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Schallempfänger mit Richtwirkung Die Erfindung betrifft einen Schallempfänger
mit Richtwirkung, bei dem wenigstens zwei Kondensatormikrophone nahe beieinander
angeordnet sind, die, elektrisch zusammengeschaltet, auf einen gemeinsamen Verstärker
wirken.
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Theoretische und praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß bei
Systemen, bei denen der Schallumweg von der Vorderseite zur Rückseite der Membran
gleich oder größer ist als die halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz,
sowohl der Frequenzgang bei Schalleinfall von vorn (0°-Schalleinfall) als auch die
Dämpfung bei rückwärtigem Schalleinfall (180°-Schalleinfall) unbefriedigend sind,
so daß derartige Schallempfänger den heutigen Anforderungen an Qualität nicht mehr
entsprechen. Als Ursache dieser Störungen wurde erkannt, daß der Schallumweg von
der Vorderseite zur Rückseite der Membran bei den verwendeten Einzelsystemen bei
den hohen Frequenzen zu groß ist. Bei einer bekannten Ausführung eines solchen Schallempfängers
mit elektrostatischen Wandlern mit einseitiger, nierenförmiger Richtcharakteristik
beträgt der Kapseldurchmesser jedes Einzelsystems, der angenähert dem Schallumweg
entspricht, etwa 2,2 cm. Die Frequenz, bei der die halbe Wellenlänge gleich dem
Schallumweg von der Vorderseite zur Rückseite der Membran wird, beträgt 7,5 kHz.
Messungen haben ergeben, daß tatsächlich bereits unterhalb dieser Frequenz eine
wesentliche Verschlechterung der Rückwärtsdämpfung zu bemerken ist. Dieser Mangel
könnte theoretisch dadurch beseitigt werden, daß man den Durchmesser der Kapsel
verkleinert. Dadurch würde sich die kritische Frequenz zwar nach oben verschieben,
bei gleichgehaltenem 0°-Frequenzgang würde aber gleichzeitig damit die Empfindlichkeit
in unzulässiger- Weise abnehmen, da der antreibende Druckgradient linear mit dem
Durchmesser abnimmt. Versucht man hingegen die Empfindlichkeit konstant zu halten,
so ergibt sich wegen des geringen zulässigen akustischen Reibungswiderstandes ein
Abfall der Empfindlichkeit bei den tiefen Frequenzen. Ein solcher Wandler mit beispielsweise
8 mm Durchmesser ergibt zwar einen befriedigenden Verlauf der Rückwärtsdämpfung
(180°-SchalleinfaI1), zeigt jedoch bereits unter 1000 Hz einen starken Abfall des
0°-Frequenzgänges.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, der es gestattet, die Nachteile
-der bisher verwendeten" Schallempfänger finit Richtwirkung, bei denen wenigstens
zwei Kondensatormikrophone nahe beieinander. angeordnet sind, zu vermeiden. Der
Schallempfänger gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß wenigstens ein
Wandler für die höheren und wenigstens ein Wandler für die tieferen Frequenzen des
zu übertragenden Frequenzbandes vorgesehen ist, wobei den Hochtonmikrophonen kürzere
Schallumwege zugeordnet sind als den Tieftonmikrophonen, -und durch elektrische
und/oder akustische Mittel der Übertragungsbereich der Hochtonmikrophone nach tiefen
Frequenzen und der der Tieftonmikrophone nach hohen Frequenzen beschränkt ist.
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Die Kombination eines Schallwandlers. für die höheren Frequenzen mit
einem Schallwandler für die tieferen Frequenzen des wiederzugebenden Frequenzbandes
ist bei einigen Lautsprecheranordnungen, die mit elektrostatischen Lautsprechern
arbeiten, bekannt. Die diesen Lautsprecheranordnungen zugrunde liegende Problemstellung
ist jedoch grundsätzlich unterschiedlich zu der dem - Erfindungsgegenstand eigenen
Problematik. So geht es beispielsweise bei einer solchen bekannten Lautsprecheranordnung
darum, einen möglichst ausgeglichenen Schalldruck gber den ganzen zu übertragenden
Frequenzbereich zu erzielen. Zu diesem Zwecke wird der Frequenzbereich in eine Anzahl
von Teilen aufgeteilt, von denen jedem ein eigener Lautsprecher zugeordnet ist.
Eine solche Unterteilung des zu übertragenden Frequenzbandes zur Erzielung einer
weitgehend freqüenzunabhängigen- Reproduktion beim 0°=Schalleinfall ist bei einem
Kondensatormikrophon regelmäßig nicht erforderlich, weil die modernen Konden= sätormikrophone
einen so guten Frequenzgang in der Haupteinfällsrichtung des 'Schalles aufweisen;
daß in
dieser Hinsicht eine Unterteilung bzw. Aufteilung des Frequenzbandes
einen unnötigen Aufwand darstellen würde. Die Schwierigkeiten liegen jedoch in der
Frequenzabhängigkeit der Rückwärtsdämpfung und damit der Richtwirkung, einer Größe,
die bei den bekannten Lautsprecheranordnungen keine Rolle spielt. Demgemäß ist auch
bei diesen Lautsprechern kein »Schallumweg« im Sinne eines einseitig gerichteten
Mikrophons vorhanden. Auch sind die Lautsprecher rein größenordnungsmäßig hinsichtlich
ihrer Abmessungen mit denen einseitig gerichteter Mikrophone, bei denen der Kapseldurchmesser
der Einzelsysteme in der Größenordnung von wenigen Zentimetern liegt, nicht zu vergleichen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erhalten die Hochtonmikrophone
einen so kleinen Durchmesser, daß ein. natürlicher. Abfall bei den tiefen Frequenzen
auftritt, und die kritische Frequenz außerhalb des Übertragungsbereiches liegt,
wogegen zur Beschneidung der hohen Frequenzen einschließlich der innerhalb des zu
übertragenden Frequenzbandes liegenden kritischen; ..Frequenz bei den Tieftonsystemen
elektrische Sperren in den Ausgang bzw. die Ausgänge eingeschaltet werden.
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Als weiteres Erfindungsmerkmal liegen die Hochtonwandler unmittelbar
am Eingang des gemeinsamen Verstärkers, wogegen die Tieftonwandler über Serienwiderstände
an die H`oclitonwandler 'angeschlossen sind.
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Ist beabsichtigt, dem Schallempfänger mehrere Richtcharakteristiken
zuordnen zu können, so werden die Einzelsysteme :erfindungsgemäß mit je zwei Membranen
ausgestattet.
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Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
In F i g. 1 ist der Schnitt durch ein übliches Kondensator-Richtmikrophon dargestellt;
F i g. 2 und 3 zeigen verschiedene gemessene Kurven; F i g. 4 ist das elektrische
Schaltbild eines erfindungsgemäßen Schallempfängers.
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Das in F i g. 1. dargestellte Kondensator-Richtmikrophon weist eine
einseitige nierenförmige Richtcharakteristik auf. Es hat den Durchmesser d. Hinter
der perforierten Gegenelektrode Eliegt das Volumen C, das an der Rückseite des Mikrophons
mit dem akustischen Reibungswiderstand R abgeschlossen ist. Der Schallumweg von
der Vorderseite zur Rückseite des Wandlers ist mit U bezeichnet. -Der Frequenzgang
bei 0°-Schalleinfall und der Verlauf der Rückwärtsdämpfung (180°-Schalleinfall)
sind für ein solches bekanntes Mikrophon mit 2,2 cm Durchmesser in F i g. 2 mit
F (Frequenzgang) und D (Verlauf der Rückwärtsdämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz)
bezeichnet. Dieser Darstellung ist zu entnehmen, daß im Bereich um 7 kHz eine starke
Verschlechterung der Rückwärtsdämpfung vorhanden ist, also bei jener Frequenz, bei
der der Schallumweg von der Vorderzur Rückseite der Membran angenähert der halben
Wellenlänge entspricht. Auch der Frequenzgäng zeigt in diesem Bereich eine leichte
Überhöhung.
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Würde man nun versuchen, eine Verbesserung durch Verkleinerung des
Kapseldurchmessers zu erzielen, so würde diese Maßnahme allein keinen Erfolg mit
sich bringen, denn, wie eingangs bereits ausgeführt wurde, tritt bei dieser Maßnahme
bei gleichbleibender Empfindlichkeit ein Abfall der tiefen Frequenzen ein. Dies
ist. den in F i g. 3 dargestellten Kurven ohne weiteres zu entnehmen. Der mit -D'
bezeichnete Verlauf der - Rückwärtsdämpfung kann zwar als befriedigend bezeichnet
werden, der Frequenzgang F' zeigt jedoch schon einen bei 1000 Hz beginnenden untragbaren
Abfall.
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Erfindungsgemäß wird nun -der Schall des zu über; tragenden @ Frequenzbereiches
von wenigstens' zwei Mikrophonen aufgenommen, von denen die für den Hochtonbereich
bestimmten Wandler einen kleinen Schallumweg aufweisen, wogegen der Weg von der
Vorderseite zur Rückseite der Membran bei den Tieftonsystemen wesentlich größer
ist. Um bei diesen Wandlern die Störung durch die kritische Frequenz, bei der der
Schallumweg angenähert der halben Wellenlänge entspricht, zu vermeiden, ist es erforderlich,
den Übertragungsbereich der Tieftonsysteme zu beschneiden, so daß alle Frequenzen
des höheren Tonbereiches einschließlich der Umgebung der kritischen Frequenz nicht
an den Verstärkereingang gelangen. Dies erfolgt am zweckmäßigsten auf elektrischem
Wege, indem man in den Ausgang der Tieftonsysteme geeignete Bandpässe bzw. Bandsperren
einschaltet. Im allgemeinen genügt es, ein oder mehrere RC-Glieder vorzusehen. Eine
besonders günstige Anordnung ist in F i g. 4 dargestellt, bei welcher die Kapselkapazität
zusammen mit der Kapazität des Verstärkereinganges, die im wesentlichen durch die
Röhrenkapazität dargestellt ist, ein Teil des für ein Tieftonsystem erforderlichen
Filters ist. Das Hochtonsystem, das bereits auf Grund seiner Abmessungen einen Abfall
bei den tiefen Frequenzen aufweist und bei dem die kritische Frequenz außerhalb
des Übertragungsbereiches liegt, bedarf keinerlei zusätzlicher Filter und kann daher
unmittelbar an den Eingang des Verstärkers gelegt werden. Die Kapazität Co, dieses
mit 2 bezeichneten Mikrophons ergibt mit der Röhrenkapazität Cr die kapazitive Komponente
eines RC-Gliedes mit dem Widerstand R1, an den das Tieftonmikrophon 1mitderKapselkapazität
Coi angeschlossen ist. Das auf diese Weise gebildete RC-Glied ist so dimensioniert,.
daß seine Grenzfrequenz dort liegt, wo die Empfindlichkeit des Hochtonmikrophons
um etwa 3 db abgenommen hat. Damit ist der Teilungspunkt auf der Frequenzskala definiert.
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Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel betrug die Kapselkapazität
Col = 40 pF, R = 8 Mü und Q, = 10 pF. Bei dieser Dimensionierung ergab sich der
Teilungspunkt bei etwa 1500 Hz.
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Die übrigen in F i g. 4 dargestellten und nicht näher bezeichneten
Schaltelemente dienen in an sich bekannter Weise der Zuführung der Polarisationsspannungen
bzw. der wechselstrommäßigen Verbindung.
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Weiterhin ist es möglich, jedes der beiden Systeme mit zwei Membranen
auszustatten, so daß jedes zwei entgegengesetztgerichtete nierenförmige Richtcharakteristiken
besitzt, die in an sich bekannter Weise zu verschiedenen Richtcharakteristiken (Kugel,
Niere, Acht und Zwischenformen) kombiniert werden können.