DE1277346B - Crystal microphone - Google Patents

Crystal microphone

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DE1277346B
DE1277346B DES94734A DES0094734A DE1277346B DE 1277346 B DE1277346 B DE 1277346B DE S94734 A DES94734 A DE S94734A DE S0094734 A DES0094734 A DE S0094734A DE 1277346 B DE1277346 B DE 1277346B
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Germany
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crystal
microphone
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Dipl-Ing Kornelius Noss
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Siemens AG
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Siemens AG
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

H04rH04r

Deutsche KL: 21 a2 - 8German KL: 21 a2 - 8

Nummer: 1277 346Number: 1277 346

Aktenzeichen: P 12 77 346.5-31 (S 94734)File number: P 12 77 346.5-31 (S 94734)

Anmeldetag: 21. Dezember 1964Filing date: December 21, 1964

Auslegetag: 12. September 1968Opening day: September 12, 1968

Bei Kristallmikrophonen wird der Schallempfänger, also eine Membrane mit einem Kristall oder einem Kristallsystem gekuppelt, welches elastoelekirische Eigenschaften, z. B. Piezoelektrizität oder Piezoresistivität, aufweist. Vielfach sind diese Kristalle Halbleiter. Ein bekanntes Mikrophon dieser Art, das sogenannte Transistormikrophon, verwendet als empfindliches Kristallsystem einen als Zwei- oder Vierpol geschalteten Transistor, an dessen Ausgang ein durch die Wirkung der von der schwingenden Membrane heyrührenden wechselnden mechanischen Belastung des Transistors modulierter Gleich- oder Wechselstrom erscheint.With crystal microphones, the sound receiver, i.e. a membrane with a crystal or coupled to a crystal system which has elastoelectrical properties, e.g. B. Piezoelectricity or Piezoresistivity, has. Often these crystals are semiconductors. A well-known microphone of this type, the so-called transistor microphone, uses a two- or four-pole as a sensitive crystal system switched transistor, at the output of which is switched on by the action of the vibrating membrane The changing mechanical stress of the transistor is caused by modulated direct or alternating current appears.

Die mechanische Belastbarkeit solcher Kristalle ist mitunter nicht allen akustischen Beanspruchungen gewachsen. Es empfiehlt sich deshalb, einen sogenannten Knallschutz vorzusehen.The mechanical resilience of such crystals is sometimes not all acoustic stresses grown. It is therefore advisable to provide so-called bang protection.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kristallmikrophon mit einem piezoelektrischen oder piezoresistiven Kristall und einer mechanisch mit einem Schallempfänger, ζ. Β. einer Membrane, gekuppelten, gegen den HÄlbleiterkristall gedrückten Spitze, bei dem die Kupplung zwischen Spitze und Schallempfänger der art ausgebildet ist, daß sie sich beim Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Wertes des auf den »5 Schallempfänger einwirkenden Schalldruckes selbsttätig löst und nach dem Aufhören der Überbelastung selbsttätig wieder schließt.The invention relates to a crystal microphone with a piezoelectric or piezoresistive Crystal and one mechanical with a sound receiver, ζ. Β. a membrane, coupled, against the Semiconductor crystal pressed tip, in which the coupling between tip and sound receiver of the art is designed so that when a predetermined critical value of the »5 Sound pressure acting on the sound receiver automatically dissolves and after the overload has ceased closes again automatically.

In der deutschen Patentschrift 936 653 werden verschiedene Tonabnehmer beschrieben, bei denen der Piezokristall gegen Druckbeschädigung geschützt ist. Um den Kristall vor Druckbeschädigung zu schützen, die hauptsächlich beim Auswechseln der Nadel auftreten kann, sind Kristall 1 und Grundplatte 3 durch ein elastisches Auflagemittel 2 verbunden. Bei starkern Druck in Längsrichtung der Nadel, werden Nadel, Übertragungsmittel und Kristall, die in Längsrichtung starr miteinander verbunden sind, elastisch gegen die Grundplatte verschoben. Diese Anordnung von Nadel, Übertragungsmittel und Kristall hat eine große Schwingmasse, d. h. der Kristall wird nur bei langsam einsetzendem Druck geschützt. Das gleiche gilt für den Gegenstand der Patentschrift 729 240, so daß auf sie nicht näher eingegangen werden muß.In the German patent specification 936 653 various pickups are described in which the Piezo crystal is protected against pressure damage. To protect the crystal from pressure damage, which can mainly occur when changing the needle, crystal 1 and base plate 3 are through an elastic support means 2 connected. With strong pressure in the longitudinal direction of the needle, Needle, transmission means and crystal, which are rigidly connected to one another in the longitudinal direction, are elastic moved against the base plate. This arrangement of needle, transmission medium and crystal has a large oscillating mass, d. H. the crystal is only protected when pressure is applied slowly. The same applies to the subject matter of patent specification 729 240, so that it will not be discussed in more detail got to.

Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch eine die Halterung der Spitze an den beweglichen Teil des Schallempfängers drückende Vorrichtung in Gestalt einer Feder bzw. eines magnetischen Feldes, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer entsprechend größeren Belastung des Mikrophons nur die Feder bzw. das magnetische KristallmikrophonThe present invention is characterized by the holder of the tip on the movable Part of the sound receiver pressing device in the form of a spring or a magnetic Field, the arrangement is made so that with a correspondingly greater load of the Microphone only the spring or the magnetic crystal microphone

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 8000 Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Kornelius Noss, 8000 MünchenDipl.-Ing. Kornelius Noss, 8000 Munich

Feld die Spitze auf den Kristall drückt, unabhängig von der Stärke der Überlastung.Field presses the tip onto the crystal, regardless of the strength of the overload.

In F i g. 1 ist das Prinzip eines Kristalhnikrophons dargestellt. Eine z. B. am Rande eingespannte kreisförmige Membrane 1 ist an der Stelle ihres größten Ausschwingens mit einem z. B. stift- oder nadeiförmigen Kupplungsorgan 2 versehen. Dieses Kupplungsorgan ist so bemessen, daß einerseits auch kleine Kräfte, also schwache Geräusche, eine Belastung des Mikrophonkristalls 3 hervorrufen können, während andererseits unterschiedliche Schallbeanspruchungen des Empfängers 1 auch zu unterschiedlichen mechanischen Belastungen, die möglichst proportional zu den Amplituden des einwirkenden Schalls sein sollen, führen. Der Mikrophonkristall 3 ist elektrisch, insbesondere kapazitiv oder galvanisch, mit einem elektrischen Stromkreis 3 α gekoppelt, von welchem die im Kristall 3 erzeugte modulierte Gleichspannung oder Wechselspannung abgenommen werden kannIn Fig. 1 shows the principle of a crystal microphone. A z. B. at the edge clamped circular membrane 1 is at the point of its greatest swing with a z. B. pin-shaped or needle-shaped coupling member 2 is provided. This coupling element is dimensioned so that on the one hand small forces, i.e. weak noises, can cause a load on the microphone crystal 3, while on the other hand different sound loads on the receiver 1 also lead to different mechanical loads, which should be as proportional as possible to the amplitudes of the acting sound . The microphone crystal 3 is electrically, in particular capacitively or galvanically, coupled to an electrical circuit 3 α , from which the modulated direct voltage or alternating voltage generated in the crystal 3 can be tapped

In F i g. 2 ist eine der Lehre der Erfindung entsprechende Konstruktion eines Kristallmikrophons beispielsweise dargestellt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß während Überbeanspruchungen die Kupplung zwischen dem Kristall 3 und der als Schallempfänger dienenden Membrane 1 vollständig gelöst bleibt. Dies geschieht, indem das Kupplungsorgan 2 einerseits mittels einer Feder 4 mit einem Gehäuseteil 5 des Mikrophons fest verbunden ist, während andererseits diese Feder 4 das Kupplungsorgan 2 gleichzeitig gegen den Rand einer Ausnehmung 6 in der Mitte der Membrane 1 als auch gegen den Kristall 3 drückt. Die Kraft der Feder 4 ist dabei so zu bemessen, daß die betriebliche Wirkungsweise des Mikrophons keine nennenswerte Einbuße erleidet und der Kristall keine Beschädigungen erleidet.In Fig. Figure 2 is a crystal microphone construction in accordance with the teachings of the invention for example shown. This construction has the advantage that the Coupling between the crystal 3 and the membrane 1 serving as a sound receiver is completely released remain. This is done by the coupling member 2 on the one hand by means of a spring 4 with a housing part 5 of the microphone is firmly connected, while on the other hand this spring 4, the coupling member 2 at the same time against the edge of a recess 6 in the middle of the membrane 1 and against the Crystal 3 pushes. The force of the spring 4 is to be dimensioned so that the operational mode of operation of the Microphone suffers no significant loss and the crystal suffers no damage.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem zur Erzielung einer hohen Druckempfindlichkeit das Kupplungsorgan 2 mit einer Spitze auf den Kristall aufgesetzt ist, bestehtIn the case of the one shown in FIG. 2 illustrated preferred embodiment, in which the coupling member 2 with to achieve a high pressure sensitivity a tip is placed on the crystal, consists

809 600/380809 600/380

dieses aus zwei Teilen, nämlich einem stiftförmigen vorderen Teil 2 α und einem sich teller- oder napfartig verbreiternden hinteren Teil2&. Der vordere Teil 2 α liefert die Verbindung mit dem Kristall 3, der hintere Teil 2 b die zur Membrane 1. Zu diesem Zweck befindet sich die Membrane 1 zwischen dem Kristall 3 und dem mit der Feder 4 verbundenen Gehäuseteil 5. Außerdem ist im Beispiel nach F i g. 2 der Umfang des Randes des Teiles 2 b mindestens stellenweise etwas weiter von der Achse der Anord- mmgA-A' als der Umfang der Öffnung 6 in dei Membrane 1 entfernt. Aus diesem Grunde drückt die Feder 4 den Rand des Tellers 2 b, der sich zwischen dem Gehäuseteil 5 und der Membrane 1 befindet, gegen den Rand der Öffnung 6 in der Membrane und sorgt bei nicht zu starken Schwingungen derselben für eine einwandfreie Verbindung und ein einwandfreies Funktionieren des Mikrophons.this consists of two parts, namely a pin-shaped front part 2 α and a plate-like or cup-like widening rear part 2 &. The front part 2 α provides the connection to the crystal 3, the rear part 2 b that to the membrane 1. For this purpose, the membrane 1 is located between the crystal 3 and the housing part 5 connected to the spring 4 F i g. 2 the circumference of the edge of the part 2 b at least in places a little further away from the axis of the arrangement mmgA-A ' than the circumference of the opening 6 in the membrane 1. For this reason, the spring 4 presses the edge of the plate 2b , which is located between the housing part 5 and the membrane 1, against the edge of the opening 6 in the membrane and ensures a perfect connection and a perfect connection if the vibrations are not too strong Operation of the microphone.

Wirkt nun auf die Membrane 1 ein zu hoher Schalldruck, dann hebt sich die Membrane 1 vom Teller 2 b des Kupplungsorgans 2 ab, während die Spitze 2 a nur mit der Vorspannung der Feder 4 auf die Oberfläche des Kristalls 3 drückt. Für die Bemessung der Feder 4 ergibt sich aus den vorstehenden Ausführungen die Regel, daß die Vorspannung der Feder größei als die Summe aus dem Vordruck der Spitze 2 α auf dem Kristall und der größten noch zu übertragenden Druckamplitude sein muß. Andererseits ist darauf zu achten, daß durch die Einwirkung der Federkraft der Kristall 2 nicht zerstört wird.If the sound pressure on the diaphragm 1 is too high, the diaphragm 1 lifts off the plate 2 b of the coupling element 2, while the tip 2 a presses onto the surface of the crystal 3 only with the bias of the spring 4. For the dimensioning of the spring 4 results from the above the rule that the preload of the spring must be greater than the sum of the pre-pressure of the tip 2 α on the crystal and the largest pressure amplitude still to be transmitted. On the other hand, care must be taken that the action of the spring force does not destroy the crystal 2.

Ein weiteres Kennzeichen des Mikrophons gemäß Fig.2 ist die konzentrische Halterung des Kristalls 3 in einer konzentrisch zur Membrane 1 gelagerten federnden Scheibe 7, die durch Druckschrauben oder Zugschrauben axial vorgespannt werden kann. Im Falle der Anordnung nach Fig. 2 ist eine Zugschraube 8 verwendet, die an der Halterung 9 des Kristalls 3 angreift. Das Gewinde 10 der Zugschraube 8 ist im hinteren Teil 11 des Gehäuses angebracht. Der hintere Teil 11 des Gehäuses ist mit dem vorderen Teil 5, der — um möglichst ungedämpft die Schallwellen zur Membrane 1 gelangen zu lassen — durchlöchert ist, auf irgendeine bekannte Weise verbunden. Die Zugschraube 8 und federnde Scheibe 7 übernehmen zweckmäßig die Rolle von elektrischen Zuleitungen. Die elektrischen Zuleitungen sind natürlich isoliert.Another characteristic of the microphone according to FIG. 2 is the concentric mounting of the crystal 3 in a concentric to the membrane 1 mounted resilient disc 7, which by pressure screws or Lag screws can be axially preloaded. In the case of the arrangement according to FIG. 2, there is a lag screw 8 used, which engages the holder 9 of the crystal 3. The thread 10 of the lag screw 8 is mounted in the rear part 11 of the housing. The rear part 11 of the housing is with the front part 5, which - in order for the sound waves to reach the membrane 1 as undamped as possible to let - is holed, connected in some known way. The tension screw 8 and resilient Disc 7 appropriately take on the role of electrical leads. The electrical supply lines are of course isolated.

Das vorbeschriebene Beispiel sieht eine vollständige Unterbrechung der Kupplung zwischen Membrane 1 und dem Kristall 3 bei Überbelastung des Mikrophons vor. Statt dessen ist auch eine partielle Unterbrechung möglich. Ein Beispiel hierfür ist in der F i g. 3 dargestellt.The example described above sees a complete interruption of the coupling between the diaphragm 1 and crystal 3 when the microphone is overloaded. Instead, there is also a partial Interruption possible. An example of this is shown in FIG. 3 shown.

Bei einer Anordnung nach F i g. 3 ist die Membrane 1 über ein elastisches Kupplungsglied mit dem Kristall 3 gekoppelt. Zum Unterschied gegenüber einer Anordnung nach Fig. 2 ist der mit dem Kristall 3 in Kontakt stehende Teil la mit dem mit der Membrane 1 unmittelbar gekoppelten Teil 2 δ nicht starr, sondern über eine Feder 2 c, verbunden, während der Teil 2 b starr an der Membrane befestigt ist. Die Feder 4 sowie die starre Verbindung des Teiles 2 b der Kupplung 2 mit dem Gehäuse entfällt im Gegensatz zu den Anordnungen nach Fig. 2.In an arrangement according to FIG. 3, the membrane 1 is coupled to the crystal 3 via an elastic coupling member. In contrast to an arrangement according to FIG. 2, the part 1a in contact with the crystal 3 is not rigidly connected to the part 2δ directly coupled to the membrane 1, but rather via a spring 2c, while the part 2b is rigidly connected the membrane is attached. The spring 4 and the rigid connection of the part 2 b of the coupling 2 to the housing are omitted in contrast to the arrangements according to FIG. 2.

Eine vollständige Lösung der Kupplung bei Überbelastung wird wieder im Falle der F i g. 4 erzielt. Das Kupplungsorgan besteht wiederum aus zwei Teilen2α und Ib, wobei der Teil2b magnetisch oder aus einem ferromagnetischen Material besteht. Dasselbe gilt für die Membrane 1 und/oder einem hinter der Membrane angeordneten insbesondere auch zur Führung dienenden Körper 2 d. Die magnetischen Eigenschaften zwischen den Teilen 2 b und c sichern den Zusammenhalt der Kupplung 2, solange nicht eine vorgegebene Belastungsgrenze überschritten wird. Ebenso wie im Falle der Anordnung nach F i g. 2 regeneriert sich die Kupplung zwischen Membrane 1 und Kristall 3 nach dem Aufhören der Überbelastung selbsttätig.Complete release of the clutch in the event of overload is again possible in the case of FIG. 4 scored. The coupling means in turn consists of two Teilen2α and Ib, with the part 2 b magnetically or consists of a ferromagnetic material. The same applies to the membrane 1 and / or a body 2 d arranged behind the membrane, in particular also used for guidance. The magnetic properties between the parts 2 b and c ensure the cohesion of the clutch 2 as long as a predetermined load limit is not exceeded. Just as in the case of the arrangement according to FIG. 2, the coupling between membrane 1 and crystal 3 regenerates automatically after the overload has ceased.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kristallmikrophon mit einem piezoelektrischen oder piezoresistiven Kristall und einer mechanisch mit einem Schalldämpfer, z. B. einer Membrane, gekuppelten gegen den Halbleiterkristall gedrückten Spitze, bei dem die Kupplung zwischen Spitze und Schallempfänger derart ausgebildet ist, daß sie sich beim Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Wertes des auf den Schallempfänger einwirkenden Schalldruckes selbsttätig löst und nach dem Aufhören der Überbelastung selbsttätig wieder schließt, gekennzeichnetdurch eine die Halterung der Spitze an den beweglichen Teil des Schallempfängers drückende Vorrichtung in Gestalt einer Feder, bzw. eines magnetischen Feldes, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer entsprechend größeren Belastung des Mikrophons nur die Feder bzw. das magnetische Feld die Spitze auf den Kristall drückt, unabhängig von der Stärke der Überlastung.1. Crystal microphone with one piezoelectric or piezoresistive crystal and one mechanical with a silencer, e.g. B. a membrane, coupled against the semiconductor crystal pressed tip, in which the coupling between tip and sound receiver is designed in this way is that when a predetermined critical value of the is exceeded, the Sound pressure acting on the sound receiver automatically dissolves and after the overload has ceased closes again automatically, characterized by the holder of the tip A device in the form of a spring that presses against the moving part of the sound receiver, or a magnetic field, the arrangement being made such that a corresponding greater load on the microphone only the spring or the magnetic field the tip presses on the crystal regardless of the severity of the overload. 2. Kristallmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan (2) aus einem mit dem Mikrophonkristall (3) in ständiger Berührung gehaltenen, durch eine Ausnehmung (6) im Schallempfänger (1) hindurchgeführten Teil (2 c) und einem mit ihm starr verbundenen und sich demgegenüber tellerartig verbreiternden, durch die federnde Verbindung (4) gegen den Schallempfänger (1) gedrückten Teil (2b) besteht.2. crystal microphone according to claim 1, characterized in that the coupling member (2) from a with the microphone crystal (3) held in constant contact, through a recess (6) in the sound receiver (1) passed through part (2 c) and one with it rigidly connected and, in contrast, widening like a plate, part (2b) pressed against the sound receiver (1) by the resilient connection (4). 3. Kristallmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan (2) aus einem mit dem Mikrophonkristall (3) in ständiger Berührung gehaltenen, durch eine Ausnehmung (6) im Schallempfänger (1) hindurchgeführten Teil (2 a) und einem mit ihm starr verbundenen und sich verbreiternden, durch magnetische Kräfte gegen den Schallempfänger (1) gedrückten Teil(2&) besteht.3. Crystal microphone according to claim 1, characterized in that the coupling member (2) from a with the microphone crystal (3) kept in constant contact, through a recess (6) in the sound receiver (1) passed through part (2 a) and a rigidly connected to it and widening, pressed by magnetic forces against the sound receiver (1) Part (2 &) consists. 4. Kristallmikrophon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallempfänger (1) und/oder sich verbreiternde Teil (2 b) des Kupplungsorgans und/oder dritter, den Teil (2 a) insbesondere ringartig umgebender Teil (2d) Träger der magnetischen Kraft ist.4. crystal microphone according to claim 3, characterized in that the sound receiver (1) and / or widening part (2 b) of the coupling member and / or third, the part (2 a) in particular ring-like surrounding part (2d) carrier of the magnetic force is. 5. Kristallmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallempfänger5. crystal microphone according to claim 1, characterized in that the sound receiver (1) mit dem Mikrophonkristall (3) über ein elastisches Kupplungsorgan (2) in Kontakt steht, während eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Kupplungsorgan und dem Mikrophongehäuse nicht vorgesehen ist.(1) is in contact with the microphone crystal (3) via an elastic coupling member (2) while a direct connection between the coupling element and the microphone housing is not provided. 6. Kristallmikrophon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan6. crystal microphone according to claim 5, characterized in that the coupling member (2) aus einem mit dem Mikrophonkristall (3) in(2) from one with the microphone crystal (3) in ständiger Berührung gehaltenen, durch eine Ausnehmung (6) im Schallempfänger durch diesen hindurchgeführten Teil (2 a), einem sich demgegenüber verbreiternden und mit dem Schallempfänger (1) fest verbundenen Teil (26) und einer, die beiden genannten Teile (2 d und 26) verbindenden Feder (2 c) besteht.constant contact held through a recess (6) in the sound receiver through this part (2 a), a widening on the other hand and firmly connected to the sound receiver (1) part (26) and one, the two parts mentioned (2 d and 26 ) connecting spring (2 c). 7. Kristallmikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrophonkristall (3) konzentrisch zu einem kreisrunden Schallempfänger (Membrane) (1) und in einer konzentrisch zum Schallempfänger (1) gelagerten federnden Scheibe (7), die durch Druck- oder Zugschrauben axial vorgespannt werden kann, gehaltert ist.7. crystal microphone according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Microphone crystal (3) concentric to a circular sound receiver (membrane) (1) and in a resilient disc (7) mounted concentrically to the sound receiver (1), which through Pressure or tension screws can be axially preloaded, is supported. In Betracht gezogene Druckchriften:
Deutsche Patentschriften 728 240, 936 653.Publications considered:
German patents 728 240, 936 653. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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