DE2031898B2

DE2031898B2 - Mikrofon zur umwandlung akustischer schwingungen in eine elektrische impulsfolge

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Publication number: DE2031898B2
Application number: DE19702031898
Authority: DE
Priority date: 1969-06-27
Filing date: 1970-06-27
Publication date: 1971-09-30
Also published as: FR2050890A5; US3622791A; DE2031898A1; GB1267632A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrofone für die Hörer von Fernsprechapparaten und betrifft ein Kodiermikrofon, das die empfangenen akustischen Tonfrequenzsignale in eine elektrische Impulsfolge umwandelt.

Diese Impulssignale haben folgende Merkmale: Ihre Amplituden sind konstant und unabhängig von Amplitude und Frequenz der akustischen Signale, aus denen sie erzeugt werden;
für eine Halbperiode eines sinusförmigen akustischen Signals hängt die Anzahl der erzeugten Impulse nur von der Amplitude des akustischen Signals ab;

für ein sinusförmiges akustisches Signal mit fester Amplitude, aber veränderlicher Frequenz, ist die Anzahl der während einer Halbperiode erzeugten Impulse konstant, während der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse um so kleiner ist, je höher die Frequenz ist.
Diese kodierten Signale können von einem logischen Kreis verarbeitet werden, an dessen Ausgang Signale in einem Delta-Kode ausgegeben werden. Diese Verarbeitung kann fern vom Mikrofon, z. B. in einer Multiplex-Anlage, erfolgen.

Die Delta-Modulation ist in der Technik bekannt. Sie erlaubt die Gewinnung von kodierten Signalen, die zu aufeinanderfolgenden Zeiten der jeweiligen mittleren Steilheit der analogen Tonfrequenzsignale (Steigungsmaß) entsprechen, die vom Mikrofon empfangen werden. Bekanntlich besitzt diese Modulationsart einige Vorteile. So enthält jeder Augenblickswert der Steilheit die Amplitudenänderung eines analogen Signals während eines Zeitelementes (Signalintervalls), und jedes Steilheitselement wird in ein einziges Kodeelement pro Verschachtelungsperiode umgewandelt. Einem Analogsignal mit konstantem Pegel, d. h. mit der Frequenz Null, entspricht eine Folge von Impulsen mit einem gleichmäßigen Wechsel von Null und Eins. Derartige Kode-Impulse können also zur Synchronisierung eines Taktgebers verwendet werden und dies selbst bei Abwesenheit von Tonsignalen.

Es ist bereits bekannt, die den tonfrequenten akustischen Schwingungen entsprechenden elektrischen Impulse mit Hilfe eines Mikrofons, das Bestandteil eines optischen Systems in der Art eines Interferometers ist, zu erzeugen. Bei dem bekannten Mikrofon zur Umwandlung akustischer Schwingungen in eine elektrische Impulsfolge trägt die auf einer Seite dem Schalldruck ausgesetzte Membran auf ihrer Rückseite einen kleinen Planspiegel, der Teil eines optischen Interferometers ist, in welchem das von einer Lichtquelle ausgehende monochromatische Licht über mindestens zwei Lichtwege läuft, von denen der eine eine konstante Länge und der andere eine zeitlich veränderliche und von der Membranr.tellung abhängige Lage hat und die in einer Interferenzzone zur Interferenz kommen, in der mindestens eine Fotodiode angeordnet ist (deutsche Patentschrift 444 673). In Abhängigkeit von der Helligkeit der in der Interferenzzone entstehenden Biidfolge, die sich mit der Länge des veränderlichen Lichtweges ändert, liefert die Fotodiode ein impulsfürmiges elektrisches Signal. Wie später gezeigt werden wird, gestattet die von dieser Fotodiode gelieferte Impulsfolge allein noch nicht, die akustischen Signale im Delta-Kode umzuwandeln, weil sie keine Information über die Richtung der momentanen Änderung der Steilheit dieser analogen Signale enthält. Um diesen Nachteil zu beheben, schlägt die Erfindung vor, noch eine zweite Impulsfolge zu erzeugen, deren zeitliche Verschiebung einer Phasenver-Schiebung von genau 90° gegenüber der ersten Impulsfolge entspricht. Dies erreicht man durch Anordnung einer zweiten Fotodiode in einer zweiten Interferenzzone, wo die Interferenzen gegenüber der ersten Interferenzzone mit der entsprechenden zeit-

to liehen Verschiebung auftreten.

Bei einem Mikrofon nach der Erfindung sind daher zwei Fotodioden zwei Paaren von Lichtwegen zugeordnet, die mit einer Phasenverschiebung von 90° interferieren. Durch diese Phasenverschiebung der beiden Paare von Lichtwegen wird nicht nur eine Information über die Amplitude der Membran, sondern über auch deren Bewegungsrichtung gewonnen.

Fernsprechapparate, deren Hörer mit einem erfindungsgemäßen Mikrofon ausgestattet sind, können auch an heute übliche Fernsprechvermittlungszentralen angeschlossen sein, wenn diese Zentralen Vorrichtungen zur Rückwandlung der Delta-Modulation besitzen. Besonders vorteilhaft ist aber die Verwendung in Multiplex-Anlagen mit Delta-Modulation und Zeitvielfach, wie sie z. B. in den französischen Patentschriften 1583 241, 1596 576 und 2 029 324 beschrieben sind.

Gemäß weiterer Erfindung sind die Fotodioden an zwei Eingänge eines logischen Kreises angeschlossen, der unter Steuerung eines Taktgebers an seinem Ausgang die von den Fotodioden gelieferten Impulse in Delta-Kode-Modulation ausgibt. Hierdurch kann die Delta-Modulation bereits im Fernsprechapparat mit einfachen Mitteln erzeugt werden.

Vorteilhaft ist an den Ausgang des logischen Kreises ein Integrierkreis angeschlossen, dessen Ausgang an einem elektromechanischen Gegenkopplungsorgan liegt, das der Bewegung der Membran entgegenwirkt. Eine solche Gegenkopplung ist bei Mikroionschaltungen an sich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 297 151). Die erfindungsgemäße Anordnung eines Integrierkreises begünstigt die Delta-Modulation, indem die weitere Bewegung der Membran vom Integral der bereits erfolgten Bewegung abhängig gemacht wird. Außerdem wird hierdurch die Schwingungsamplitude der Membran stark verringert, was zu kleineren Verzerrungen führt. In bekannter Weise ist das Gegenkopplungsorgan zweckmäßig eine induktiv mit der aus magnetischem Werkstoff bestehenden Membran gekoppelte Spule. Hierdurch wird eine wirksame Gegenkopplung mit einfachsten technischen Mitteln erzielt.

In einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung enthält das optische Interferometer einen Würfel aus Quarz oder optischem Glas, der aus zwei zusammengefügten gleichschenklig-rechtwinkligen Dreiecksprismen besteht, von denen eines an der Fügungsfläche eine halbdurchlässige Schicht aufweist, während an der von der Lichtquelle abgewandten Seite des Würfels eine Spiegelschicht aufgebracht ist. Hierdurch ergibt sich ein leichter und kompakter Aufbau des Mikrofons, so daß es sich leicht im Hörer eines Fernsprechapparates "unterbringen läßt.

In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung wird die Phasenverschiebung durch einen Spiegel erzeugt, dessen Spiegelschicht zwei Zonen unterschiedlicher Dicke aufweist.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein optisches Interferometer zur Erzeugung elektrischer Impulssignale,

Fig. 2 ein Interferometer zur Erzeugung zweier Impulsreihen, die zeitlich phasenverschoben sind,

Fig. 3 eine Abwandlungsform der Vorrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4 einen logischen Kreis zur Umwandlung der vom Mikrofon ausgehenden kodierten Signale in Delta-Kode-Signale,

Fig. 5 eine Ausführungsform des Kodier-Mikro-

rück, der andere Teil OR wird von der Schicht 10 reflektiert und trifft auf die Fotodiode 3.

Die Fotodiode 3 empfangt also zwei Lichtstrahlen, deren optische Wege verschiedene Länge aufweisen. Jn der Austrittszone des Lichtstrahles OR, wo sich die Diode 3 befindet, treten daher Interferenzen auf. Daraus ergibt sich, daß je nach der Lage des Spiegels 2 die Fotodiode 3 mehr oder weniger stark belichtet wird.

Es ist leicht einzusehen, daß die Wegdifferenz zwischen den beiden optischen Wegen gleich dem doppelten Abstand des Spiegels 2 von der Fläche AB des Würfels 1 ist, d. h. gleich dem Zweifachen der Länse77\ Wenn die Größe 2TP ein Vielfaches der

ändert sich die Differenz der beiden optischen Wege um eine Größe 2/?/, und folglich registriert die Fotodiode 3 2π Hell-Dunkel-Wechscl.

Für eine Lichtquelle 4, die als Beispiel eine Strahlung der Wellenlänge/.— 0.633 (im aussendet, ergibt eine Verschiebung des Spiegels 2 in der Größenordnung von 0.25 mm an der Fotodiode 3800 HeIl-Dunkcl-Wechsel.

Bei federn Ilell-Dunkel-Wcchsel empfängt man an der Fotodiode einen elektrischen Impuls. Die Zählung dieser Impulse kann also Auskunft geben über die Amplituden der Verschiebungen des Spiegels 2 und somit der Schwingungen der Membran, aber

fons für den Hörer eines Fernsprechapparates,

Fig. 6 eine Abwandlungstorm der Erfindung, bei i₅ Wellenlänge;, des von der Lichtquelle 4 ausgesandder die Delta-Kodierung mit Hilfe eines elektrome- ten Lichtes ist, dann kommen die beiden Lichtstrahchanischen Gegenkopplungskreises vorgenommen fen an der Fotodiode 3 in Phase an, und die Diode wird, der auf die Bewegung der Mikrofonmembran wird stark belichtet.
einwirkt. Wenn die Größe ITP ein ungerades Vielfaches

Das Kodier-Mikrofon wurde nach folgenden 20 der halben Wellenlänge ;,'2 ist, dann sind die Lichtoptisch-physikalischen Gesichtspunkten entwickelt: strahlen bei UR in Gegenphase, und die Fotodiode 3

In Fig. 1 ist mit 1 ein Würfel aus optischem Glas wird nur schwach belichiet.

oder Quarz bezeichnet, der mit einem Würfel von Diese Überlegungen zeigen folgendes: Erleidet der

Lummer und Brodhun vergleichbar ist. wie er in Spiegel 2 bei seiner Entfernung oder Annäherung an gewisen Fotometern benutzt wird. Der Würfel he- 25 die Fläche AB Verschiebungen der Größe«;, und steht aus ζλνεί Prismen mit dem Querschnitt eines bleibt er dabei parallel zu dieser Fläche, dann vergleichschenklig-rechtwinkligen Dreiecks, die so zu^cammengesetzt sind, daß ihre Hypotenusen DB sich
berühren. Die so gebildete Diagonalebene des Wiirfels ist mit einer halbdurchlässigen Metallschicht 10 30
bedeckt. Eine Fläche BC des Würfels ist mit einer
Metallschicht 11 bedeckt, die eine reflektierende
Fläche mit einem Reflexionskoeffizienten nahe Ein¹;
bildet.

Ein Planspiegel 2 ist im Mittelpunkt der Membran des Mikrofons angeklebt. Er befindet sich gegenüber einer Fläche AB des Würfels 1 und liegt parallel zu dieser Fläche. Sein Refkxionskoeffizient liegt mögfichsi nahe an Eins. Eine quasi-monochromatische

Lichtquelle 4 sendet einen Lichtstrahl SO aus. der 40 nicht über die Richtung "dieser Verschiebung,
parallel zu einer Achse des Würfels durch eine Um diese Verschiebungsrichtung zu erfassen, kann

Fläche AD eintritt, die der verspiegelten Fläche BC die Anordnung nach Fig. 1 zur Anordnung nach gegenüberliegt. Der Lichtstrahl SO geht durch die Fi g. 2 abgewandelt werden. Der Spiegel 2 in Fig. 2 Mittelpunkte der Flächen AD und DB. weist zwei verschiedene Zonen auf. die sich in "der

Auf einer Seite DC des Würfels, die der dem Spie- 45 Dicke der metallischen Verspiegelungsschicht untergell zugewandten Seite ΛB gegenüberliegt, ist eine scheiden. Die Dicke der Schicht 2₀" ist gleich der

schnelle Fotodiode 3 angeordnet, die mit ihrer Off- ~ ' - - - — - ._._.-

nun° parallel zur Fläche DC steht. Diese Fotodiode empfängt die Lichtstrahlen, die von den verschiedenen Reflexionen herrühren, weiche der einfallende Lichtstrahl SO erleidet.

An dem auf der Diagonalen BD liegenden Punkt O zerlegt sich der einfallende Lichtstrahl SO in zwei Teile: Der eine Teil OP wird von der halbdurchiässi-

cen Schicht 10 reflektiert, der andere Teil OQ durch- 55 ausgesandten Lichtes und
läuft diese Schicht 10. K eine positive oder negative ganze Zahl einschließ-

Nach der Reflexion am Spiegel 2 trifft der Licht- lieh Null,

iirahl OP aufs neue auf die halbdurchlässige Schicht 1(1 und teilt sich wieder in zwei Teile: Der eine Teil

wird zur Lichtquelle 4 zurückgeschickt, der andere 60 Beschichtungsprozesse z. B. bei der Herstellung von Teilf>/\ durchläuft die Schicht 10 und beleuchtet die Halbleitern heute üblich sind.
Öffnung der Fotodiode 3. Mit Hilfe einer Kollimatorlinse wird der von der

Im folgenden wird nur noch von einer Belichtung Lichtquelle 4 ausgehende Lichtstrahl verteilt. Der der Fotodiode gesprochen. Teil dieses Lichtstrahles, der an der Zone 2₍₁ des

Der Lichtstrahl OQ trifft nach der Reflexion an 65 Spiegels reflektiert wird, verhält sich wie der Lichtder Spiegelschicht 11 ebenfalls wieder auf die halb- strahl in Fig. 1. Der Teil des Lichtstrahles, der an durchlässige Schicht 10 und teilt sich ebenfalls in der Zone 2_L des Spiegels 2 reflektiert wird, verhält _'\vei Teile: Der eine Teil läuft zur Lichtquelle 4 zu- sich wie der erste Teil des Lichtstrahles, hat aber

Schichtdicke auf dem Spiegel 2 in Fi g. 1. Die Dicke der Schicht 2, ist z. B. größer als die der Schicht 2_fl, und zwar um einen Betrag

*:⁺ s ■

Hierbei ist

wieder die Wellenlänge des von der Lichtquelle 4

Die Herstellung eines derartigen Spiegels macht keine technologischen Schwierigkeiten, da derartige

wegen der durch Gleichung (1) ausgedrückten größeren Dicke der reflektierenden Schicht eine gewisse zeitliche Verschiebung.

Die Fotodioden 3, und 3.,, die von diesen Lichtstrahlen belichtet werden, welche aus der Fläche DC des Würfels 1 austreten, sind also zu einem gegebenen Zeilpunkt nicht gleich belichtet. Wenn die Diode 3, von Dunkel nach Hell übergeht, kann die Diode 3., z. B. sehr stark oder sehr schwach belichtet sein, je nachdem, ob die Verschiebung des Spiegels 2 in der einen oder anderen Richtung erfolgt.

Bevor untersucht wird, wie die von den Fotodioden 3, und 3., ausgehenden elektrischen Impulssignale durch einen logischen Kreis verarbeitet weran seinem einen Eingang ein Signal Eins, das vom Signalverteiler 102 zur Zeit t., abgegeben wird;

an seinem anderen Eingang ein Signal Eins, das vom Flip-Flop 104 ausgeht.

Daraus ergibt sich, daß an dem Ausgang 100, eines Oder-Tores 107, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen der Und-Tore 105 und 106 verbunden sind, zur Zeit /., Signale Eins empfangen werden. Die Ausgänge der Fotodioden 3j und 3„ sind mit Schmitt-Triggern 109 und 110 verbunden, welche die von den Fotodioden S₁ und 3„ ausgehenden Impulssignale formen.
Der Schmitt-Trigger 110 hinter der Fotodiode 3.,

den, um Signale im Delta-Kode zu erhalten, ist zu 15 gibt folgende Signale weiter:

bemerken, daß die Vorrichtung nach F i g. 2 abgewandelt werden kann, wie z.B. in Fig. 3 angegeben. Teile in F i g. 3, welche die gleiche Funktion wie in Fi g. 2 haben, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Gegenüber der Anordnung in Fig. 2 ist der Würfel 1 in Fig. 3 nach rechts zum Quader verlängert und die verspiegelte Fläche BC um einen Betraa BB' verschoben, wobei

n., ■ BB' = PZ

(2)

silt. Hierin ist

;?, der Brechungsindex des Prismenwerkstoffes, aus

dem der Quader besteht, und PT der Abstand der Fläche AB zum Spiegel in Ruhestellung.

Signale Eins oder Null an einen Eingang eines Und-Tores 111, dessen Ausgang mit dem Flip-Flop 103 verbunden ist;

Signale Null oder Eins an einen Eingang eines Und-Tores 112. dessen Ausgang mit dem Flip-Flop 104 verbunden ist.

Der zur Fotodiode 3, gehörende Schmitt-Trigger 109 bringt Signale Eins oder Null auf einen Differenzierkreis 108 auf. Der Ausgang dieses Differenzierkreises ist mit den zweiten Eingängen der Und-Torelil und 112 verbunden,
a) Wenn ein vom Schmitt-Trigger 110 geliefertes Signal Eins mit einem vom DifTerenzierkreis 108 gelieferten Impuls in Koinzidenz steht, dann öffnet sich das Und-Tor 111, und der Flip-Flop

103 wird auf Eins gesetzt, woraufhin zur nächstfolgenden Zeit /j ein Impuls am Ausgang 100. des logischen Kreises 100 auftritt.

h) Wenn ein vom Schmitt-Trigger 110 geliefertes Signal Null in Koinzidenz mit einem vom DifTerenzierkreis 108 gelieferten Impuls steht, dann öffnet sich das Und-Tor 112. und der Flip-Flop

104 wird auf Null gesetzt, woraus sich ergibt, daß zur nächstfolgenden Zeit .'., keine Impulse am Ausgang 100_;j auftreten.

Fig. 5 zeigt als Beispiel eine mögliche Ausfü'nrungsform eines Kodiermikrofons für den Hörer eine¹- normalen Fernsnrechapparates. Zum Einsatz kommt ein optischer Würfel, z. B. aus Quarz, wie er

Ist die Bedingung (2) erfüllt, dann werden die oben betrachteten optischen Wege der beiden unterschiedlich reflektierten Lichtstrahlen gleich, wenn sich der Spiegel in Ruhestellung befindet.

Die Anordnung gemäß Fig. 3 ist von Vorteil, wenn die Lichtquelle 4 nicht genau monochromatisch ist. In diesem Fall sind die Differenzen im Lichtweg, die nur auftreten, wenn der Spiegel 2 sich bewegt, geringer als bei der Anordnung nach Fig. 2. Daher kann die Toleranzbreite für das von der Lichtquelle 4 ausgesandte Spektralband größer sein.

F i g. 4 zeigt einen möglichen logischen Kreis 100.

der die von den Dioden 3, und 3„ ausgehenden Im- ₄₅ j_n ρ ja, 2 dargestellt ist pulse verarbeitet, um sie in Delta^Kode-Signale um- _]n §j_c Aussparung 20 des Körers, die iiblicher-

zuwnndeln. Ein Taktgeber 101 arbeitet mit einer Frequenz von 60 kHz und speist folgende Elemente:

einen zyklisch arbeitenden Signalverteiler 102, der zwei Zeiträume Z₁ und Λ> definiert, einen Flip-Flop 103. der vom Taktgeber auf Null gesetzt wird, und

einen Flip-Flop 104, der vom Taktgeber auf ifins gesetzt wird.

Wenn die Fotodioden S₁ und 3., keine Impulssignale liefern, dann arbeitet der Kreis 100 folgendermaßen:
a) ein Und-Tor 105, das an den Signalverteiler 102 und den Flip-Flop 103 angeschlossen ist, empfängt folgende Signale:

an seinem einen Eingang ein Signal Eins, das vom Signalverteiler 102 zur Zeit I₁ abgegeben wird:

an seinem anderen Einsang kein Signal vom Flip-Flop 103:

b) ein Und-Tor 106, das an den Signalverteiler 102 und den Flip-Flop 104 angeschlossen ist, empfängt folgende Signale:

weise die Kohlemikrofonkapsel aufnimmt, ist ein Nieta'lbodcn 21 eingelegt, der kleine gleichmäßig verteilte Öffnungen" 2I₁, 21., . .. 21„ besitzt und außerdem eine rechteckige Öffnung 22, in welche der Sockel 24 eines Rahmens 23 eingeführt ist, welcher die Bauteile des in Fig. 2 dargestellten Mikrofons umschließt. Der Rahmen 23 umfaßt zwei fest miteinander verbundene Teile.

Ein zylindrischer Teil 23, enthält an seinem einen Ende eine Lampe 4, die in einem Sockel 4₁ befestigt ist. Bei dieser Lampe kann es sich z. B. um eine Elektrolumineszenz-Diode handeln, wie sie in der französischen Patentschrift (Anm. P.V. 120 023) beschrieben ist. Diese Diode sendet bei Umgebungstemperatur eine Infrarotstrahlung aus, wenn sie unter einer Spannung von 800 mV einen Strom von 10OmA aufnimmt. Am anderen Ende ist ein optisches Filter 7 eingesetzt, das nur einen Teil der Inf'rarotstrahlune der, Elektrolumineszenz-Diode durchläßt.

Ein quaderförmiger Teil 23., des Rahmens ist als Gehäuse für den Würfel 1 aus "Quarzglas ausgebildet.

Dieser Würfel ist durch eine obere Öffnung des Gehäuses eingeschoben. Das Gehäuse besitzt außerdem an seiner Grundfläche eine rechteckige öffnung 23₃, welche das Licht durchläßt, das aus der Unterseite des Würfels austritt. Die Öffnung 23 ₍ ist durch ein Plättchen 24 aus dielektrischem Material abgeschlossen. In dem Plättchen befinden sich zwei Aussparungen zur Aufnahme zweier schneller Fotodioden 3_r 3.,, wie sie z. B. in der französischen Patentschrift (Änm. P.V. 148 065 beschrieben sind).

Die unter den akustischen Schwingungen sich bewegende Membran 25 des Mikrofons ist über dem oberen Teil des Rahmens 23 eingespannt. Der mittlere Teil dieser Membran befindet sich genau über der oberen Fläche des Würfels 1 und trägt den Planspiegel 2.

Fig. 6, in der für gleiche Teile mit gleicher Funktion dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 1 und 2 gelten, zeigt eine Abwandlung der Erfindung, bei der eine direkte Delta-Kodierung der von der oder den Fotodioden gelieferten Signale durch einen Hilfskreis erleichtert wird. Dieser Hilfskreis bringt auf die Membran des Mikrofons eine elektromechanische Gegenkopplung auf, welche die Schwingungsamplitude der Membran zu vermindern sucht.

In Fig. 6 sind einige Elemente vereinfacht dargestellt. Die an ihrem äußeren Umfang in einem Mikrofongehäuse 20 befestigte Membran 25 des Mikrofons trägt an ihrer Unterseite zwei Spiegel 2₀ und 2,. Die Lichtquelle 4 ist hier einfach durch einen Punkt dargestellt. Die Lichtquelle und die Spiegel 2₀ und 2j bilden mit dem aus zwei Prismen bestehenden Würfel 1 und den Fotodioden 3_P 3„ ein Interferometer, wie in F i g. 3 besprochen.

Bei einer Verschiebung der Membran 25 liefern die Fotodioden an ihren Ausgängen Signale veränderlicher Amplitude, die auf den logischen Kreis 100 aufgebracht werden, der in F i g. 4 dargestellt ist und dessen Ausgang 10O₃ einerseits an einen Anschluß 35 der Fernsprechleitung angeschlossen und und andererseits mit dem Eingang 34 eines Integrierkreises 36 verbunden ist, dessen Ausgang über eine Leitung 38 zu einer Spule 37 führt, die induktiv mit der Membran 25 gekoppelt ist. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß die Membran aus magnetischem Werkstoff besteht. Ein zweiter Anschluß 39 der Spule 37 ist mit einem Punkt der Fernsprechleitung verbunden, der ein festes Potential aufweist. Die Fernsprechleitung ist in Fig. 6 schematisch als einadrig dargestellt.

Diese Abwandlungsform der Erfindung arbeitet wie folgt: Die elektrischen Impulse, deren Amplitude und Frequenz sich in Abhängigkeit von der Verschiebung der Membran 25 und damit der Spiegel 2_tl und 2j ändert, werden am Ausgang der Fotodioden 3, und 3₂ empfangen. Diese Signale ändern sich mit der Differenz der Weglängen der beiden Lichtbündel, von denen das eine direkt über den Würfel 1 und das andere über diesen nach Reflexion an den Spiegeln 2_n und 2, läuft. Diese Signale werden auf die Eingänge 10O₁ und 10O₂ des logischen Kreises 100 aufgebracht. Nach ihrer Umwandlung sind die Signale am Ausgang 10O₃ dieses Kreises im Takt der Impulse des in diesem eingebauten Taktgebers zerhackt. Jedoch ist zu bemerken, daß derartige Signale am Ausgang von 100 nur auftreten, wenn die Fotodioden 3j und 3₂ Signale ausreichender Amplitude abgeben. Nun hängt die Amplitude von der effektiven Bewegung der Membran 25 ab. Diese Bewegung aber hängt nicht mehr einfach vom auf die Oberseite der Membran aufgebrachten Schalldruck ab, sondern in gleicher Weise von der durch die Gegenkopplungsspule 37 auf die Membran 25 aufgebrachten Gegenkraft. Die Spule 37 wird vom Ausgang, des Integrierkreises 36 mit einer solchen Phasenlage gespeist, daß die Spule der Membranbewegung als Folge des Schalldrucks entgegenwirkt.

ίο Unter diesen Bedingungen spielt die von der Membran 25 und den zugehörigen optischen und elektrischen Bauteilen gebildete Vorrichtung die Rolle eines Amplitudenkomparators, der das Auftreten von Impulsen am Ausgang 36 nur erlaubt, wenn die momentane Bewegungsamplitude der Membran hinreichend diejenige Amplitude übersteigt, die von dem an diesem Ausgang auftretenden Strom dargestellt wird, der sich aus der Integration der zuvor gelieferten Impulse ergibt.

Die beschriebene Gegenkopplungsvorrichtung erzielt also von sich aus durch Rückwirkung auf die Bewegung der Membran 25 einen Vergleich der momentanen Amplitude des vom Kodierer 100 ausgehenden Signals mit der Amplitude eines anderen Signals, das sich aus der zeitlichen Integration der schon gelieferten Impulse ergibt. Auf diesem Vergleich beruht aber im wesentlichen das Verfahren der sogenannten Delta-Kodierung einer Impulsfolge. Diese Ausführungen zeigen gleichzeitig, daß dank der Gegenwirkung der Spule 37 auf die Membran 25 die Verschiebungs- oder Auslenkungsamplitude dieser Membran stark reduziert wird gegenüber einer Ausführungsform. bei der die Spule 37 nicht vorhanden wäre oder nicht mit Strom gespeist würde.

Die so erzielte Verminderung der Amplitude ist ein bedeutender Vorteil, da hierdurch die Ursachen für Verzerrungen vermindert werden, die sich einerseits aus großen Schwingungsamplituden der Membran ergeben und andererseits besonders als nichtlineare Verzerrungen aus mechanischer Resonanz der Membran oder aus Resonanz mit einem hinter der Membran eingeschlossenen Luftvolumen. Selbstverständlich kann bei der in F i g. 6 dargestellten Abwandiungsform der Erfindung die Kopplung zwisehen der Spule 37 und Membran 25 andere Mittel benutzen. Zum Beispiel kann die Spule 37 an die Membran 25 durch einen festen magnetischen Kreis angekoppelt sein, der derart angeordnet ist, daß er für einen gegebenen Spulenstrom die Größe der auf die Membran aufgebrachten Kraft verbessert.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abwandlungsformen der in Fig. 3 und 6 gezeigten Anordnungen möglich. So können z. B. zwei durch ein Luftkissen voneinander getrennte Membranen vorgesehen sein, von denen die eine einen ersten Spiegel trägt und die andere einen zweiten Spiegel trägt und mechanisch mit der Spule 37 (Fi g. 6) gekoppelt ist, während die Anordnung dieser Spiegel gleichwertig mit der Anordnung eines Spiegels und des Würfels 1 in Fig. 1. 2 und 3 ist. Indem zwischen diesen Spiegeln mit Hilfe von halbdurchlässigen Schichten Vielfachrefiexionen erzeugt werden. läßt sich infolge des vergrößerten Weges der Lichtstrahlen die Empfindlichkeit des Mikrofons erhöhen. In einer weiteren Abwandlungsform kann man Vielfachreflexionen zwischen einem oder zwei beweglichen Spiegeln benutzen, die an der Membran befestigt sind, und einem oder zwei festen Spiegeln oder vorteilhafter

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Reflexion zwischen einem beweglichen Spiegel und zwei festen Spiegeln.

Im Falle des Ausführungsbeispiels in F i g. 6 kann der logische Kreis 100 als Vorwärts-Rückwärts-Zähler für Impulse ausgebildet sein, der von den Ausgangen, der Tore 105 und 106 (Fig. 4) angesteuert wird und dessen Ausgang der Ausgang 10O₃ ist. Wenn die Amplitude der Membranverschiebungen bei der Ausführungsform nach F i g. 6 hinreichend verringert ist, dann kann dieser Vorwärts-Rückwärts-Zähler durch einen einfachen bistabilen Flip-Flop ersetzt sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrofon zur Umwandlung akustischer Schwingungen in eine elektrische Impulsfolge mit einer auf einer Seite dem Schalldruck ausgesetzten Membran, die auf der Rückseite einen kleinen Planspiegel trägt, der Teil eines optischen Interferometers ist, in welchem das von einer Lichtquelle ausgehende monochromatische Licht über mindestens zwei Lichtwege läuft, von denen der eine eine konstante Länge und der andere eine zeitlich veränderliche und von der Membranstellung abhängige Länge hat und die in einer Interferenzzone zur Interferenz kommen, in der mindestens eine Fotodiode angeordnet ist, welche ein impulsförmiges elektrisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fotodioden (3_t, 3_O) zwei Paaren von Lichtwegen (SOQU, SOPU\ 'SO'Q'V, SO'P'U') zugeordnet sind, die mit einer Phasenverschiebung von 90° interferieren.

•2. Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodioden (3_1? 3,) an zwei Eingänge (10O₁, 10O₂) eines logischen Kreises (100) angeschlossen "sind, der unter der Steuerung eines Taktgebers (100) an einem Ausgang (103) die von den Fotodioden gelieferten Impulse in Delta-Kode-Modulation ausgibt.

3. Mikrofon nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (103) des logischen Kreises (100) ein Integrierkreis (36) angeschlossen ist, dessen Ausgang an einem elektromechanischen Gegenkopplungsorgan (37) liegt, das der Bewegung der Membran (25) entgegenwirkt.

4. Mikrofon nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Interferometer einen Würfel (1) aus Quarz oder optischem Glas enthält, der aus zwei zusammengefügten gleichschenklig-rechtwinkligen Dreiecksprismen besteht, von denen eines an der Fügungsfläche eine halbdurchlässige Schicht (10) aufweist, während an der von der Lichtquelle (4) abgewandten Seite des Würfels eine Spiegelschicht (11) aufgebracht ist.

5. Mikrofon nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung durch einen Spiegel (2) erzeugt wird, dessen Spiegelschicht zwei Zonen (2₀, 2j) unterschiedlicher Dicke aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen