DE1147631B - Electroacoustic converter - Google Patents
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Description
Elektroakustischer Wandler Elektroakustische Wandler, vorzugsweise Mikrofone, die mit einer großflächigen Membran, beispielsweise einer Kegelmembran, einer Kalottenrnembran oder einer ganz oder nahezu ebenen Membran arbeiten, besitzen eine wesentliche Schwierigkeit, die in der Resonanz des Gesamtsystems und ihrer Dämpfung beruht. Diese Resonanzfrequenz ist im wesentlichen durch die Massen der angekoppelten Luft, der Membran, der zur Kraftübertragung zwischen der Membran und dem eigentlichen Wandlerelement dienenden Teile, der angekoppelten wirksamen Massen des Wandlerelementes selbst sowie durch die Nach giebigkeit der Membran, ihrer Einspannung und gegebenenfalls des Wandlerelementes im. Zusammenwirken mit seiner Lagerung bestimmt. Diese Resonanz begrenzt sowohl das Frequenzband bei den hohen Frequenzen, als auch führt sie zu störender Bevorzugung der hohen Frequenzen und zu Ein.-schwingvorgängen. Durch diese Nachteile tritt eine Verfälschung des. zu übertragenden Schallereignisses ein. Man hat versucht, diese Nachteile durch Dämpfen der Resonanz zu verringern. Diese Dämpfung erzielt man dadurch, daß man den Koppelstift, das Wandlerelement und unter Umständen auch Teile der Membran durch zusätzliches dämpfendes Material oder durch Einbetten dieser Teile in dämpfendes Material, beispielsweise Siliconfett, gedämpft hat. Mit dieser Art der Dämpfung ist es schwierig, ausreichende Dämpfungen zu erzeugen. Außerdem werden die bereits vorhandenen Massen noch weiter vergrößert und dadurch die Resonanzfrequenz, das ist die oberste zu übertragende Frequenz, zu tieferen Frequenzen verschoben. Man hat ferner versucht, vor der Membran eine luftdurchlässige Scheibe mit Widerstandshemmung, beispielsweise eine Sintermaterialscheibe mit passendem Strömungswiderstand, anzubringen. Diese Anordnung ist zwar als Dämpfung der Resonanz sehr wirksam, es bildet sich aber durch das Luftpolster zwischen dieser Scheibe und der Membran eine Art RC-Glied, durch das. die hohen Frequenzen die Membran nur stark geschwächt erreichen. können. Es sind ferner Ausführungen bekannt, bei denen hinter der Membran ein Volumen angeordnet ist, welches mit einem zweiten Volumen über eine gegebenenfalls mit akustischen Widerständen versehene Öffnung verbunden ist (vgl. deutsche Patentschrift 964 515). Auch bei Lautsprechern sind ähnliche Lufträume hinter der Membran bekanntgeworden (vgl. USA.-Patentschrift 1837 755). Das Kennzeichen dieser beiden Ausführungen kann man dahingehend zusammenfassen, daß das Teilvolumen hinter der Membran verhältnismäßig groß ist und daß es außerdem das Ganze oder zumindest Teile des Wandlersystems enthält. Die Trennwand zwischen diesem Volumen und dem angeschlossenen Volumen enthält nur eine verhältnismäßig kleine Ankopplungsöffnung. Hierdurch werden im wesentlichen, die tiefen Frequenzen beeinflußt. Die hohen Frequenzen und besonders die den Frequenzgang beeinflussenden Partialschwingungen der Membran und die Ein.-schwingvorgänge werden hierdurch nicht beeinflußt. Es ist auch bekannt, beispielsweise bei Tauchspulen mikrofonen hinter der Membran durch entsprechende Ausgestaltung der Polplatte ein kleines Volumen zu schaffen. Dieses wird beispielsweise über einen mit akustischen Widerständen belegten Luftspalt an ein größeres Volumen. angekoppelt. In der österreichischen Patentschrift 164 414 wird der Luftspalt eines Tauchspulenmikrofons als ankoppelnder Luftspalt benutzt. Es sind auch andere ähnliche Ausführungen bekannt. Das Kennzeichen aller dieser Ausführungen ist eine metallische Polplatte, die das Volumen hinter der Membran begrenzt. Die Polplatte ist luftundurchlässig. Die Folge davon sind sehr starke Strömungsverluste durch die Luftbewegungen in diesem Volumen.Electroacoustic transducer Electroacoustic transducers, preferably Microphones with a large membrane, for example a cone membrane, a dome membrane or a completely or almost flat membrane work a major difficulty in the resonance of the overall system and its Damping is based. This resonance frequency is essentially due to the masses of the coupled air, the membrane, which is responsible for the transmission of force between the membrane and the actual transducer element serving parts, the coupled effective masses the transducer element itself as well as by the flexibility of the membrane, its restraint and optionally the transducer element im. Determined to interact with its storage. This resonance limits the frequency band at the high frequencies as well it leads to a disruptive preference for high frequencies and to settling processes. These disadvantages result in a falsification of the sound event to be transmitted a. Attempts have been made to reduce these disadvantages by damping the resonance. This damping is achieved by using the coupling pin, the transducer element and possibly also parts of the membrane through additional damping material or by embedding these parts in damping material, e.g. silicone grease, has dampened. With this type of cushioning, it is difficult to get adequate cushioning to create. In addition, the existing masses are increased even further and thereby the resonance frequency, that is the uppermost frequency to be transmitted, shifted to lower frequencies. Attempts have also been made to place a air-permeable disc with resistance inhibition, for example a sintered material disc with a suitable flow resistance. This arrangement is true as damping the resonance is very effective, but it is formed by the air cushion between them Disc and the diaphragm a kind of RC element, through which the high frequencies the diaphragm reach only severely weakened. can. There are also designs known at which a volume is arranged behind the membrane, which with a second volume connected via an opening optionally provided with acoustic resistors is (see German patent specification 964 515). The speakers are also similar Air spaces behind the membrane have become known (see US Pat. No. 1837 755). The characteristics of these two versions can be summarized as follows: that the partial volume behind the membrane is relatively large and that it is also contains the whole or at least parts of the transducer system. The partition between this volume and the connected volume contains only one proportionately small coupling opening. This essentially reduces the low frequencies influenced. The high frequencies and especially those that affect the frequency response Partial vibrations of the membrane and the Ein.-Schwingvorgangs are not hereby influenced. It is also known, for example, with plunger coils microphones behind the membrane has a small volume by appropriate design of the pole plate to accomplish. This is done, for example, via one with acoustic resistors occupied air gap to a larger volume. coupled. In the Austrian Patent specification 164 414 is the air gap of a moving coil microphone as a coupling Air gap used. Other similar designs are also known. The license plate of all of these designs is a metallic pole plate that holds the volume behind the membrane limited. The pole plate is impermeable to air. The consequence of this are very strong flow losses due to the air movements in this volume.
Diese Strömungsverluste setzen die Empfindlichkeit des Wandlers erheblich herab. Durch die angekoppel ten Luftmassen wird im wesentlichen die untere Resonanzfrequenz des Systems beeinflußt. Gegenüber diesen bekannten Ausführungen ist es Aufgabe der Erfindung, eine ausreichende Dämpfung der Eigenresonanz des Gesamtsystems zu erreichen, vorzugsweise bei einer Hinausschiebung der oberen Frequenz zu noch höheren Frequenzen oder zumindest ohne Frequenzverluste bei hohen Frequenzen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, die Benachteiligung oder Bevorzugung einzelner Frequenzgebiete bei hohen Frequenzen sowie die damit verbundenen Einschwingvorgänge zu vermindern oder zu beseitigen.These flow losses increase the sensitivity of the transducer considerably down. Due to the coupled air masses, the lower resonance frequency is essentially affects the system. Compared to these known versions, it is the task of Invention of achieving sufficient damping of the natural resonance of the overall system, preferably when the upper frequency is shifted to even higher frequencies or at least without frequency loss at high frequencies. It is further task of the invention, the disadvantage or preference for individual frequency areas to reduce or reduce high frequencies and the associated transient processes to eliminate.
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektroakustischen Wandler, vorzugsweise Mikrofon, bestehend aus einer Membran, einem mit dieser Membran mechanisch verbundenen Wandlersystem sowie einem ganz oder teilweise abgeschlossenen Luftraum hinter der Membran, der in Teilräume unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung dieses Luftraumes in. Kammern durch eine dicht hinter der Membran, etwa parallel zur Membranfläche verlaufende steife Dämpfungsscheibe erfolgt und daß das Volumen der direkt hinter der Membran liegenden Kammer kleiner als das Volumen der folgenden Kammer ist. Dabei ist dieses kleine Volumen so zu bemessen, daß seine Nachgiebigkeit in der Größenordnung der Rückstellkraft des Wandlers liegt. Außerdem wird die steife Dämpfungsscheibe zum Zweck der Widerstandshemmung zumindest auf dem größten Teil der Oberfläche vorzugsweise homogen gedämpft luftdurchlässig 'macht.The invention relates to an electroacoustic transducer, preferably Microphone, consisting of a membrane, one mechanically connected to this membrane Converter system as well as a completely or partially closed air space behind the Membrane which is divided into subspaces, characterized in that the division this air space in. chambers through a close behind the membrane, roughly parallel to the membrane surface extending stiff damping disk takes place and that the volume the chamber directly behind the membrane is smaller than the volume of the following Chamber is. This small volume is to be dimensioned so that its flexibility is of the order of magnitude of the resetting force of the transducer. In addition, the stiff one Damping washer for the purpose of resistance inhibition, at least for the most part the surface is preferably homogeneously damped air-permeable '.
Eine Weiterführung der Erfindung sieht vor, daß die steife Dämpfungsseheibe aus einem mit Stoff beklebten, entsprechend geformten Lochblech besteht.A further development of the invention provides that the stiff damping washer consists of a correspondingly shaped perforated sheet covered with fabric.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die steife Dämpfungsscheibe aus einem durchlässigen, mit passendem Strömungswiderstand behafteten, mechanisch harten Material, beispielsweise einer Sintermaterialplatte, besteht.Another embodiment of the invention provides that the stiff Damping disc made of a permeable, with suitable flow resistance, mechanically hard material, for example a plate of sintered material.
Eine weitere Ergänzung sieht vor, daß die steife Dämpfungsscheibe zusätzliche, angenähert homogen verteilte Löcher ohne Dämpfungsmaterial besitzt, die in ihrer Zahl und ihrem Querschnitt so bemessen sind, daß in einem bestimmten Frequenzgebiet, vorzugsweise bei tiefen Frequenzen, eine gewünschte Massenhemmung entsteht, die gleich oder kleiner als die Widerstandshenunung der steifen Dämpfungsscheibe ist.Another addition provides that the stiff damping washer has additional, approximately homogeneously distributed holes without damping material, which are dimensioned in their number and cross-section so that in a certain Frequency range, preferably at low frequencies, a desired mass inhibition arises that is equal to or less than the resistance increase of the stiff damping disc is.
Eine weitere Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß die hinter der Membran befindliche steife Dämpfungsseheibe an der Stelle, an der die zur Kraftübertragung zwischen der Membran und dem Wandlerelement dienenden Teile hindurchgeführt werden, eine mit Stoff abgedeckte Öffnung besitzt. Durch diese Stoffabdeckung wird beispielsweise der Treibstift, der die Membran und das Wandlerelement verbindet, durchgeführt. Mittels der Stoffabdeckung erhält die frei bleibende Öffnung dann eine Widerstandshemmung.A further development of the invention provides that the behind the Stiff damping disc located in the membrane at the point where the force is transmitted parts serving between the membrane and the transducer element are passed, has an opening covered with fabric. This fabric cover is for example the drive pin connecting the diaphragm and the transducer element is performed. The opening that remains free is then given a resistance inhibition by means of the fabric cover.
Eine weitere Ergänzung der Erfindung sieht vor, daß die hinter der Membran befindliche steife Dämpfungsscheibe an der Stelle, an der die zur Kraftübertragung zwischen der Membran und dem Wandlerelement dienenden Teile hindurchgeführt werden, beispielsweise ein Rohr besitzt, welches die zur Kraftübertragung dienenden Teile aufnimmt, und daß der in diesem Rohr noch vorhandene freie Luftraum so bemessen ist, daß eine in ein bestimmtes Frequenzgebiet, vorzugsweise tiefe Frequenzen, gelegte Massenhemmung entsteht.Another addition to the invention provides that the behind the Stiff damping disc located in the membrane at the point where the force is transmitted parts serving between the membrane and the transducer element are passed, for example, has a tube which contains the parts used for power transmission absorbs, and that the free air space still present in this pipe is dimensioned in such a way is that one is placed in a certain frequency range, preferably low frequencies Mass inhibition arises.
Eine weitere Ergänzung der Erfindung besteht darin, daß der, von der Membran aus gesehen, hinter der steifen Dämpfungsscheibe liegende große Luftraum in an sich bekannter Weise durch eine Öffnung feit der den Wandler-umgebenden Luft verbunden ist und daß diese Öffnung mit einem Material, beispielsweise Filz, verschlossen wird zum Zweck der Einhaltung einer definierten Widerstandshemmung.A further addition to the invention is that of the Seen from the membrane, there is a large air space behind the stiff damping disc in a manner known per se, through an opening, the air surrounding the converter is removed is connected and that this opening is closed with a material such as felt is used for the purpose of maintaining a defined resistance inhibition.
Die Abb. 1 bis 5 sollen die Erfindung erläutern. Abb. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel ein Mikrofon mit beispielsweise kegelförmiger Membran 1, einem als Biegeschwinger arbeitenden Wandlerelement 3, das mittels des Stiftes 2 zum Zweck der Kraftübertragung mit der Membran 1 verbunden ist. Dicht hinter der Membran befindet sich die etwa parallel zu ihr verlaufende steife Dämpfungsscheibe 4. Die ganze Anordnung wird von dem in diesem Beispiel geschlossen dargestellten Gehäuse 5 aufgenommen. Die Membran 1 und das Gehäuse 5 umschließen die Lufträume 6 und 7, wobei die steife Dämpfungsscheibe 4 die Trennwand zwischen den Luftvolumina 6 und 7 darstellt. Das Luftvolumen von 7 ist wesentlich kleiner als das Luftvolumen von 6 und so bemessen, daß seine Nachgiebigkeit in der Größenordnung der Rückstellkraft des Wandlers liegt. Die Durchführungsöffnung für den Stift 2 durch die steife Dämpfungsplätte 4 ist in diesem Beispiel durch eine an die steife Dämpfungsscheibe angeklebte Stoffdick-' tung 8, durch die der Stift 2 durchgeführt ist, abgedeckt. Die steife Dämpfungsscheibe 4 sei dabei zumindest auf dem größten Teil ihrer Oberfläche vorzugsweise homogen gedämpft luftdurchlässig zum Zweck der Widerstandshemmung. Die Abh. 2 soll die Funktion der Anordnung erklären. Die Induktivität 19 und Kapazität 9 symbolisieren die Masse und die Nachgiebigkeit der Membran, die Induktivität 10 und die Kapazität 11 die Masse und die Nachgiebig= keit des Wandlersystems, die Kapazität 12 die Nachgiebigkeit des Luftvolumens 7, die Kapazität 14 die des Luftvolumens 6 und der Widerstand 13 die durch die Durchlässigkeit der steifen D'ämpfungsscheibe 4 verursachte Widerstandsdämpfung.Figs. 1 to 5 are intended to explain the invention. Fig. 1 shows as Embodiment, a microphone with, for example, a conical membrane 1, a working as a flexural transducer element 3, which by means of the pin 2 for the purpose the power transmission is connected to the membrane 1. Located just behind the membrane the stiff damping disk 4 running approximately parallel to it. The whole arrangement is received by the housing 5 shown closed in this example. The membrane 1 and the housing 5 enclose the air spaces 6 and 7, the stiff The damping disk 4 represents the partition between the air volumes 6 and 7. That The air volume of 7 is much smaller than the air volume of 6 and is dimensioned so that its resilience is in the order of magnitude of the restoring force of the transducer. The lead-through opening for the pin 2 through the rigid damping plate 4 is in this example by means of a thick fabric glued to the stiff damping disc device 8 through which the pin 2 is carried out, covered. The stiff damping disc 4 is preferably homogeneous, at least over the largest part of its surface dampened air-permeable for the purpose of resistance inhibition. Dependency 2 is supposed to function explain the arrangement. The inductance 19 and capacitance 9 symbolize the mass and the flexibility of the membrane, the inductance 10 and the capacitance 11 die The mass and the resilience of the transducer system, the capacitance 12 the resilience of the air volume 7, the capacity 14 that of the air volume 6 and the resistance 13 the drag damping caused by the permeability of the stiff damping disk 4.
Es soll zunächst angenommen werden, daß die In duktivität 15 parallel zu dem Widerstand 13 nicht vorhanden ist. Da das Luftvolumen 7 voraussetzungsgemäß kleiner als das Volumen 6 ist, ist auch die Kapazität 12 kleiner als die von 14. Die Kapazität 14 ist durch den Widerstand 13 abgekoppelt, so daß sie zur Resonanz mit den Teilen 19, 9, 10, 11 praktisch nicht beiträgt bei entsprechender Bemessung von 13. Es entsteht jetzt eine Resonanz aus den Teilen 19, 9, 10, 11, 12, deren Resonanzfrequenz höher liegt als die ursprüngliche Systemresonanz, bei der die große Kapazität 14 wirksam war.It should first be assumed that the inductance 15 in parallel to the resistor 13 is not present. Since the air volume 7 is required is smaller than the volume 6, the capacity 12 is also smaller than that of 14. The capacitance 14 is decoupled by the resistor 13 so that it resonates with parts 19, 9, 10, 11 practically does not contribute when dimensioned accordingly of 13. There is now a resonance from the parts 19, 9, 10, 11, 12, their Resonance frequency is higher than the original system resonance at which the large Capacity 14 was effective.
Durch entsprechende Bemessung von 12 und der Nachgiebigkeit des Luftvolumens 7 ist es, also möglich, die Resonanzfrequenz des gesamten Systems zu höheren Frequenzen zu verschieben. Die Resonanzüberhöhung kann durch den Widerstand 13, also durch die Größe der über die steife Dämpfnngs-Scheibe angenähert homogen verteilten Widerstandsdämpfung, in bekannter Weise beeinflußt werden. Wird parallel zu dieser Widerstandsdämpfung, dargestellt durch den Widerstand 13, eine passende Induktivität 15 gelegt, so wird die Widerstandsdämpfung in dem Frequenzgebiet, in dem der induktive Widerstand gleich oder kleiner als der Betrag der Widerstandsdämpfung ist, mehr oder weniger kurzgeschlossen. Durch diese Anordnung können also die Frequenzen im unteren Übertragungsgebiet des Wandlers angehoben werden. Die Abb.3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele für diese Induktivität. In Abb. 3 wird der Übertragungsstift 2 durch die steife Dämpfungs= scheibe 4 mittels des Rohres 16 hindurchgeführt. Das freie Luftvolumen 17 dieses Rohres wirkt dann als Massenhemmung im Sinne einer Induktivität. In Abb. 4 wird gezeigt, wie diese Massenhemmung durch angenähert homogen über die Fläche der steifen Dämpfungsscheibe 4 verteilte Öffnungen 18 erzielt werden kann. Ihre Wirkung kann gegebenenfalls noch dadurch verstärkt werden, daß der Stift 2 an Stelle einer mit Stoff 8 abgedichteten Durchführung eine solche nach Abb. 3 erhält.By appropriately dimensioning 12 and the flexibility of the air volume 7 it is, therefore possible, to increase the resonance frequency of the entire system to higher frequencies to move. The resonance increase can through the resistor 13, so through the size of the drag damping distributed approximately homogeneously over the stiff damping disc, can be influenced in a known manner. If parallel to this drag damping, represented by the resistor 13, a suitable inductance 15 is placed, so the resistance attenuation in the frequency range in which the inductive resistance is equal or less than the amount of drag damping, more or less short-circuited. With this arrangement, the frequencies in the lower transmission area of the Converter to be raised. Figures 3 and 4 show examples of this Inductance. In Fig. 3, the transmission pin 2 is characterized by the stiff damping = disk 4 passed through the tube 16. That free air volume 17 of this tube then acts as a mass inhibition in the sense of an inductance. In fig. 4 shows how this mass restraint is carried out approximately homogeneously over the area the rigid damping disk 4 distributed openings 18 can be achieved. Her Effect can optionally be increased by the fact that the pin 2 in place a bushing sealed with fabric 8 receives one according to Fig. 3.
Die Abb. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Dabei hat die Membran 1 die bekannte Form einer Kalotte. Sie wird von dem in bekannter Weise ringförmig ausgeführten, beispielsweise keramischen Wandlerelement 3 umschlossen und im Gehäuse 5 gehalten. Die Membran 1, das Wandlerelement 3 und das Gehäuse 5 umschließen wieder die Luftvolumina 6 und 7, wobei die Dämpfungsscheibe 4 in der bereits beschriebenen Weise die Luftvolumina 6 und 7 voneinander trennt. Die Widerstandsdämpfung, in Abb. 2 durch den Widerstand 13 dargestellt, wird in dieser Anordnung durch die mit entsprechendem Strömungswiderstand versehene steife Dämpfungsscheibe bewirkt. Die in ihr eingezeichneten Durchbrüche 18 dienen zum Erzeugen der bereits beschriebenen Massenhemmung.Fig. 5 shows another embodiment of the inventive concept. The membrane 1 has the known shape of a dome. She is best known from the in Way, ring-shaped, for example ceramic transducer element 3 enclosed and held in the housing 5. The diaphragm 1, the transducer element 3 and the housing 5 again enclose the air volumes 6 and 7, the damping disk 4 in the already described manner, the air volumes 6 and 7 separates from each other. The drag damping, represented in Fig. 2 by the resistor 13, is in this arrangement by the causes stiff damping disc provided with a corresponding flow resistance. The openings 18 drawn in it serve to generate the ones already described Mass inhibition.
Das Volumen 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel noch mittels des Durchbruches 19 mit der den Wandler umgebenden Luft als rückwärtige Schalleintrittsöffnung verbunden. Diese Öffnung 19 kann im Bedarfsfalle mit einem Material 20 von entsprechendem Strömungswiderstand, beispielsweise Filz, abgeschlossen werden.In this exemplary embodiment, the volume 6 is still by means of the opening 19 connected to the air surrounding the transducer as a rear sound inlet opening. This opening 19 can, if necessary, with a material 20 of appropriate flow resistance, for example felt.
Das in Abb. 5 dargestellte Beispiel könnte noch dahingehend abgewandelt werden, daß die Membran 1 nahezu eben ist und gleichzeitig als Wandlerelement wirksam ist. Auch in diesem Falle können durch die hinter der Membran anzuordnende steife Dämpfungsscheibe die Vorteile des Erfindungsgedankens ausgenutzt werden.The example shown in Fig. 5 could be modified accordingly be that the membrane 1 is almost flat and at the same time effective as a transducer element is. In this case, too, the stiffness to be arranged behind the membrane can be used Attenuation disc, the advantages of the inventive concept can be exploited.
Claims (7)
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1960
- 1960-08-16 DE DES69946A patent/DE1147631B/en active Pending
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