DE19715365C2 - Kondensatormikrofon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kondensatormikrofon mit einem Mikrofongehäuse, innerhalb dessen eine erste Membran und eine dieser zugeordnete Gegenelektrode in einem geringen Abstand zueinander und eine zweite Membran angeordnet sind, wobei die erste Membran eine Druckausgleichsöffnung und das Mikrofon eine Schalleinlaßöffnung besitzt.

Ein bekanntes Kondensatormikrofon ist eines vom Typ MKE 2 der Firma Sennheiser electronic GmbH & Co. KG. Dieses MKE 2-Mikrofon ist ein dauerpolarisiertes Kondensatormikrofon, welches als hochwertiges, kleines Ansteckmikrofon mit einem Durchmesser von etwa 4-6 mm überall dort eingesetzt wird, wo andere Ansteckmikrofone wegen ihrer größeren Abmessungen zu auffällig sind. Solche Kleinstmikrofone größter Qualität werden insbesondere bei Konzertaufführungen, Musicals oder im sonstigen Showbusiness verwendet, bei dem ein Künstler zusätzlich zur Schauspiel- oder Tanzdarbietung singt oder spricht und das Mikrofon sehr versteckt am Körper des Künstlers angebracht wird, beispielsweise im Haar oder innerhalb des Kostüms mit entsprechender Ausrichtung auf den Mund des Künstlers.

Das MKE 2 erfüllt hierbei höchste Ansprüche an Klangqualität und Robustheit und eignet sich für Sprachübertragung und Instrumentenabnahme in allen Bereichen der Liveton-Übertragungstechnik. Das Gerät läßt sich direkt anschließen an Geräte mit 12-48 Volt Phantomeinspeisung und ist relativ körperschallunempfindlich und verfügt über einen sehr linearen Frequenzgang, was zur naturgetreuen Aufnahme sehr wichtig ist.

Unter ungünstigen Umständen, insbesondere dann, wenn der Künstler stark transpiriert, kann es dazu kommen, daß Schweiß in die Mikrofonkapsel MKE 2 dringt und diese zerstört. Hierzu muß man wissen, daß ein Kondensatormikrofon ein Druckempfänger ist, welcher normalerweise unempfindlich gegen hohe Luftfeuchtigkeit ist, weil der Luftaustausch durch die Membran vor der Gegenelek­ trode mit einem empfindlichen Elektret selbst unterbrochen ist. Die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Mikrofons bzw. des Mikrofongehäuses gleicht sich nur sehr langsam der äußeren Luftfeuchtigkeit an, weil die Membran im allgemeinen dampfdurchlässig ist. Wenn die Mikrofonkapsel sauber gefertigt ist, stellt das kein Problem dar. Kritisch ist nur das Eindringen von Salzen, d. h. elektrolytischen Flüssigkeiten, wie sie im menschlichen Schweiß enthalten sind. Sie würden die Elektretfolie auf der Gegenelektrode sofort entladen. Bei den bekannten Mikrofonen vom Typ MKE 2 ist, wie bei allen anderen Kondensatormikrofonen auch, ein Einspracheloch als Schalldurchgangsöffnung vorgesehen, durch welche der ankommende Schall in einen Vorraum im Inneren des Mikrofons gelangt und schließlich auf die Membran trifft. Die Membran ist an einem Membranring angebracht und der Schweiß kann an dem Membranring selbst nicht vorbeidringen, weil dieser in einer Silikondichtung sitzt.

Der Schweiß wird schließlich durch ein winziges Loch (Öffnung), welches einen Durchmesser von nur 10-30 µm aufweist und welches in der Membran angeordnet ist, in den kritischen Luftspalt zwischen der Membran und der Gegenelektrode gesaugt. Dies führt zur Entladung der Elektretfolie. Die vorgenannte kleine Membran-Öffnung ist bei Kondensatormikrofonen zum Druckausgleich vorgesehen, damit die Membran nicht bei Luftdruckschwankungen an die Gegenelektrode "anklatscht", was einerseits zu Beschädigungen und andererseits zu unerwünschten Aufnahmegeräuschen führen kann. Unabhängig von der Lokalisierung der kleinen Membran-Öffnung ist es kaum zu vermeiden, daß irgendwann Schweiß in den Luftspalt zwischen der Membran und der Gegenelektrode gelangt und zur Entladung der Elektretfolie führt.

Das Schweißproblem ist seit längerem bekannt und wird bislang beispielsweise dadurch bekämpft, indem ein vorzugsweise wasserabweisendes, dampf- und schalldurchlässiges Polyester-Vlies vor der Schalleinlaßöffnung des Mikrofongehäu­ ses angeordnet wird. Darüber hinaus wird die gesamte Mikrofonkapsel samt Lötstellen dicht umspritzt, um das Eindringen von Schweiß auch an anderen Stellen des Mikrofons zu verhindern.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß trotz der vorgenannten Maßnahmen keine völlig zuverlässige Schweißabweisung im Mikrofon-Inneren möglich ist, weil unter den ungünstigsten Umständen immer noch wieder Schweiß in das Kondensatormikro­ foninnere gelangt und zu einem Mikrofonausfall führen kann. Die der Mikrofonkap­ sel bzw. die der Membran vorgelagerten bekannten Materialien sind vor allem abweisend gegen destilliertes Wasser. Sie lassen allerdings Schweiß wegen seiner geringen Oberflächenspannung nach einer gewissen Zeit durchdringen und erfüllen somit nicht die gewünschten Anforderungen, was im schlimmsten Fall zu einem völligen Ausfall des Mikrofons führen kann.

Aus der DE 34 15 088 ist ebenfalls ein Kondensatormikrofon mit einem Mikrofon­ gehäuse bekannt, innerhalb dessen eine aktive erste Membran in geringem Abstand zu einer Gegenelektrode angeordnet ist. Vor der ersten Membran befindet sich eine zweite Membran, welche aufgrund einer starren Kopplung mit der aktiven ersten Membran passiv mitschwingt. Bei der vorgeschlagenen Anordnung ist keine der Membrane mit einer Druckausgleichsöffnung versehen. Es kommt somit zwar nicht zu dem vorstehend genannten Problem, daß Verunreinigungen in das Mikrofon eindringen können, das Mikrofon weist jedoch aufgrund der beiden starr gekoppel­ ten Membrane eine erheblich reduzierte Mikrofonempfindlichkeit auf, die bei dem gattungsgemäßen Mikrofon unerwünscht ist. Aus der DE 34 15 088 geht hervor, daß es für die starre Kopplung der beiden Membrane wesentlich ist, daß die beiden Membrane ähnliche Eigenschaften aufweisen. Sollte ein derartiges Mikrofon mit Druckausgleichsöffnungen versehen werden, so müßten diese folglich in beiden Membranen vorhanden sein. Dadurch wird allerdings das Eindringen von Verunreini­ gungen und Schweiß nicht verhindert.

Die SU 582 593 beschreibt ein Mikrofon, das durch ein Gehäuse mit verschiedenen Gittern, gelochten Scheiben und Membranen gegen Überdruck geschützt werden soll. Die Membrane legen sich bei Druckanstieg gegen die gelochte Scheibe und verschließen diese. Die beschriebene Vorrichtung schützt zwar das innerhalb des Gehäuses angeordnete Mikrofon auch vor Feuchtigkeit, führt aber zu einer erheblichen Vergrößerung der gesamten Anordnung, die bei dem geforderten Einsatzzweck des Mikrofons unakzeptabel ist.

In "PEUS,S.: Mikrofon mit neuer Doppelmembrankapsel. In: rme, H.6, 1980, S. 167 bis 169" sind zwar ebenfalls Mikrofone mit zwei Membranen offenbart. Die beiden Membrane gehören jedoch im Gegensatz zum gattungsgemäßen Mikrofon zu zwei verschiedenen akustisch gekoppelten Kapselsystemen innerhalb eines Mikrofons. Dabei kommen üblicherweise zwei Gegenelektroden zur Anwendung. Bei nur einer Gegenelektrode liegen die Membranen auf unterschiedlichen Seiten der Elektrode.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen wirkungsvollen Schutz gegen das Eindringen von Schweiß in das Mikrofon vorzusehen, damit die vorbeschriebenen Nachteile und Probleme überwunden werden.

Die Aufgabe wird bei dem Kondensatormikrofon der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kondensatormikrofon einen Membranring umfaßt, an dessen einer Seite die erste Membran und an dessen anderer Seite die zweite Membran angeordnet ist, wobei die zweite Membran geschlossen ist.

Die zweite Membran ist im Gegensatz zu einem offenporigen, schalldurchlässigen Vlies völlig geschlossen, so daß das Problem von auftretender Feuchtigkeit im kritischen Luftspalt zwischen der ersten Membran und der Gegenelektrode nicht mehr auftritt, weil aufgrund der Abgeschlossenheit der zweiten Membran durch diese quasi eine Schutzwandung vor der ersten Membran aufgebaut ist. Darüber hinaus besitzt die zweite Membran mangels Öffnung keinen Druckausgleich, wie die erste Membran. Die zweite Membran hat ausreichend Platz, den statischen Luft­ druckschwankungen zu folgen. Die erste Membran kann ihre Ausgleichsöffnung erhalten und bleibt bei statischen Luftdruckschwankungen in der definierten Ruhelage in einem Abstand von etwa 10-20 µm vor der Gegenelektrode.

Die durch die Erfindung geschaffene Doppelmembran hat annähernd die gleichen elektrostatischen Eigenschaften wie die erste Membran allein, wenn die zweite Membran wesentlich leichter vom Gewicht und schwächer gespannt ist, als die erste Membran. Verhältnisse von 1 : 4 sind erreichbar und haben sich als guten Kompromiß herausgestellt. Hierzu kann die zweite Membran vorzugsweise geprägt werden. Beide Membranen des Doppelmembransystems schwingen im gesamten Übertragungsbereich starr gekoppelt, so daß sich keine zusätzlichen Resonanzen einstellen, wenn der Abstand der Membranen untereinander klein ist. Dies wird idealerweise dadurch erreicht, daß die zweite Membran direkt vor dem Membranring liegt, während die erste Membran direkt hinter dem Membranring liegt und somit der Membranring für einen konstanten Abstand der beiden Membranen zueinander sorgt. Aus Fertigungsgesichtspunkten ist es darüber hinaus sehr günstig, wenn beide Membranen auf den entgegen liegenden Seiten des Membranrings angeklebt werden anstatt die erste Membran in das Mikrofonkapselgehäuse einzukleben.

Zum weiteren Schutz der Mikrofonkapsel gegen das Eindringen von Schweiß kann auf dieser eine hydrophobierte Kappe aufgesetzt werden, welche beispielsweise über eine Teflon-Beschichtung verfügt. Schließlich kann es auch vorteilhaft sein, zum Schutz des hinteren Mikrofonbereichs, in welchem die Mikrofonkontakte mit dem Kabel verbunden sind, entsprechende Abdeckmaterialien in diesem Bereich oder seitlich an der Mikrofonkapsel anzubringen, um auch das Eindringen von Schweiß in das Mikrofon an diesen Stellen zu verhindern. Versuche mit Ab­ deckmaterialien, wie Silikonkautschuk, Polyester oder die Verwendung von Dreikomponentenklebern oder auch SMD-Klebematerialien, haben zu sehr guten Ergebnissen geführt und es konnte mit diesen Materialien eine sehr gute Abdichtung des Mikrofons im hinteren Bereich erzielt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung näher dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kondensatormi­ krofonkapsel etwa im Maßstab 10 : 1.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Kondensatormikrofonkapsel mit Schrumpfteil etwa im Maßstab 5 : 1.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine erfindungsgemäße Kondensatormikrofonkapsel 1 mit einem Gehäuse 2, welches innerhalb eines Schrumpfteils 3 liegt, welches sowohl die Mikrofonkapsel 1, als auch deren Kontaktierung 4 sowie einen Teil des an den Kontakten 4 angebrachten Kabels 5 umfaßt. Ferner ist die Mikrofonkapsel, wie auch das Kabel, mit dem Schrumpfteil verklebt, wobei als Kleber beispielsweise ein SMD-Kleber oder ein Zweikomponentenkleber verwendet wird, so daß in den hinteren Bereich und den seitlichen Bereich der Mikrofonkapsel kein Schweiß von außen eindringen kann. Es versteht sich von selbst, daß sämtliche Abmaßungen in Fig. 1 wie auch in Fig. 2 nur beispielhaft sind und keinesfalls die Erfindung auf eine Mikrofonkapsel bzw. auf ein Mikrofon der gezeigten Abmaße beschränkt ist.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt im Maßstab 10 : 1 eine erfindungsgemäße Mikrofonkapsel 10 mit einem Gehäuse 30, welches mit einer Kontaktplatte 15, beispielsweise durch Laserschweißung, verbunden ist. Im vorderen Bereich der Mikrofonkapsel weist das Gehäuse 30 eine Schalleinlassöffnung 90 - auch Einspracheloch genannt -, durch welche Schall in den inneren Vorraum der Mikrofonkapsel gelangen kann. Im vorderen Gehäusebereich ist dieses am Rand zum Mikrofon­ kapselinneren hin heruntergezogen und zur Mittelachse 25 ist das Gehäuse leicht querschnittkonvex geformt, wobei die Schalleinlaßöffnung 90 als kreisrundes Loch im Zentrum des äußeren, vorderen Gehäusebereichs eingelassen ist. Innenseitig liegt im Randbereich des Gehäuses eine Silikondichtung 60, beispielsweise als Ring. Der Vorraum 100 wird durch eine zweite Membran 70 begrenzt. Diese Membran liegt an der Vorderseite eines Membranrings 20, an dessen Hinterseite die erste Membran 80 angeordnet ist. Vorzugsweise sind sowohl die zweite als auch die erste Membran am Membranring angeklebt.

Die zweite Membran ist völlig geschlossen, während die erste Membran im Zentralbereich eine winzige Öffnung von nur 10-30 µm Durchmesser aufweist. An die erste Membran 80 schließt sich ein Abstandsring 40 an, welcher nur eine Dicke von etwa 10 µm aufweist und als Abstandshalter zur Gegenelektrode 50 dient, welche ebenfalls am Abstandsring 40 anliegt. Es ist möglich, daß die Dicke des Abstandsrings zwischen 10 und 50 µm schwankt und somit für einen ent­ sprechenden Abstand der Gegenelektrode 50 zur ersten Membran 80 sorgt. Die kleine Öffnung 110 dient als Druckausgleich, damit die erste Membran 80 bei Luftdruckschwankungen nicht an die Gegenelektrode 50 anklatscht, was zu Wiedergabebeeinträchtigungen, Beschädigungen oder gar zur Zerstörung der Mikrofonkapsel führen kann. Auf der Gegenelektrode ist - nicht dargestellt - eine Elektretfolie als Elektretschicht angebracht.

Das Dickenverhältnis der ersten zur zweiten Membran kann beispielsweise im Bereich von etwa 3-4 : 1 liegen. Die absolute Dicke der zweiten Membran kann hierbei 1 µm betragen. Das Verhältnis der Steifigkeiten der zweiten zur ersten Membran liegt bei etwa 1 : 4.

Die zweite Membran 70 besitzt mangels Öffnung keinen Druckausgleich. Sie hat jedoch ausreichend Platz, den statischen Luftdruckschwankungen zu folgen. Die erste und zweite Membran bilden eine Doppelmembran und haben aufgrund ihrer Anpassung in etwa die gleichen Eigenschaften, wie die erste Membran 80 allein, wenn die zweite Membran 70 - wie oben beschrieben - wesentlich leichter und schwächer gespannt ist als die erste Membran 80. Die zweite Membran 70 kann geprägt werden.

Die Membranen des Doppelmembransystems schwingen im gesamten Über­ tragungsbereich starr gekoppelt, so daß sich keine zusätzlichen Resonanzen einstellen, wenn der Abstand der Membran untereinander klein ist.

Aus Fertigungsgesichtspunkten ist es sehr günstig, wenn die beiden Membranen an dem Membranring 20 angeklebt sind, anstatt die erste Membran 70 in das Kapselgehäuse 30 einzukleben.

Es versteht sich von selbst, daß die Mikrofonkapsel außenseitig mit einer Kappe versehen werden kann, welche für weitere schalldurchlässige Schichten, z. B. Vliese, verfügt oder welche eine hydrophobierte Schicht, z. B. eine Teflonbeschich­ tung aufweist. Auch empfiehlt es sich aus vielerlei Gründen, daß die Kappe eine Gaze aufweist, um auch das Eindringen von grobkörnigen Partikeln in den Vorraum des Mikrofons zu verhindern.

In Versuchen konnte bestätigt werden, daß das Doppelmembransystem einerseits das Eindringen von Schweiß in den Bereich der ersten Membran 80 bzw. in den Raum zwischen der erstem Membran 80 und der Gegenelektrode 50 zu verhindern ist und andererseits das Mikrofon nach wie vor höchste Ansprüche an Klangqualität und Robustheit erfüllt und darüber hinaus einen fast linearen Frequenzgang wie auch das bekannten MKE 2 aufweist.

Das beschriebene und dargestellte Mikrofon weist eine Kugelcharakteristik auf verfügt über einen Übertragungsbereich von 20-20.000 Hz. sowie über einen Freifeldleerlaufübertragungsfaktor (1 KHz) von 10 mV/pa ± 2,5 dB. Die Nennimpen­ danz liegt bei 50 Ohm und die Anschluß-Abschluß-Impendanz liegt bei 1000 Ohm. Der Ersatzgeräuschpegel (IEC 651) lag bei einer A-Bewertung bei 27 dB, bei CCIR (CCIR 4683)-Bewertung bei 38 dB. Der Grenzschalldruckpegel lag bei 100-130 dB bei einer Frequenz von 1 KHz. (Klirrfaktor etwa 1%) und der Speisestrom bei etwa 6 mA. Das gesamte Mikrofonkapselgewicht liegt dabei bei etwa 1 g (!).

Bei der Liveübertragung von Musicals oder Livekonzerten von Showgruppen werden erfindungsgemäße Ansteckmikrofone kopfüber auf der Stirn oder in der Frisur getragen. Hierbei kann Schweiß sowohl vorne ins Mikrofon, wo sonst nur der Schall eintreten soll, als auch im hinteren Bereich der elektrischen Anschlüsse der Mikrofonkapsel eindringen. Der Schweiß kann z. B. am Kabel entlang direkt unter den Knickschutz an die elektrischen Anschlüsse der Mikrofonkapsel gelangen und dort das Ausgangssignal des Mikrofons kurzschließen. Der üblicherweise angespritzte Knickschutz ist, sowohl auf dem Kabelmantel, als auch am Mikrofon­ kapselgehäuse nicht dicht und kann vom Schweiß mühelos unterwandert werden. Es wird vorgeschlagen, eine Vergußmasse zuvor auf die elektrischen Anschlüsse der Mikrofonkapsel aufzutragen. Diese Vergußmasse sollte auf dem Metall, Lötzinn, welches eventuell noch Flußmittelrückstände oder Isolierungsbestandteile aufweist, und den einzelnen anzuschließenden Kabeladern besonders gut dichtend haften. Als geeignetes Material für eine solche Vergußmasse kann Material verwendet werden, welches in der Elektronik, z. B. zum Abdecken von Hybrid-Schaltungen verwendet wird. Vorteilhaft sind Vergußmassen-Materialien, wie Zweikomponenten-Polyurethe­ an-Gießharz, Zweikomponenten-Epoxyd-Gießharz, Silikonkautschuk oder Einkom­ ponenten-Epoxyd-Gießharzkleber, welche auch zum Kleben von SMD-Teilen vor der Wellenlötung verwendet wird.

Nach dem Aufbringen der Vergußmasse wird die Mikrofonkapsel mit Ihren Anschlüssen und der Anfang des Kabelmantels als Ganzes ummantelt. Zusätzlich kann eine Verklebung besondere Sicherheit gegen das Unterkriechen durch Schweiß bieten. Schließlich wird der Schrumpfschlauch - hier Fig. 1 - innenseitig mit Schmelzkleber versehen. Beim Schrumpfprozeß selbst wird auch der Kleber aktiviert, welcher nach Abkühlung aushärtet. Es kann auch geeignet sein, Gummitüllen, z. B. aus Neopren, die z. B. mit loktite 480 Zyanacrylat mit Gummi­ anteil mit dem Kabelmantel aus Polyurethean ideal zu verkleben.

Schließlich kann auch eine günstige Wahl des Spritzmaterials für den Kabelknick­ schutz verhindern, daß Schweiß von hinten in den hinteren Teil der Mikrofonkapsel eindringt. Das Spritzmaterial sollte den Kabelmantel leicht anlösen und ein elastischer, thermoplastischer Polyester für ein Polyurethean-Kabelmantel hat sich als geeignet erwiesen.

Als zusätzlicher Schutz des vorderen Mikrofonkapselbereichs kann ein hydropho­ biertes Gitter dienen, welches der Schalleinlaßöffnung vorgelagert wird. Die Verwendung von Fließstoffen, z. B. Goretex, ist ebenfalls besser als herkömmliche Polyestergewebe.

Claims (6)

1. Kondensatormikrofon mit einem Mikrofongehäuse (30), innerhalb dessen eine erste Membran (80) und eine dieser zugeordnete Gegenelektrode (50) in einem geringen Abstand zueinander und eine zweite Membran (70) angeordnet sind, wobei die erste Membran eine Druckausgleichsöffnung (110) und das Mikrofon eine Schalleinlaßöffnung (90) besitzt, gekennzeichnet durch einen Membranring (20), an dessen einer Seite die erste Membran (80) und an dessen anderer Seite die zweite Membran (70) angeordnet ist, wobei die zweite Membran geschlossen ist.

2. Kondensatormikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran kein Mittel zum Druckausgleich besitzt.

3. Kondensatormikrofon nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran in Ruhelage sich in einem Abstand von etwa 10 bis 50 µm vor der Gegenelektrode (50) befindet.

4. Kondensatormikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran wesentlich leichter ist als die erste Membran (80) und/oder wesentlich schwächer gespannt ist als die erste Membran (80).

5. Kondensatormikrofon nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis bzw. Spannungs-/Steifig­ keitsverhältnis der erste Membran zur zweiten Membran etwa 4 : 1 beträgt.

6. Kondensatormikrofon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite Membran an dem Membranring (20) angeklebt sind.