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Kapazitiver Schallempfänger Gegenstand der Erfindung ist ein kapazitiver
Schallempfänger, der mit einem transistorisierten Vorverstärker in einem gemeinsamen
Gehäuse untergebracht ist und die erforderlichen Betriebsspannungen aus einer entfernt
liegenden Spannungsquelle, vorzugsweise aus dem Hauptverstärker, unter Benützung
Tonfrequenz führender Leitungen zugeführt erhält. Insbesondere handelt es sich bei
der Erfindung um die Strom- bzw. Spannungsversorgung eines solchen Schallempfängers,
wobei es sich die Erfindung zum Ziel gesetzt hat, den Betrieb desselben sowohl bei
Tonadernspeisung als auch bei Phantomspeisung auf einfache Weise zu ermöglichen,
selbst wenn verschiedene Betriebsspannungen berücksichtigt werden müssen.
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Unter Tonadernspeisung ist hiebei jene Art von Stromversorgung zu
verstehen, bei der von der Speisespannungequelle räumlich entfernte Verbraucher,
im vorliegenden Falle also ein Kondensatormikrophon mit Vorverstärker und Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler,
die zum Betrieb erforderliche elektrische Energie über die die Tonfrequenz übertragenden
Leitungen zugeführt wird, derart, daß die
Speisespannung zwischen
den Signaladern auftritt. Die Zuführung der Speisespannung zu den Tonfrequenzadern
und ebenso die Entnahme erfolgt über Widerstände oder Impedanzen, die eine Trennung
zwischen Gleichstrom und Wechselstrom bewirken. Da bei der Tonadernepeisung beide
Adern sowohl den Speisestrom als auch das Signal führen, ist darauf zu achten, daß
eine ausreichende Entkopplung zwischen Gleichstromkreis und Signalkreis gewährleistet
ist.
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Bei der Phantomspeisung liegt die Speisespannung zwischen der metallischen
Abschirmung des Tonfrequenzkabels und den beiden Adern desselben. Es weisen demnach
beide Signaladern dasselbe Potential gegenüber dem Schirm auf. Die Zuführung der
Speisespannung kann sowohl wie die Entnahme derselben über mittenangezapfte Transformatoren-
oder Drosselwicklungen erfolgen, die zwischen die Signaladern geschaltet sind, oder
aber auch durch entsprechende, die Wicklungshälften ersetzende Widerstände.
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Eine verbindliche internationale Einigung hinsichtlich einer vorzuziehenden
Speisetechnik konnte bis jetzt nicht gefunden werden, nicht einmal hinsichtlich
der zu verwendenden Spannungen, so daß dzt. drei verschiedene Speisesysteme nebeneinander
verwendet werden, u.zw. die 12 Volt Tonadernspeisung, die 12 Volt Phantomspeisung
und die 48 Volt Phantomspeisung. Bei der 12 Volt Tonadern- und Phantomspeisung soll
der maximale Speisestrom unter 10 mA liegen, wogegen bei der 48 Volt Phantomspeisung
die maximale Stromstärke mit 1 mA zu begrenzen ist.
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Es ist leicht einzusehen, daß auf Grund der Verschiedenheiten der
Speisesysteme die BetriebstRchnik vor großen Schwierigkeiten steht, insbesondere
des.egen, weil die Systeme zueinander nicht kompatibel sind.
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Um diesen Schwierigkeiten auszuweichen, schlägt die Erfindung für
einen kapazitiven Schallempfänge) der mit einem transistorisierten Vorverstärker
in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht ist und die erforderlichen
Betriebsspannungen aus einer entfernt liegenden Spannungsquelle, vorzugsweise aus
dem nachfolgenden Verstärker, unter Benützung Tonfrequens führender Leitungen zugeführt
erhält, vor, daß der N-Vorverstärker bei Tonadern- sowie Niedervolt-Phantomspeisung
( 24 V) aus ein und demselben DC-Wandler, der gemeinsam mit dem Vorverstärker in
einem Gehäuse angeardnet ist, gespeist wird und die Polarieationsspannung für die
Kapsel aus demselben DC-Wandler gewonnen wird, wobei die externe Speisespannung
diesem DC-nEuidler über die Tonadern zugeführt wird, während bei der 48 V Phantomspeisung
die Speisung des NF-Vorverstärkers und auch die Gewinnung der Polarisationsspannung
direkt aus der externen Speiseversorgung erfolgt, wobei die Umschaltung auf die
einzelnen Speisearten mittels eines im gemeinsamen Gehäuse eingebautem mechanischen
Schalters erfolgt.
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Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung ist in das gemeinsame
Gehäuse außerdem ein Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler und eine Umschalteeinrichtung
mit drei Stellungen einzubauen, in deren erster Stellung je eine Eingangsklemme
des Gleichspannungs-/Gleichspannungswandlers mit e einer Ader der vom Schallempfänger
abgehenden Tonspannungsleitung über je einen Widerstand oder je eine Induktivität
verbunden, in der zweiten Stellung die eine Eingangsklemme des Gleichspannungs-/Gleichspannungewandlers
direkt mit der metallischen Abschirmung der Tonleitung verbunden, die andere hingegen
über Widerstände oder Induktivitäten mit den Tonadern verbunden und zwischen der
anderen Klemme und einer Tonader außerdem eine über einen Widerstand oder eine Induktivität
geführte Verbindung besteht, in der dritten Stellung der Umschalteeinrichtung hingegen
die in Phantomschaltung an die Tonadern angelegte Speisespannung über Trenn- und
bzw. oder Sieb- und bzw. oder Arbeitswiderstände direkt an die Mikrophonelektroden
bzw.
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Speisespannungsanschlüsse des Vorverstärkers geführt ist, und in allen
drei Schaltstellungen sowohl diese Anschlüsse
als auch die des Mikrophon
fest mit dem Ausgang des Gleichspannungs-/Gleichspannungswandlers verbunden sind.
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Üblicherweise sind Kondensatormikrophone so konstruiert, daß die
Membran mit dem Gehäuse direkt verbunden ist, wogegen die Gegenelektrode direkt
am Verstärkereingang liegt. Diese Tatsache kompliziert die Sachlage erheblich, da
dadurch die Unsymmetriedämpfung auch bei Tonadernspeisung verschlechtert wird. Bei
Tonadernspeisung ist mikrophonseitig keine Verbindung zwischen Verstärker und Gehäuse
notwendig, was eine relativ gute Unsymmetriedämpfung ergibt. Dieser Vorteil geht
jedoch dann verloren, wenn die Kapsel einpolig mit dem Gehäuse verbunden werden
muß. Praktisch ist dies immer dann der Fall, wenn ein Verstärker mit verschiedenen
Kapseln betrieben wird, diese daher austauschbar sein müssen. Es ist daher erforderlich,
den Speisestromkreis gegenüber den Vorverstärker und die Kapsel sorgfältig zu entkoppeln.
Dies geschieht erfindungsgemäß mittels des Gleichspannungs-/Gleichspannungswandlers,
der zu diesem Zweck mit einer Frequenz von mindestens 1 MHz betrieben wird und einen
Übertrager enthält, der wegen der hohen Betriebsfrequenz primär- und sekondärseitig
mit weneige Windungen zur Erzielung der notwendigen Induktivitäte auskom«.t, so
daß die Kapazität zwischen beiden Wickun-en nur wenige pF bett, was eine ideale
Entkopplung zwischen Speisekreis und rerstärker bzw. Mikrophon ergibt.
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Eine weitere Schwierigkeit, die bei der Erfindung zu überwinden war,
bestand darin, daß bei Tonadernspeisung mit niederer Spannung der Tonleitung verhältnismässig
niederohmige Impedanzen parallel geschaltet sind, bei der Phantomschaltung hingegen
die Speisewiderstände für die Tonfrequenz als Reihenschaltung zu betrachten sind.
Um den Vorverstärker ausgangsseitig an diese verschiedenen Betrieb bedingungen selbsttätig
anpassen zu können, wird daher gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung für den
Fall der Tonadernspeisung ein eigener Ausgangsimpedanzwandler vorgesehen,
dessen
Kollektor-Emitterstrecke direkt zwischen den beiden Tonadern liegt und dessen Basis
weckselspannungsmäßig über einen niederohmigen Widerstand von etwa 100 Ohm mit dem
Emitter verbunden ist, so daß sich im Falle der Phantomspeisung, bei welcher der
Transistor zwischen gleichen Potentialen liegt und daher keine Betriebsspannung
erhält, dieser einen hochohmigen Widerstand darstellt und das Ausgangssignal direkt
an die Tonadern gelangt.
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Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist zunächst in
den Fig. la und lb die Phantomspeisung bzw.
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die Tonadernspeisung für ein elektrostatisches Mikrophon mit Vorverstärker
im Prinzip dargestellt, wogegen in Fig.2 die Erfindung im Blockschaltbild und in
Fig.3 im vollständigen Schaltbild dargestellt ist.
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Bei dem in Sigma dargestellten Prinzipschema für die Tonadernspeisung
sind drei Abschnitte durch vertikale, strichlierte Linien angedeutet. Der erste
Abschnitt M enthält die Mikrophonkapsel 1, den Vorverstärker 2, den Ausgangsübertrager
3 und die beiden Trennkondensatoren 4,4', die verhindern, daß Gleichstrom über die
Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers 3 fließt. Über die Widerstände Ra, Rb wird
dem Vorverstärker 2 die Betriebsspannung zugeführt.
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Der Abschnitt K symbolisiert die Tonleitung, bestehend aus den Adern
a,b, die von einem gemeinsamen, metallischen Schirm S umhüllt sind. Der Schirm S
liegt üblicherweise an Masse (Bezugsleitung). Im Abschnitt V ist lediglich der Eingang
des nachfolgenden Verstärkers angedeutet, der den Eingangstransformator 6 enthält.
Der (lechstromfluß über die Primarwickhng dieses Übertragers wird durch die Kondensatoren5,5'
abgeriegelt. Vor diesen beiden Kondensatoren 5,5' sind die beiden Speisewiderstände
R1, R2 an je eine Ader der Tonleitung angeschlossen. Zwischen den den Tonadern abgewendeten
Enden der beiden Widerstände R1, R2 liegt die Speisespannungsquelle B. Der Speisestromkreis
verläuft daher von B ausgehend über R1, die Ader a, den Widerstand Ra, den
Vorverstärker
2, den Widerstand RB, über die Ader b und schließlich über den Widerstand R2 zurück
zu B. Zwischen den Adern a,b, liegt daher eine Gleichspannung, die gleich ist der
Spannung der Speisespannungsquelle, vermindert um den Spannungsabfall in den Widerständen
Ri, R2.
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Bei der in Fig.1b dargestellten Phantomspeisung besitzen die beiden
Adern a,b dasselbe Potential, denn im Verstärkerabschnitt V wird die Spannung aus
der Speisespannungsquelle B über den Widerstand R und eine Mittelanzapfung der Primärseite
des Eingangsübertragers 6' beiden Adern a,b der Tonleitung zugeführt9 so daß sie
dasselbe Gleichspannungspotential gegenüber den als Rückleitung verwendeten Schirm
5 aufweisen. Die Entnahme der Speisespannung erfolgt über die Widerstände R3, R4
die beide am Speisespannungsanschluß des Vorverstärkers 2 liegen.
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Die Vor und Nachteile der beiden vorstehend beschriebenen Speisungsarten
sind im -esentlichen darin zu sehen, daß bei der 12-Volt Phantomspeisung zwischen
den Tonadern und dem Schirm über die beiden Speisewiderstände und den Verstärker
eine verhältnismäßig niederohmige Verbindung besteht es bedingt, wie aus Fig.1b
hervorgeht, eine geringe Unsymmetriedämpfung, die in der Größenordnung von etwa
40 db liegt. Der Vorteil der Phantomschaltung ist in ihrer Einfachheit su sehen
und vor allem darin, daß sie praktisch für alle Mikrophone mit symmetrischem Ausgang,
also auch für Bändehen- und Tauchspulenmikrophone ohne Einschränkung verwendbar
ist, da ja beide Tonadern dasselbe Potential aufweisen.
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Bei der Tonadernsspeisung gibt es mikrophonseitig keine niederohmige
Verbindung zwischen Tonadern und Schirm, weshalb sich mit dieser Schaltungsart hohe
Unsymmetriedämpfungen leichter realisieren lassen In der Praxis findet man zwar
in den meisten Fällen mit etwa 40 db das Auslangen, in besonders gelagerten Fällen
wird jedoch eine
Unsymmetriedämpfung bis zu 100 db verlangt.
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In Fig. 2 ist nun die Erfindung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.
Sie geht von der Voraussetzung aus, daß für die Spannungsversorgung des Vorverstärkers
und zur Erzeugung der Polarisationsspannung ein Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler
vorgesehen wird, der ebenfalls, so wie der Vorverstärker, sich in einem gemeiT3amen
Gehäuse mit der Mikrophonkapsel befindet. Dieser Gleichspannungs-/Gleichspannungswandler
ist in Fig.2 mit DC bezeichnet, die Mikrophonkapsel trägt die Bezugsziffer 1, der
Vorverstärker ist mit 2 bezeichnet. Um den kapazitiven Schallempfänger sowohl für
die 12 Volt Phantomspeisung, die 12 Volt Tonadernspeisung als auch für die 48 Volt
Phantomspeisung verwenden zu können, ist erfindungsgemäß eine Umachalteeinrichtung
vorgesehen, die drei Schaltstellungen aufweist.
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Die Umschalteinrichtung ist in Fig.2 mit U1, U2 bezeichnet, womit
die beiden7 ve-:-elneam betätigbaren Umschaltergruppen gemeint sind. De drei stellungen
der Umschalteeinrichtung sind mit T12, P12 und P48 bezeichnet, was in derselben
Reihenfolge der 12 Volt Tonadernspeisung, der 12 Volt Phantomspeisung und der 48
Volt Phantomspeisung entsprechen soll.
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In der Stellung T12 des Umschalters U1, U2 verläuft der Speisestromkreis,
ausgehend von der Ader a, über den Widerstand R1, einen Kontakt des Umschalters
U1 zur Eingangsklemme El des Gleichspannungs-/Gleichspannungswandlers DC. Völlig
symmetrisch hiezu verläuft die Verbindung von der Ader b über den Widerstand R2
und einenUmschaltekontakt des Umschalters U2 zur Klemme E2 des Spannungswandlers
DC. Am Ausgang Al, A2 desselben stehen dann zwei Gleichspannungen zur Verfügung,
von denen die eine über den Widerstand R7 als Polarisationsspannung an das Kondensatormikrophon
1 geführt ist, die andere hingegen die Betriebssaimung tir den Vorverstärker 2 darstellt.
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Die vom Mikrophon 1 abgegebene Wechselspannung wird über den Vorverstärker
2 geführt und gelangt über eine Impedanzwandlerstufe 7 an die Adern a,b der Tonleitung.
Sinn und Zweck dieser Stufe wurde bereits eingangs näher erläutert.
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Befindet sich der Umschalter U1, U2 in der Stellung P12, so ist der
erfindungsgemäße Schallempfänger für die 12 Volt Phantomspeisung eingestellt. In
diesem Falle führen die beiden Adern a,b dasselbe Potential gegen den Schirm bzw.
gegen Masse. Der Eingang des Gleichspannungs-/Gleichspannungswandlers DO liegt bei
dieser Stellung des Umschalters U1, U2 mit seiner Klemme Ei über den Widerstand
R3 an der Ader a, bzw. über den Widerstand R4 an der Ader b. Die andere Klemme E2
liegt hiebei an Masse bzw. am Schirm der Tonleitung. Da die Ausgangsklemmen des
Spannungswandlers DC fest mit dem Mikrophon bzw. dem Vorverstärker verbunden sind,
erfolgt die Spannungsversorgung in der Stellung P12 in gleicher Weise wie in der
Stellung T12.
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Der Betrieb des erfindungsgemäßen Schallwandlers bei 48 Volt Phantomspeisung
ist in der dritten Stellung P48 des Umschalters Ul, U2 möglich. Wie der Fig.2 zu
entnehmen ist, wird in dieser Stellung der Gleichspannungs-/ Gleichspannungswandler
DC nicht in Betrieb genommen, sondern die zwischen den Adern a, b und dem Schirm
liegende Spannung direkt als Polarisationsspannung für das Kondensatormikrophon
bzw. als Betriebsspannung für den Vorverstärker 2 benützt, wobei die Spannungen
über die Widerstände R6, R7 zugeführt werden.
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Fig.3 zeigt das vollständige Schaltbild des erfindungsgemäßen Wandlers.
Ganz links ist der Gleichspannungs-/ Gleichspannungswandler DC gezeichnet. Er enthält
den Transistor T1 in Rückkopplungsßchaltung, wobei die erforderliche Induktivität
als Übertrager Üi ausgebildet ist, dessen Sekundärseite einen Parallelschwingungekreis
L2, C2
darstellt, an den sich eine zweifache Gleichrichterschaltung,
enthaltend die beiden Gleichrichter (Dioden) G1, G2, anschließt. Mit Gi wird die
Betriebespannung für den Vorverstärker 2 erzeugt, mit G2 die Polarisationsspannung
für das Kondensatormikrophon 1. Für beide Spannungen ist jeweils ein Sammelkondensator
OS1 bzw. CS2 vorgesehen.
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Der Vorverstärker 2 ist in bekannter Weise mit einem Feldeffekttransistor
T2 ausgerüstet, auf den eine weitere Verstärkerstufe mit einem Transistor T3 folgt,
die auf den Ausgangsübertrager 22 arbeitet. Auf der Sekundärseite des Übertragers
82 ist die bereits mehrmals genannte Impedanzwandlerstufe 7 angeschlossen. Die Emitter-Kollektorstrecke
des Transistors T4 überbrückt die beiden Adern a,b der Tonleitung.