DE1437420A1

DE1437420A1 - Kondensatormikrophonkapsel

Info

Publication number: DE1437420A1
Application number: DE1964N0025279
Authority: DE
Inventors: Georg Neumann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1964-07-21
Filing date: 1964-07-21
Publication date: 1968-10-17
Also published as: SE331297B; US3418436A; DE1437420C3; AT264614B; DE1437420B2

Description

Kandensatormikrophonkapsel Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung der Gegenelektrode einer im wesentlichen aus Membran und Gegenelektrode bestehenden Kondensatormikrophonkapsel.
Die hinter der Membran eines einseitig gerichteten, kapazitiven, ganz oder vorwiegend nach dem Druckgradientenprinzip arbeitenden Richtmikrophons angeordnete Gegenelektrode ist bei den bisher bekannt gewordenen Ausführungen als flache, elektrisch leitende Seheibe ausgebildet, die mit einer großen Zahl von Bohrungen versehen ist.
Ohne diese Bohrungen wäre die Nachgiebigkeit des Luftpolsters zwischen Membran und Gegenelektrode zu gering. Außerdem muß wenigstens ein Teil der Bohrungen bis zu einer weiter hinten liegenden Schalleintrittsöffnung geführt werden, damit die Schallwellen auch die Rückseite der Membran beaufsehlagen können.
Zur Erzielung einer einseitigen Richtcharakteristik wird angestrebt, daß von rückwärts-auf das Mikrophon treffender Schall bei allen Frequenzen, bei denen das Mikrophon als Druckgradientenempfänger zu arbeiten vermag, alle Punkte der Membranvorderseite und alle Punkte der Membranrückseite mit im Mittel gleicher Amplitude und gleicher Phasenlage-erreicht.
Diese Amplituden- und Phasenbedingung gilt für den. Fall der Auslöschung, d.h. der Beschallung-von hinten, besonders streng, weil die Bewertung des-vom Mikrophon abgegebenen Spannungspegels letztlich vom menschlichen Gehör, d.h.-entsprechend einer annähernd logarithmischen Amplitudenskala vorgenommen wird: - -Theoretisch genügt es für eine gute Auslöschung schon, wenndie Summe der (positiven und-negativen) Membranausschläge zu Null wird; d.h. die Membran braucht nicht unbedingt in Ruhe zu bleiben. Praktisch-erzielt man jedoch gute Ergebnisse nur, wenn tatsächlich alle Teile der Membran in Ruhe bleiben, d.h. wenn die geforderte Amplituden- und Phasenbedingung nicht nurim Mittel,-sonderneinähernd für jeden Punkt der Membran erfüllt - -ist.
Um die Schallwellen, die alle Punkte der Membranvordersete leicht erreichen können, auch möglichst an alle Punkte der Membranrückseite heranzuführen,-wird daher bei kapazitiven, einseitig gerichteten Mikrophonen allgemein im Inneren der Gegenelektrode Ader dicht hinter dieser eine niedrige Luft'-kammer mit kreisförmiger Grundfläche angeordnet, die'mehrere Aufgaben übernimmt: Erstens dient die Luftkammer zur Zusammenfassung der durch eine kleinere Zahl von-Bohrungen oder Schlitzen, meist unter Zwischenschaltung akustischer Reibungswiderstände, von weiter hinten liegenden Öffnungen herangeführten Schallanteile und zur Verteilung dieser Schallanteile auf die wesentlich größere Zahl der zur Membranrüekseite führenden Bohrungen. Zweitens dient die Luftkammer zur Vergrößerung der für die Membransteife maßgebenden Nachgiebigkeit der hinter der Membran liegenden Luft auf das erforderliche Maß.
Die Fig. 1 ünd 2 zeigenden prinzipiellen Aufbau. eines kapa= zitiven Druckgradienten-Mikrophons im Schnitt und in der An-s sieht mit rückseitig angeordnetem Laufzeitglied, wie er bisher in dieser oder einer ähnlichen Form den kapäzitiven Cardioid-Mikrophonen zugrundeliegt. Die Membran 1 ist durch einen kleinen Luftspalt 2 von der Gegenelektrode 3, die mit zahlreichen Bohrungen 4 versehen ist, getrennt. Innerhalb der Gegenelektrode 3 befindet sieh eine Luftkammer 5. Die große Anzahl der Bohrungen :4 ist von oben in die Luftkammer 5 geführt, während die Luftkammer 5 unten über wenige Bohrungen 6 (oder entsprechende Schlitze oder sonstige Durchlässe) und einen akustischen Reibungswiderstand 7 mit einer weiten hinten liegenden Sehalleintritts#iffnung 8 in Verbindung steht, die anstatt- zur Rückseite der Kapsel auch seitlich hinausgeführt sein kann. in der Ansieht von oben ist die Membran weggelassen worden, um die Gegenelektrode 3 mit den Bohrungen 4 sichtbar zu machen. Der wesentliche Nachteil einer jeden solchen Luftkammer ist es, daß diese notwendigerweise in Verbindung mit den in sie hineinführenden Bohrungen zu einem Helmholtz-Resonator wird, dessen Eigenfrequenz bei den allgemein üblichen Abmessungen noch im oberen Teil des Übertragungsbereiches liegt. Wenn es auch gelingt, den Einflug dieses Resonators auf den Frequenzgang des Übertragungsmaßes weitgehend wegzudämpfen, so verhindert doch sein Phasengang bei praktisch allen in dieser Weise aufgebauten Mikrophontypen die Erfüllung der geforderten Phasenbedingung für den durch.die Gegenelektrode zur Membranrückseite gelangenden Schallanteil innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches. .
Der überwiegende Teil aller Kondensatormikruphone zeigt daher, je nach dem Durchmesser der Luftkammer, im Bereich zwischen etwa 6 und 12 kHz Unregelmäßigkeiten und Mängel vor allem im Richtdiagramm. Bei noch höheren Frequenzen wird - je nach Kapseldurchmesser - die Richtcharakteristik durch Druckstau auf die Membran, die nicht mehr klein im Vergleich zur Wellenlänge ist, und durch Abschattungseffekte oftmals wieder besser. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bei einer Kondensatormikrophonkapsel erfindungsgemäß die Gegenelektrode auf der der Membran zugewandten Seite mit über die Oberfläche verteilten Nuten und durchgehenden Bohrungen versehen, die in diesen Nuten enden. Auf diese Weise wird der für die Rückseite der Membran bestimmte Schallanteil - unter Zwischenschaltung eines akustischen Reibungswiderstandes - über wenige Bohrungen mit verhältnismäßig großem Durchmesser gleich in hinter der Membranrückseite angeordnete, in die Gegenelektrode eingearbeitete Nuten geführt und durch diese auf die angrenzenden Teilflächen der Membranrückseite verteilt.
Die Lage der Nuten sowie ihre Zahl und ihr Querschnitt sind in weiten Grenzen veränderbar. Es können gerade oder gekrümmte Nuten verwendet werden. Die Nuten können sich schneiden, müssen es aber nicht; wenn sich die Nuten kreuzen, können die der Schallzuführung dienenden Bohrungen in den Kreuzungspunkten enden, da sich so eine günstige Schallverteilung ergibt. Zweckmäßigerweise bilden die Nuten ein Liniennetz, das sich über die ganze hinter der Membran liegende Fläche der Gegenelektrode erstreckt.
Die zur Membranrückseite geführten Schallanteile erreichen auf mehreren getrennten Wegen ihr Ziel, ohne innerhalb der Gegenelektrode in undefinierter Weise miteinander vermischt zu weiden. Erst unmittelbar hinter der Membran, also an einer Stelle, an der ohnehin die verschiedenen Kräfte zusammengefaßt werden sollen, treffen die Wege wieder zusammen.
Der grundsätzliche Aufbau einer Mikrophonkapsel gemäß der Er-findung, deren Gegenelektrode mit sich kreuzenden Nuten ausgestattet ist, soll anhand des in den Fig. 3 und 4 in vergrößertem Maßstab im Schnitt und in der Ansicht dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierbei ist wieder hinter der Membran 1 der Luftspalt 2 angerdnet. In die Gegenelektrode 3 sind sechs sich kreuzende Nuten 9 und in deren Kreuzungspunkte die durchgehenden Bohrungen 1o eingearbeitet. Der für das phasendrehende Glied erforderliche akustische Reibungswiderstand 11 kann beispielsweise aus einem vor der rückwärtigen Schalleintrittsöffnung angeordneten Gewebe oder Geflecht aus Textilien, Kunststoff oder Draht oder aus einem porig gesinterten Material bestehen. Durch die Hülse 12 und den Spannring 13, die beide aus nichtleitendem Material bestehen, sind die einzelnen Teile der Mikrophonkapsel in dem Kapselgehäuse 14 befestigt.
In Fig. 4 ist die Membran 1 weggelassen, um die Gegenelektrode 3 mit den Nuten 9 und den Bohrungen 1o sichtbar zu machen.
Einen besonders einfachen Aufbau, eine leichte Justiermöglichkeit und eine gute Konstanz hat die beispielsweise in Fig. 5 wiedergegebene Schlitzreibung. Die Lochplatte 15 hat beispielsweise zwölf Bohrungen 16 und ist in geringem Abstand hinter der Gegenelektrode 3 angebracht; dabei sind ihre Bohrungen 16 gegenüber den Bohrungen 1o der Gegenelektrode 3 seitlich versetzt. Beispielsweise ist jeweils eine Bohrung 16 zwischen zwei Bohrungen io angeordnet bzw. umgekehrt. Die Lage der Bohrungen 16 unterhalb der Gegenelektrode 3 ist in Fig. 4 gestrichelt angedeutet. Die Breite des Schlitzes 17, von dessen Größe vorzugsweise der erzielbare Reibungswiderstand abhängt, kann außer durch eine entsprechende Formgebung auch durch das Einbringen einer Zwischenlage, beispielsweise einer kreis-oder ringförmigen Folie 18 entsprechender Dicke, auf den richtigen Wert festgelegt werden. Die übrigen Bezugsziffern haben dieselbe Bedeutung wie in den Fig. 3 und 4.
Die Anordnung von Nuten gemäß der Erfindung hat gegenüber der eingangs beschriebenen, bekannten Luftkammer und allen ähnlich aufgebauten Anordnungen den großen Vorteil, daß keinerlei Resonanzeffekte und hierdurch bedingte Phasenfehler nach-weisbar sixid. Ein Teil der Nuten besitzt zwar, wenn man die üblichen Kapseldurchmesser zugrundelegt, eine ausreichende Länge, um theoretisch noch im Hörbereich als abgestimmte Halbwellen-Leitung wirken zu können. Indessen wird der Leitungscharakter durch mehrfach kreuzende andere Nuten sowie durch die abgehenden Bohrungen in so hohem Maße gestört, daß keinerlei Resonanzerscheinung feststellbar ist.
Entsprechend der Erfindung aufgebaute Mikrophone besitzen in dem besonders kritischen Frequenzbereich zwischen 6 und 12 kHz eine ebenso gute Auslöschung für den von rückwärts einfallenden Schall, wie sie die hochwertigen kapazitiven Cardioid-Mikrophone im allgemeinen nur bei Frequenzen unterhalb 6 kHz und bei sehr hohen Frequenzen besitzen. Ebenso ist der Frequenzgang des Übertragungsfaktors der neuen Mikrophone im gesamten Übertragungsbereich und für alle Einfallswinkel, in denen das Mikrophon überhaupt nennenswerte Schallenergie aufnimmt, von ausgezeichneter Linearität. Es sei noch bemerkt, daß eine gemäß der Erfindung aufgebaute Riehtmikrophonkapsel sich auch wesentlich einfacher herstellen läßt als die bisher gebräuchlichen Kapseln und sieh durch eine bessere .Reproduzierbarkeit ihrer Wandlereigenschaften auszeichnet als diese. Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Kondensatormikrophonkapsel, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode auf der der Membran zugewandten Seite mit über die Oberfläche verteilten Nuten und durchgehenden Bohrungen versehen ist, die in diesen Nuten enden.
2. Kondensatormikrophonkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (3) mit sich kreuzenden, gleichmäßig über die Oberfläche verteilten Nuten (9) versehen ist und daß die Bohrungen (1o) in den Kreuzungspunkten der Nuten (9) enden.
3. Kondensatormikrophonkapsel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daB hinter der Gegenelektrode (3) an der der Membran abgewandten Seite mit geringem Abstand eine Scheibe (15) mit mehreren durchgehenden Bohrungen (16) angeordnet ist, deren Bohrungen (16) gegenüber den durchgehenden Bohrungen (1o) der Gegenelektrode (3) seitlich versetzt, beispielsweise zwischen diesen angeordnet sind. Kondensatormikrophonkapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Gegenelektrode (3) und der dahinter angeordneten Scheibe (15) durch eine eingelegte ringförmige Folie (18) einstellbar ist. 5. Kondensatormikrophonkapsel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Gegenelektrode (3), zumindest an den Austrittsstellen der durchgehenden Bohrungen (1o) mehrere einzelne akustische Reibungswiderstände oder ein gemeinsamer akustischer Reibungswiderstand (11), beispielsweise aus Faserstoffen oder aus einem porig gesinterten Material angeordnet sind.