver results in a rotatable cardioid, while in the absence of polarization voltage on the two pressure gradient condenser microphones the spherical directional characteristic remains. The direction of the operating arm on the potentiometer clearly indicates the position of the directional characteristic, see above that in this way an easy-to-use device is available.

Eine zweite Realisierungsmöglichkeit einer Mikrophonanordnung gemäß Gleichung(2) benutzt zwei Druckgradient-Kondensatorn-ükrophone mit achtförmiger Richtcharakteristik, die mit festen Polarisationsspannungen versehen werden. Die erforderliche Multiplikation der abgegebenen Wechselspannungen mit den Faktoren cos a und sin a erfolgt durch zwei sin-Rechenpotentiometer, die durch Übertrager in die Verstärkerkanäle eingeschaltet werden. Die Achsen der beiden Potentiometer sind um gegeneinander gedreht und starr verbunden. An den Schleifern stehen also zwei Wechselspannungen mit der erwünschten Abhängigkeit vom Drehwinkel a der gemeinsamen Potentiometerachse zur Verfügung; sie werden in bekannter Weise addiert und ergeben eine Richtcharakteristik nach Gleichung (2).A second possibility of realizing a microphone arrangement according to equation (2) uses two pressure gradient condenser microphones with figure-eight directional characteristics, which are provided with fixed polarization voltages. The required multiplication of the output alternating voltages with the factors cos a and sin a is carried out by two sin calculating potentiometers, which are switched into the amplifier channels by transformers. The axes of the two potentiometers are rotated against each other and rigidly connected. At The sliders have two alternating voltages with the desired dependency on the angle of rotation α of the common potentiometer axis; they are added in a known manner and result in a directional characteristic according to equation (2).

Zur Erzeugung einer Richtcharakteristik nach Gleichung (3) wird eine Spannung mit kugelförmiger Richtcharakteristik benötigt. Bei der zweiten Realisierungsmöglichkeit kann der Einsatz eines besonderen Druckeinpfängers umgangen werden.To generate a directional characteristic according to equation (3) , a voltage with a spherical directional characteristic is required. In the second implementation option, the use of a special print receiver can be avoided.

Von den beiden Membranen eines Druckgradient-Kondensatormikrophons mit fester Polarisationsspannung kann neben einer Wechselspannung mit achtförmiger Richtcharakteristik eine Spannung mit kugelförmiger Richtcharakteristik abgeleitet werden. Dazu werden die von den Membranen abgegebenen Spannungen einzeln verstärkt. Durch gleichzeitige Summen- und Differenzbildung dieser Spannungen entstehen die beiden gewünschten. Richtcharakteristiken.From the two diaphragms of a pressure gradient condenser microphone with a fixed polarization voltage can be used in addition to an alternating voltage with a figure-of-eight Directional characteristic derived from a voltage with a spherical directional characteristic will. For this purpose, the tensions emitted by the membranes are individually amplified. Simultaneous formation of the sums and differences between these tensions results in the both desired. Directional characteristics.

Nach der durch die Gleichungen (2) und (3) gegebenen Vorschrift werden diese Spannungen weiterverarbeitet, so daß eine Mikrophonanordnung mit achtförmiger oder nierenförmiger Richteharakteristik erzeugt wird. Die gemeinsame Achse der Potentiometer kann wieder mit einem Bedienungsarm versehen werden, der die Lage der Richtcharakteristik in deutlicher Weise anzeigt.According to the rule given by equations (2) and (3) , these voltages are processed further, so that a microphone arrangement with a figure-of-eight or kidney-shaped directional characteristic is generated. The common axis of the potentiometer can again be provided with an operating arm which clearly shows the position of the directional characteristic.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Directional microphone with electrically rotatable directional characteristic, characterized in that the size of the alternating voltages emitted by two vertically arranged pressure gradient receivers with figure-eight directional characteristics are influenced by the use of sin-cos computing potentiometers in such a way that when they are added one to A certain angle spatially rotated, eight-point directional characteristic of the same sensitivity arises, and that the angle of rotation of the potentiometer axis, which can be set and displayed by an operator, is equal to the angle by which the directional characteristic is rotated.

2. Directional microphone according to claim 1, characterized in that a voltage with a spherical directional characteristic of suitable size is added to the output voltage of a microphone, so that a rotatable kidney-shaped directional characteristic is produced. 3. Directional microphone according to claim 1 and 2, characterized in that the required voltage with a spherical directional characteristic is obtained together with the voltages of eight-shaped characteristic in that the alternating voltages emitted by the two membranes of a pressure gradient condenser microphone are amplified separately and at the same time addition and subtraction circuits to generate the required directional characteristics. 4. Directional microphone according to claim 1 and 2, in which the polarization DC voltages of the diaphragms of two mutually perpendicular pressure gradient condenser microphones with eight-shape directional characteristics are influenced by the use of a sin-cos computing potentiometer so that when the alternating voltages are added, the pressure gradient condenser a directional characteristic of the same sensitivity rotated by a certain angle is produced, characterized in that the angle of rotation of the potentiometer axis which can be set and displayed by an operating arm is equal to the angle by which the directional characteristic is rotated. 5. Directional microphone according to claim 1 to 4, characterized in that the required sin-cos computing potentiometer have resistance tracks in carbon layer design. Documents considered: Austrian Patent No. 194 930; Swiss Patent No. 205 239; U.S. Patent No. 2,235,518.