DE2200150C3

DE2200150C3 - Miniature microphone

Info

Publication number: DE2200150C3
Application number: DE19722200150
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.-Ing. 3001 Isernhagen Griese
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Filing date: 1972-01-04
Publication date: 1977-01-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kleinstmikrofon mit einem kapazitiven Wandler, bestehend aus einem Mikrofongehäuse, einem Wandlersystem und einem elektronischen Bauteil. Sie geht davon aus, daß «s bekannt ist die Membran eines derartigen Kleinstmikrofons mittels akustischer Leitungen, beispielsweise in Form von Schläuchen an das Schallfeld anzukoppeln. Bei den bisher bekannten Konstruktionen treten jedoch Schwierigkeiten in der Übertragungder hohen Frequenzen auf. Es lag daher nahe, den Übertragungsverlust bei hohen Frequenzen durch eine elektrischeThe invention relates to a miniature microphone with a capacitive transducer, consisting of a Microphone housing, a transducer system and an electronic component. She assumes that «s The membrane of such a miniature microphone by means of acoustic lines is known, for example in Coupling the form of hoses to the sound field. In the previously known constructions, however, occur Difficulties in transmitting the high frequencies. It was therefore obvious that the transmission loss at high frequencies by an electrical

ίο Entzerrerschaltung zu korrigieren. Diese Maßnahme führt zwangszweise zu einer Verschlechterung derίο to correct the equalization circuit. This measure inevitably leads to a deterioration in the

Ersatzlautstärke, die um so größer wird je besser die Übertragung der hohen Frequenzen sein soll.Substitute volume, which gets bigger the better the Transmission of high frequencies should be.

Bei einem Kleinstmikrofon nach der Erfindung werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt daß das Wandlersystem im Mikrofongehäuse schräg liegt und das Volumen des Gehäuses in zwei Teilvolumen unterteilt von denen eines an die Vorderseite der Membran und das andere an die Rückseite der Membran angekoppelt ist wobei das an die Vorderseite der Membran angekoppelte Teilvolumen kleiner ist als das an die Rückseite der Membran angekoppelte Teilvolumen, und daß das an die Vorderseite der Membran angekoppelte Teilvolumen mittels einer akustischen Leitung an das Schallfeld in der Weise angekoppelt ist daß die Resonanzfrequenz der aus der Masse der akustischen Leitung und dem an die Vorderseite der Membran angekoppelten Teilvolumen bestehenden akustischen Impedanz an der oberen Grenze des von dem Kleinstmikrofon zu übertragenden Frequenzbandes in der Größenordnung zwischen 5 bis IO kHz liegt.In a miniature microphone according to the invention, these difficulties are eliminated the transducer system in the microphone housing is inclined and the volume of the housing is divided into two sub-volumes divided by those one to the front of the membrane and the other to the back of the The membrane is coupled, the partial volume coupled to the front side of the membrane being smaller than the partial volume coupled to the back of the membrane, and that to the front of the Membrane coupled partial volume by means of an acoustic line to the sound field in the way is coupled that the resonance frequency of the mass of the acoustic line and that of the Front of the membrane coupled partial volume existing acoustic impedance on the upper Limit of the frequency band to be transmitted by the miniature microphone in the order of magnitude between 5 and IO kHz.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kleinstmikrofons sind in den Unteransprüchen angegeben.Appropriate refinements of the miniature microphone according to the invention are set out in the subclaims specified.

Durch die deutsche Gebrauchsmusterschrift 17 96 742 sind Wiedergabewandler mit schräg eingebauter Membran bekanntgeworden, jedoch dient diese Maßnahme beim Gegenstand des Gebrauchsmusters nur der Vergrößerung der Membranfläche, wie der Beschreibung zu entnehmen ist. Es sind durchaus auch andere Anordnungsmöglichkeiten der Membran möglich wie weitere Ausführungsbeispiele in dieser Gebrauchsmusterschrift zeigen, ohne daß das Verhältnis der Volumina über und unter der Membran zueinander oder die Größe der Schalleinlaßöffnung berücksichtigt worden ist. Durch diese Gebrauchsmusterschrift sind keine Wege aufgezeigt zur Erzielung eines guten Frequenzganges weitere akustische Maßnahmen, wie eine zweckmäßige Verbesserung der Volumina oder der Schalleinlaßöffnungen vorzunehmen.By the German utility model 17 96 742 playback transducers are built in at an angle Diaphragm has become known, but this measure is used for the subject of the utility model only the enlargement of the membrane area, as can be seen from the description. They are, too Other possible arrangements for the membrane are possible, as are other exemplary embodiments in this utility model show without the ratio of the volumes above and below the membrane to one another or the size of the sound inlet opening has been taken into account. Through this utility model are no ways shown to achieve a good frequency response further acoustic measures, such as to make an appropriate improvement of the volumes or the sound inlet openings.

Die erfindungsgemäße Lehre besteht also nicht nur in der Anweisung, ein Wandlersystem schräg in die Mikrofonkapsel einzusetzen, sondern sie macht auch Aussagen über die Gestaltung der Kammervolumina und die Bemessung der Schalleinlaßöffnungen, so daß in vorteilhafter Weise eine Erweiterung des Frequenzganges ohne zusätzliche elektrische Entzerrung bei kleinerer Ersatzlautstärke erreicht werden kann. Hierdurch wird der Einsatz von einfachen integrierten Schaltungen für die nachfolgende Verstärkerschaltung ermöglichtThe teaching according to the invention does not only consist in the instruction to insert a converter system at an angle into the Use microphone capsule, but it also makes statements about the design of the chamber volumes and the dimensioning of the sound inlet openings, so that an extension of the frequency response is advantageous can be achieved without additional electrical equalization at a lower equivalent volume. Through this becomes the use of simple integrated circuits for the subsequent amplifier circuit enables

Anhand der F i g. 1 und 2 soll die Erfindung beispielsweise erläutert werden.Based on the F i g. 1 and 2, the invention is to be explained by way of example.

Die F i g. 1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemä^ ßes Kleinstmikrofon. Die Darstellung ist gegenüber dem Mikrofon selbst etwa im Maßstab 10:1 vergrößert. Mit 1 ist das beispielsweise quaderförmige Mikrofongehäu-The F i g. 1 shows an example of an inventive ^ ßes miniature microphone. The representation is enlarged approximately 10: 1 compared to the microphone itself. With 1 is the, for example, cuboid microphone housing

se bezeichnet In ihm ist das Wandlersystem 2 nach dem Erfindungsvorschlag schräg, beispielsweise zur langen Seite des Mikrofongehäuses angeordnet Durch diese Lage wird das Gehäuse 1 in zwei keilförmige TeUvoIumen i.l und 1.2 unterteiltse denotes In it the converter system 2 is inclined according to the inventive proposal, for example to the long one Side of the microphone housing arranged By this position, the housing 1 is wedge-shaped in two TeUvoIumen i.l and 1.2 divided

Das Teilvolumen 1.1 kann über den Anschlußstutzen 1.11 und die akustische Leitung 1.12 an der linken Endseite des quaderförmigen Mikrofongehäuses an das Schallfeld in Richtung zur Schallquelle angekoppelt werden. Wenn das Wandiersystem als Druckj adientenwandler arbeiten soll, wird das Teilvolumen 1.2, über den Anschlußstutzen 1.21 und gegebenenfalls eine akustische Leitung 1.22 an der rechten Endseite des quaderförmigen Mikrofongehäuses 1 an das Schallfeld angekoppelt Der akustische Widerstand 1.23 dient in bekannter Weise zusammen mit der Impedanz der akustischen Leitung 1.22 und dem Teilvoluimen 1.2 zur Phasendrehung des rückwärtigen Schalles. Das Wandlersystem 2 besteht aus einer Gegenelektrode 2.1 beliebiger Art beispielsweise einer dünnen Blechplatte «> mit einer glatten leitenden Oberfläche 2.11, der die Membran 2.2 benachbart ist, die mit ihrer zur Schallquelle gerichteten Seite, auch Vorderseite der Membran genannt, an das Teilvolumen 1.1 jmgekoppelt ist. Die Rückseite der Membran ist über die Schalldurchlaßöffnungen 2.12 in der Gegenelektrode 2.1 an das Teilvolumen 1.2 angekoppelt. Die Membran 2.2 ist in diesem Beispiel eine Elektretmembran. Sie besitzt auf der dem Teilvolumen 1.1 zugewendeten Seite in bekannter Weise eine leitende Schicht. Mit dem Abstandsring 2.3 aus hochisolierender Folie ist der Membranabstand zur glatten leitenden Fläche 2.11 der Gegenelektrode festgelegt. Das Formstück 3 definiert die Schräglage des Wandlersystems 2 im Mikrofongehäuse 1. Dieses Formstück besitzt Schalldurchlaßöffnungen 3.1 und 3.2. Die Schalldurchlaßöffnung 3.1 ist dem Anschlußstutzen 1.11 akustisch zugeordnet. Die Schalldurchlaßöffnung 3.2 ist für den Fall vorgesehen, daß der Anschlußstutzen 1.11 akustisch unwirksam gemacht werden soll und in der der Schallöffnung 3.2 zugewendeten Fläche des Mikrofongehäuses 1 ein nicht dargestellter Schalldurchlaß, beispielsweise durch teilweises Perforieren des Gehäuses oder auf sonstige Weise hergestellt werden soll. Das Formstück 3 ist in diesem Beispiel aus Metall hergestellt und dient gleichzeitig als elektrisch leitende Verbindung zwischen der leitenden Schicht auf der dem Teilvolumen 1.11 zugewendeten Seite der Membran una dem auf Masse liegenden Mikrofongehäuse 1. Die beispielsweise vier Klammern 2.4 dienen dazu, das ganze Wandlersystem mit dem Formstück 3 und der Zwischenlage eines sehr hochwertigen Isolierringes 2.41 und eines Schutzringes 2.42 zu einer mechanischen Einheit zusammenzufasssen. An die elektrisch leitende Gegenelektrode 2.1 ist mittels einer Lötverbindung 25 eine Drahtverbindung 4.1 zum elektronischen Bauteil 4 angeschlossen. Dieses Bauteil sei beispielsweise ein Halbleiterverstärker mit einem Feldeffekttransistor als Eingangsverstärkerelement, an dessen Steuerelektrode die Drahtverbindung 4.1 gelegt wird. Mit dem Ausgangskabel 4.2 wird die verstärkte Niederfrequenzspannung aus dem Mikrofon herausgeführt Das Kabel dient gleichzeitig in bekannter Weise zum Zuführen der Betriebsspannang des elektronischen Bauteiles. Erfindungsgemäß wird die Resonanzfrequenz der aus der akustischen Masse der akustischen Leitung 1.12 und dem an die Vorderseite der Membran 2.2 angekoppelten Teilvolumen 1.1 an die obere Grenzfrequenz des zu übertragenden Niederfrequenzbandes gelegt Mit der auftretenden Resonanzüberhöhung dieses Kreises ist es bei entsprechender Dimensionierung der akustischen Leitung 1.12 und des Teilvolumens 1.1 möglich, die sonst unvermeidlichen Höhenverluste weitgehend zu beseitigen. Durch diese Maßnahme wird nicht nur das zu übertragende Frequenzband erweitert; es werden auch dem ersten Halbleiterverstärker des elektronischen Bauteiles 4 eine erheblich höhere Steuerspannung zugeführt, so daß auch die Ersatzlautstärke des Wandlers entscheidend verbessert wird.The partial volume 1.1 can be accessed via the connection piece 1.11 and the acoustic line 1.12 on the left End side of the cuboid microphone housing coupled to the sound field in the direction of the sound source will. If the converter system is used as a pressure converter should work, the sub-volume will be 1.2, over the connection piece 1.21 and, if necessary, an acoustic line 1.22 on the right end of the cuboid microphone housing 1 coupled to the sound field. The acoustic resistance 1.23 is used in known way together with the impedance of the acoustic line 1.22 and the partial volume 1.2 for Phase shift of the backward sound. The converter system 2 consists of a counter electrode 2.1 of any kind, for example a thin sheet metal plate «> with a smooth conductive surface 2.11, which is adjacent to the membrane 2.2, which with its for Sound source-directed side, also called the front of the membrane, coupled to the partial volume 1.1 jm is. The back of the membrane is connected to the sound passage openings 2.12 in the counter electrode 2.1 Part volume 1.2 coupled. The membrane 2.2 is an electret membrane in this example. She owns on the side facing the partial volume 1.1 a conductive layer in a known manner. With the Spacer ring 2.3 made of highly insulating film is the membrane distance to the smooth conductive surface 2.11 of the Counter electrode set. The shaped piece 3 defines the inclined position of the transducer system 2 in the microphone housing 1. This fitting has sound passage openings 3.1 and 3.2. The sound passage opening is 3.1 acoustically assigned to the connection piece 1.11. The sound passage opening 3.2 is provided for the case that the connection piece 1.11 is to be made acoustically ineffective and in the sound opening 3.2 facing surface of the microphone housing 1 a sound passage, not shown, for example through partial Perforating the housing or to be made in some other way. The fitting 3 is in made of metal in this example and also serves as an electrically conductive connection between the conductive layer on the side of the membrane facing the partial volume 1.11 and on the ground lying microphone housing 1. The four brackets 2.4, for example, serve to hold the entire transducer system with the shaped piece 3 and the intermediate layer of a very high quality insulating ring 2.41 and a protective ring 2.42 to be combined into a mechanical unit. To the electrically conductive counter electrode 2.1 is means a soldered connection 25, a wire connection 4.1 connected to the electronic component 4. This component For example, consider a semiconductor amplifier with a field effect transistor as the input amplifier element whose control electrode the wire connection 4.1 is placed. With the output cable 4.2 the amplified Low-frequency voltage led out of the microphone. The cable is also used in a known manner for supplying the operating voltage of the electronic component. According to the invention, the resonance frequency that from the acoustic mass of the acoustic line 1.12 and that to the front of the membrane 2.2 coupled partial volume 1.1 to the upper limit frequency of the low frequency band to be transmitted With the occurring resonance exaggeration of this circle it is with appropriate dimensioning the acoustic line 1.12 and the partial volume 1.1 possible, the otherwise unavoidable To largely eliminate height losses. This measure not only ensures that the transferable Frequency band extended; there are also the first semiconductor amplifier of the electronic component 4 a A considerably higher control voltage is supplied, so that the equivalent volume of the converter is also decisive is improved.

Die F i g. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel für ein erfinaungsgemäßes Mikrofon. Das Mikrofongehäuse 1 mit dem entsprechend F i g. 1 darin befindlichen kompletten Wandlersystem 2 und dem elektronischen Bauteil 4 ist mittels elastischer, akustischer Leitungen 1.12 und 1.22 in einer Haltevorrichtung 5 freihängend eingespannt Die Haltevorrichtung sei in diesem Beispiel ein hinter dem Ohr getragenes Schwerhörigengerät (HDO-Gerät). Die akustischen Leitungen 1.12 und 1.22 liegen dabei in gedachten Ebenen, die etwa in der Membranebene oder parallel zu ihr verlaufen. Auf diese Weise kann störender Körperschall bei Beschleunigungen des Mikrofones senkrecht zur Membranebene weitgehend beseitigt werden. Das wirkt sich besonders vorteilhaft auf Druckradientenwandler aus und erleichtert dtren Anwendung in Schwerhörigengeräten und sonstigen am Körper oder in der Nähe des Körpers getragenen Mikrofonen und macht diese Mikrofone weitgehend unabhängig von den mechanischen Beschleunigungen, denen sie bei Bewegen des Trägers des Mikrofones ausgesetzt sind.The F i g. 2 shows an application example for a microphone according to the invention. The microphone housing 1 with the corresponding FIG. 1 located therein complete converter system 2 and the electronic Component 4 is freely suspended in a holding device 5 by means of elastic, acoustic lines 1.12 and 1.22 clamped In this example, the holding device is a device for the hearing impaired worn behind the ear (HDO device). The acoustic lines 1.12 and 1.22 lie in imaginary planes that are roughly in the Membrane plane or run parallel to it. In this way, disruptive structure-borne noise during accelerations of the microphone perpendicular to the membrane plane can be largely eliminated. That affects especially advantageous to pressure gradient transducers and facilitates the application in hearing aids and devices other microphones worn on or near the body and makes these microphones largely independent of the mechanical accelerations they experience when moving the carrier of the Microphones are exposed.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungen des Erfindungsgedankens sind nur Beispiele für mögliche Lösungen. Selbstverständlich ist es möglich, die Erfindung auch für Mikrofone mit Hochfrequenz-Kondensatormikrofonen auszunutzen und die Mikrofone in beliebige am Körper zu tragende Haltevorrichtungen, beispielsweise Lavaliermikrofone einzubauen.The in the F i g. 1 and 2 illustrated embodiments of the inventive concept are only examples possible solutions. Of course, the invention can also be used for microphones with high-frequency condenser microphones to use and the microphones in any holding devices to be worn on the body, for example to build in lavalier microphones.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Miniature microphone with a capacitive converter, consisting of a microphone housing, a Converter system and an electronic component, characterized in that the converter system is inclined in the microphone housing and the volume of the housing is divided into two Tefl volumes (1.1; • 1.2), one of which is at the front of the membrane and the other is coupled to the back of the membrane, which is connected to the The partial volume (1.1) coupled to the front of the membrane is smaller than that to the rear of the Membrane coupled partial volume (1.2), and that coupled to the front of the membrane Partial volume (1.1) is coupled to the sound field by means of an acoustic line in such a way that the resonance frequency of the mass of the acoustic line (1.12) and the one at the front the membrane coupled partial volume (1.1) existing acoustic impedance at the upper Limit of the frequency band to be transmitted by the miniature microphone in the order of magnitude is between 5 to 10 kHz

2. Miniature microphone according to claim 1, characterized in that between the to the partial volume Acoustic line connected in front of the membrane and the free sound field in a directional tube known execution is switched.

3. Miniature microphone according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the acoustic lines necessary for the front and rear sound inlet are elastic, for example in the form of hoses.

4. Miniature microphone according to claim 3, characterized in that the elastic, acoustic Lines lie in imaginary planes that run roughly in the plane of the membrane or parallel to it, and that the free ends of these elastic, acoustic lines (1.12; 1.22) in a holder device (4), for example the housing of a hearing aid device, clamped freely are.

5. Miniature microphone according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the electro-acoustic converter is a separate flat component inside the microphone housing is, and in its shape the shape of the microphone housing, for example the plane of the Cuboid shape is adapted

6. Miniature microphone according to one or more of the the preceding claims, characterized in that the inclined position of the electro-acoustic transducer (2) is defined in the microphone housing (1) by a molded piece (3) which, if necessary, with the electro-acoustic converter forms a mechanical unit.

7. Miniature microphone according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the electro-acoustic converter is an electrical converter, and that the associated electronic Component is a semiconductor amplifier with a very large input impedance