DE1207964B - Mikrophonmembran - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #Ä PATENTAMT Int. α.:

H04r

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a2 -11

Nummer: 1207 964

Aktenzeichen: S 79627 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 25. Mai 1962

Auslegetag: 30. Dezember 1965

Bei den Membranen von Mikrophonen handelt es sich um mechanische Vorrichtungen, die akustischen Schwingungen ausgesetzt werden und sich entsprechend ausbiegen. Jede Membran trägt eine elektrische Einrichtung, z. B. eine Schwingspule, die eine Anzahl 5 von Windungen aus feinem Draht umfaßt, welche so miteinander verklebt sind, daß sie einen im wesentlichen starren zylindrischen Körper bilden. Die Schwingungen der Membran erzeugen Bewegungen der in einem Magnetfeld befindlichen Schwingspule, so daß die auf die Membran auf treffenden akustischen Signale in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden, die z. B. einer Lautsprecheroder Rufanlage oder dem Modulationsnetzwerk eines Senders zugeleitet werden.

Bekannte Mikrophonmembranen haben den Nachteil, daß beim Schwingen der Membran Kippbewegungen der Schwingspule und Obertonresonanzen in Erscheinung treten, was innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches ungleichmäßige Durchbiegungen der Membran und damit eine Verzerrung der elektrischen Signale im Vergleich zu den akustischen Signalen zur Folge hat.

Zur Vermeidung von Obertonresonanzen wurde bereits vorgeschlagen, die Mikrophonmembran zu versteifen; dies führt jedoch gewöhnlich zur Entstehung von Kipp- bzw. Durchbiegungszonen, deren Starrheit geringer ist als die Starrheit der übrigen Teile der Membran, so daß die Membran nachgiebig wird und daher trotz der Versteifung bei höheren Frequenzen Kippbewegungen ausführt. Diese Kippbewegungen haben aber zur Folge, daß die Schwingspule kein effektives Ausgangssignal liefert, da sie lediglich mit der Membran gekippt wird und nicht im Magnetfeld hin- und herbewegt wird, wie es zum Induzieren einer Spannung in die Schwingspule erforderlich ist.

Es wurden zahlreiche Mikrophonmembranen entwickelt, um diese durch das Versteifen auftretenden Schwierigkeiten zu beseitigen. Eine der bekanntesten derartigen Membranen ist die Harrison-Membran, die in radialer Richtung gewellt ist, wobei sich die Wellungen von der Befestigungsfläche der Schwingspule nach außen erstrecken. Die Größe der Wellungen nimmt bei dieser Membran in Richtung auf deren äußeren Rand zu. Zwar wird bei dieser Membran eine Verringerung der oben aufgezeigten Nachteile erzielt, doch es besteht hier noch die Gefahr, daß die Membran bei höheren Tonfrequenzen in unmittelbarer Nähe der Schwingspule beschädigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrophonmembran zu schaffen, bei der weder Mikrophonmembran

Anmelder:

Shure Brothers, Inc., Evanston, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Charles Ernest Seeler, Evanston, JIl. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Mai 1961 (112 684)

Obertonresonanzen noch Kippbewegungen der Schwingspule noch Beschädigungen der Membran in der Nähe der Schwingspule auftreten.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Membran eine Vielzahl von konzentrischen Kegelabschnitten ausgebildet ist und daß zur Verbindung von benachbarten Kegelabschnitten in Umfangsrichtung verteilte radiale Verbindungsbrücken in Form von Ausprägungen in der Membran vorgesehen sind, derart, daß die Verbindungsbrücken eine akustische Verbindung zwischen diesen konischen Bereichen schaffen.

Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben bei Mikrophonmembranen den Vorteil eines sehr linearen Frequenzganges bis mindestens 15 kHz, ohne daß Beschädigungen der Membran in Erscheinung treten, da erfindungsgemäß ausgebildete Membranen an der Stelle besonders steif gemacht werden können, an der die Schwingspule angebracht ist; trotz dieser Steifigkeit an dieser Stelle besitzen sie eine gleichmäßig gute Schwingfähigkeit.

Durch die Schaffung der unter den radialen Verbindungsbrücken liegenden kanalartigen Räume eignen sich erfindungsgemäße Membranen insbesondere zur Anwendung bei Mikrophonen mit kardioidenförmiger Richtcharakteristik, bei denen die Schallwellen mit Phasenverschiebung beidseitig auf die Membran einwirken; denn durch diese Räume wird in besonders einfacher und trotzdem genauer Weise die gewünschte Richtcharakteristik erhalten.

Das Merkmal des Vorsehens einer Vielzahl von konzentrischen Kegelabschnitten in einer Membran ist bei Lautsprechermembranen an sich bereits be-

509 760/250

kannt. Dieses Merkmal hat aber im Vergleich zum Erfindungsgegenstand bei Lautsprechermembranen ganz andere Aufgaben zu erfüllen, da Lautsprechermembranen elektromagnetisch angetrieben werden und eine Luftsäule in Schwingungen versetzen, während Mikrophonmembranen durch den sich ändernden auf sie einwirkenden Luftdruck in Schwingungen versetzt werden, um entsprechende elektrische Signale zu erzeugen. Außerdem werden bei Lautsprechermembranen vor allem eine gute Abstrahlung für tiefe Frequenzen und geringe Verzerrungen bei großer Lautstärke gefordert, so daß Lautsprechermembranen in der Regel einen großen Durchmesser aufweisen, um die erforderliche Frequenzcharakteristik bei tiefen Frequenzen einzuhalten, während Mikrophonmembranen, insbesondere bei höheren Frequenzen noch einwandfrei schwingen und außerdem so elastisch sein müssen, daß sie auch Schallwellen von sehr schwacher Intensität noch einwandfrei aufnehmen können.

Im Hinblick auf die Fertigung von erfindungsgemäßen Membranen ist es zweckmäßig, wenn die Verbindungsbrücken radiale Seitenwände aufweisen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene der Membran erstrecken, wobei das obere, die Seitenwände miteinander verbindende Endteil gewölbt ist.

In akustischer Beziehung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindungsbrücken nach oben sich höchstens bis zum oberen Ende der Innenfläche des jeweiligen äußeren Kugelabschnittes erstrecken.

Zum Kleinhalten der Höhe der Membran und unter Beibehaltung ihrer guten Steifigkeit sind die Verbindungsabschnitte zv/ischen benachbarten Kegelabschnitten abgeflacht und mit Versteifungen versehen.

Es ist akustisch vorteilhaft, wenn die vorzugsweise als Sicken in der Membran ausgebildeten Versteifungen sich im wesentlichen in Umfangsrichtung der Kegelabschnitte erstrecken.

Zur Erhöhung der Steifigkeit der Membran besteht dieselbe erfindungsgemäß aus mehreren Schichten, von denen mindestens eine Schicht sich nach außen nur bis zur Innenfläche des äußersten ringförmigen Kegelabschnittes erstreckt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Membran und die benachbarten Teile des zugehörigen Mikrophons;

F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Membran im Grundriß;

F i g. 3 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Teilschnitt längs der radialen Linie 3-3 in F i g. 2;

F i g. 4 ist ein Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5 ist ein Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2;

F i g. 6 ist ein Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 2.

Das Mikrophon 10 umfaßt ein mehrteiliges Gehäuse 11, das am oberen Ende offen ist und dort ein Sieb 12 aufnimmt, durch das die akustischen Schwingungen zum Mikrophon gelangen können. Innerhalb des Mikrophons befindet sich eine Mikrophonpatrone 13 mit einem Magneten 14, an dessen vorderem Ende ein inneres Polstück 15 befestigt ist. Ein äußeres Polstück 16 von zylindrischer Form ist mit seinem hinteren Ende so an dem Magneten 14 befestigt, daß sich ein geschlossener magnetischer Kreis ergibt, und das vordere Ende des äußeren Polstückes 16 umgibt das vordere Ende des inneren Polstückes 15, so daß ein zylindrischer Luftspalt vorhanden ist, der von einem radialen Magnetfeld durchsetzt wird.

ίο Der Luftspalt ist so bemessen, daß er eine Schwingspule 17 aufnehmen kann, die eine Anzahl von Windungen aus feinem Draht umfaßt, welche miteinander zu einem selbsttragenden Zylinder verklebt sind. Die Schwingspule ist auf die Unterseite einer Membran 18 aufgekittet, deren äußerer Rand 19 mit einem Ring 20 verkittet ist, welcher an der vorderen Stirnfläche des äußeren Polstückes befestigt ist, um die Membran in ihrer Betriebsstellung zu halten.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Mikrophon handelt es sich um ein Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung der mit Phasenverschiebung arbeitenden Bauart, d. h., die Membran empfängt Signale sowohl über die durch das Sieb 12 abgedeckte Öffnung am vorderen Ende als auch über rückwärtige Eintritts-

=5 Öffnungen 21 an der Verbindungsstelle zwischen zwei Teilen des Mikrophongehäuses 11. Die primären Signale passieren das Sieb 12 und Öffnungen 22 in einer Resonatorplatte 23, um zur Vorderseite der Membran zu gelangen. Die auf der Rückseite eintretenden Signale passieren ein die hinteren Öffnungen 21 abdeckendes Sieb 24, die gekrümmten Längskanäle 25 im äußeren Polstück und Öffnungen 26 in dem Widerstandsring 20, um zur Rückseite der Membran 18 zu gelangen.

Auf diese an der Rückseite eintretenden Signale wird durch ein Netzwerk aus akustischen Kapazitäten, Widerständen und Trägheitsmassen eingewirkt, um ihre Phase in geeigneter Weise so zu verschieben, daß das Mikrophon die gewünschte einseitige Richtwirkung zeigt.

Gemäß den F i g. 2 bis 6 setzt sich die Membran, die aus dem unter der Handelsbezeichnung »My!or<; erhältlichen Material bestehen kann, welches eine gute Steifigkeit, Elastizität und Festigkeit besitzt, aus mehreren Kegelabschnitten zusammen und umfaßt einen inneren Kegelabschnitt und einen damit konzentrischen äußeren Kegelabschnitt, wie er entsteht, wenn man um die Mikrophonachse ein Dreieck rotieren läßt, das in einer radialen Ebene liegt, welche die Normalachse der Membran enthält; die genaue Form der Membran geht am besten aus F i g. 3 hervor, wo der innere Kegelabschnitt mit 30 und der äußere Kegelabschnitt mit 31 bezeichnet ist. Die Schwingspule 17 ist an der Stelle des Schnittkreises 32 der Basisteile 38, 39 und 41 der beiden Kegelabschnitte 30 und 31 an deren abgeflachtem Ende 40 an der Membran befestigt; die Kegelabschnitte 30 und 31 gewährleisten, daß keine flachen oder ebenen kreisrunden Abschnitte vorhanden sind, die sich rechtwinkelig zur Ausbiegungsrichtung bzw. parallel zur Normalachse der Membran erstrecken, so daß eine optimale Unterstützung der Schwingspule bei minimaler Beanspruchung der Membran erzielt wird.

Neben den Kegelabschnitten sind zur weiteren Erhöhung der Starrheit und zur besseren Abstützung der Schwingspule im Bereich des Schnittkreises, an dem die Schwingspule befestigt ist, in der Membran radiale Verbindungsbrücken in Form von Ausprä-

gungen 33 vorgesehen, die Teile der Zone zwischen dem inneren und dem äußeren Kegelabschnitt überbrücken und in den F i g. 4 und 5 im Schnitt gezeigt sind. Die Anordnung und Form der Ausprägungen 33 ist derart, daß sich eine symmetrische Anordnung um die Achsen der Membran herum ergibt; je nach der gewünschten Konstruktion kann die Zahl der Brückenabschnitte jedoch einer Primzahl oder einer größeren Zahl entsprechen. Hierdurch wird die Starrheit der Membran zwischen ihren Kegelabschnitten weiter erhöht. Die radial verlaufenden Seitenwände 34 der radialen Verbindungsbrücken erstrecken sich rechtwinkelig zur Ebene des Kreises, längs dessen die Schwingspule befestigt ist, wobei die Seitenwände durch ein gewölbtes oberes Endteil 35 miteinander verbunden sind.

Wie insbesondere F i g. 3 zeigt, besteht die Membran 18 aus zwei Schichten 36 und 37, wobei sich die Schicht 36 über die ganze Fläche des inneren Kegelabschnittes, die Basisverbindungsstelle, die radialen Verbindungsbrücken und einen erheblichen Teil der radial auf der inneren Seite liegenden Fläche des äußeren Kegelabschnittes erstreckt und auf der Vorderseite der Schicht 37 angeordnet ist, welche die eigentliche Membran 18 bildet.

Wie F i g. 3 zeigt, sind die oberen Teile der Kegelabschnitte abgerundet. Diese abgerundeten oberen Teile sind zur Aufrechterhaltung ihrer Steifigkeit mit als Sicken 42 in der Membran 18 ausgebildeten Versteifungen am Scheitel des äußeren Kegelabschnittes versehen, wie es in F i g. 2 und 6 gezeigt ist. Diese Sicken 42 haben eine allgemein dreieckige Querschnittsform, sind langgestreckt und verlaufen etwa tangential zum Berührungskreis der Schwingspule mit der Membran.

Die geometrische Anordnung der Kegelabschnitte, der Schichten und der radialen Verbindungsbrücken ist so gewählt, daß die Zonen der Membran, die axiale Schwingungen der Schwingspule zulassen, an die radial innen- und radial außenliegenden Enden der sickenförmigen Versteifungen 42 am Scheitel des äußeren Kegelabschnittes verlegt sind. Eine Durchbiegung der Membran erfolgt in erster Linie innerhalb der radial am weitesten außenliegenden Fläche der Membran, während eine kleine Zone, die eine Durchbiegung nur in einem sehr begrenzten Ausmaß zuläßt, an den inneren Enden der Sicken 42 vorhanden ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Mikrophonmembran aus biegsamem Material, dadurch gekennzeichnet, daß in der Membran (18) in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von konzentrischen Kegelabschnitten (30, 31) ausgebildet ist und daß zur Verbindung von benachbarten Kegelabschnitten in Umfangsrichtung verteilte radiale Verbindungsbrücken in Form von Ausprägungen (33) vorgesehen sind, derart, daß die Verbindungsbrücken eine akustische Verbindung zwischen diesen konischen Bereichen schaffen.

2. Mikrophonmembran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücken radiale Seitenwände (34) aufweisen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene der Membran (18) erstrecken.

3. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Endteil (35) der Verbindungsbrücken (30) gewölbt ist.

4. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbrücken nach oben sich höchstens bis zum oberen Ende der Innenfläche des jeweiligen äußeren Kegelabschnittes (31) erstrecken.

5. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsabschnitte zwischen benachbarten Kegelabschnitten abgeflacht und mit Versteifungen (42) versehen sind.

6. Mikrophonmembran nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise als Sicken (42) in der Membran (18) ausgebildeten Versteifungen sich im wesentlichen in Umfangsrichtung der Kegelabschnitte (30, 31) erstrecken.

7. Mikrophonmembran nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran zur Erhöhung der Steifigkeit aus mehreren Schichten (36, 37) besteht, von denen mindestens eine Schicht (36) sich nach außen nur bis zur Innenfläche (38) des äußersten ringförmigen Kegelabschnittes erstreckt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 835 757;
USA.-Patentschriften Nr. 1 917 012, 2 058 208.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 760/250 12.65 © Bundesdruckerei Berlin