DE2439331A1

DE2439331A1 - Directional microphone system has three microphones in line - with their outputs combined after phase-shifting to single signal

Info

Publication number: DE2439331A1
Application number: DE2439331A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Schoeps
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1976-03-04
Also published as: SE7505369L; DE2439331B2

Abstract

The directional microphone system has three or more microphones (1) arranged in line one behind the other in the direction of the sound source (A) so that an acoustic gradient is set up. The output of each microphone is amplified (2). The amplified output of the middle microphone is phase shifted (3) and combined (4) with the output of the front microphone, whilst the amplified output of the rear microphone is phase shifted and combined with the unshifted output of the middle microphone. The two signals so-formed are then mutually phase-shifted and combined to form a single output signal.

Description

Richtmikroshonsnordnung Die Erfindung betrifft eine Richtmikrophononanordnung mit koaxial hintereinander angeordneten Schallempfängern, wobei jeweile zwei raumlich aufeinanderfelgende Schallempfänger ein Gradientensysten bilden.Directional microphone arrangement The invention relates to a directional microphone arrangement with sound receivers arranged coaxially one behind the other, two spatial Sound receivers colliding on each other form a gradient system.

Amordnnangen dieser Art sind bekannt. Es ist auch bekannt, mit zwei gradientenzystemen dieser Art ein Gradientenmikrophon köherer Ordnung aufzubauen. Bei diaser richtmikrophonanordnung mit vier Schallempfängern sind in der Regel auch Phasenglioder einbezogen, um eine vorzugewsise eiaseitige Richtcharakteristik zu erzielen.Amordnnangen of this type are known. It is also known to have two gradientenzystemen of this kind to build a gradient microphone of a higher order. With diaser directional microphone arrangement with four sound receivers are usually also Phase glioder included in order to preferably have a single-sided directional characteristic achieve.

Der Schallteugangeweg zweischen den Schallempfangern einen Gradientensystemes bestimmt seine ebere Grenzfrequenz. Bei dieser Grensfrequenz entspricht im Palle einer einseitigen Richtshaiahterastik der Anordnung die #/4-Länge dem Beugungsweg. Nun ist für eine Richtmikrophonanordnung mit vier zu zwei übereinstimmenden Oradientensystenen zusammengefaßten Schallempfängern die meximal mögliche Grenzfrequenz, nämlich die des einzelnen Gradientensystemes nie zu erreichen. Hierzu müßte der zwsite und dritte Schallempfänger der Anordnung exakt am gleichen Ort des Schallfeldes angeordnet sein. Dies ist physikalisch unmöglich.The sound pathway between the sound receivers is a gradient system determines its higher cut-off frequency. At this limit frequency, im Palle corresponds a unilateral directional shark structure of the arrangement the # / 4-length to the diffraction path. Now is for a directional microphone arrangement with four to two matching oradient systems summarized Sound receivers the maximum possible cut-off frequency, namely that of the individual gradient system can never be achieved. To do this, the zwsite and third sound receiver of the arrangement exactly at the same location of the sound field be arranged. This is physically impossible.

Jede andere Lösung scheitert an den mit ihr verbundene Schallfeldstörungen. In diesem Sachverhalt liegt der wesentliche Grund dafür, daß es bisher keine brauchbere Richtmikrophonanordnung dieser Art für ein Gradientenmikrophon höherer Ordnung gibt.Any other solution fails because of the associated sound field disturbances. This is the main reason why it has not yet been used Directional microphone arrangement of this type for a gradient microphone of a higher order.

Erfindungsgemäß wird nun eine Richtmikrophonanordnung so aufgebaut, daß mindestens drei Schallempfänger koskial in definiertem, jeweils gleichem Abstand zueinander angeodrnet eind und daß der räumlich zwischen den beiden anderen angeordnete Schallempfänger bzw. der jeweils mittlere dreier aufeinanderfolgender Schallempfänger mit jedem der beiden anderen zur Bildung eines Gradienten zusammengeschaltet ist derart, daß die Zusammenschaltung mit dem in Beschallungsrichtung der Anordnung von vorn vorne gelegenen über ein fhasenglied, mit dem anderen ohne ein solches durchgeführt ist, und daß die Zusammenschaltung des in Beschallungsrichtung der Anordnung von vorn zuletzt gelegen Schallempfängers seinerseits über ein weiteres Phasenglied, des vorzugsweise in seinen Eigenschsften dem anderen fhasenglied ontspricht, durchgeführt ist, und daß schließlich die so gewonnenen Oradientenspannungen zur Bildung eines Gradienten der nächst höheren Ordnung zusammengeschaltet sind.According to the invention, a directional microphone arrangement is now constructed in such a way that that at least three sound receivers coscially at a defined, equal distance each other angeodrnet and that the spatially arranged between the other two Sound receiver or the middle three consecutive sound receivers is interconnected with each of the other two to form a gradient such that the interconnection with the in the direction of sound of the arrangement from the front over a phase link, with the other without one is carried out, and that the interconnection of the in the direction of sound Arrangement from the front last located sound receiver in turn via another Phase element, which preferably corresponds in its properties to the other phase element, is carried out, and that finally the oradient tensions thus obtained for education of a gradient of the next higher order are.

Mit einer solchen Anordnung ist die einwandfreie Lösung des Problemes erzielt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß die Anzahl der für eine solche Richtmikrophonanordaung erforderlichen Schallempfänger reduziert ist.Such an arrangement is the perfect solution to the problem achieved. An additional advantage of this solution is that the number of reduced sound receiver required for such a directional microphone arrangement is.

Gemäß der weiteren erfindung wird nun eine größere Richtschärfe der Anordnung dadurch erzielt, daß die Zusammenschaltung der aus den in Beschallungsrichtung der Anordnung von vorn zuletzt gelegenen beiden Schallempfängern gewonnenen Gradientenspannung mit der aus den beiden vorn gelegenen Schallempfängern gewonnenen Gradientenspannung zur Bildung des Gradienten der nächst höheren Ordnung über ein Phasenglied durchgeführt ist.According to the further invention is now a greater sharpness of the Arrangement achieved by the interconnection of the in the direction of sound The gradient voltage obtained from the arrangement of the two last sound receivers in the front with the gradient voltage obtained from the two front sound receivers carried out to form the gradient of the next higher order via a phase element is.

In Weiterführung der Erfindung wird die Richtmikrophonanordnung so ausgebildet, daß die Schallempfänger Gradientenmikrophone nullter Ordnung sind.In a further development of the invention, the directional microphone arrangement is so designed that the sound receivers are zero order gradient microphones.

Schließlich wird gemäß der weiteren Erfindung die Anordnung so aufgebaut, daß die challempfänger Gradientenmikrophone erster Ordnung sind.Finally, according to the further invention, the arrangement is constructed in such a way that that the receiver are gradient microphones of the first order.

Die Schallempfänger der erfindungsgemäßen Anordnung können magnetische, dynamische, piezoelektrische, elektrostatische und andere Mikrophone sein. Im Falle der Anwendung von elektrostatischen Schallempfängern können diese in Niederfrequenzschaltung mit oder ohne Elektret oder auch in iNochfrequenzschaltung betrieben sein.The sound receiver of the arrangement according to the invention can be magnetic, dynamic, piezoelectric, electrostatic and other microphones. In the event of the application of Electrostatic sound receivers can do this in low-frequency circuit with or without electret or in high-frequency circuit be operated.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben werden.The invention is to be described in more detail below with the aid of examples will.

In der beigefügten Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Anordnung gemäß der Erfindung mit drei Schallempfangern; Fig. 2 eine Anordnung mit vier Schallempfängern.In the accompanying drawings: FIG. 1 shows an arrangement according to FIG Invention with three sound receivers; Fig. 2 shows an arrangement with four sound receivers.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, deren Schaltung als Transistorschaltung ausgebildet ist, hat drei in den Parametern weitestgehend übereinstimmende Schallempfänger 1, 1' und 1", ' die koaxial in gleiohem Abstand hintereinander angeordnet sind. Bei den in diesem Beispiel unterstellten Kondensatormikrophonen in Niederfrequenzschaltung soll im Schallempfänger jeweils eine Impedanzwandlerstufe, beispielsweise mit einem Feldeffekttransistor räumlich einbezogen sein. Der eine natürliche Phasenverschiebung bewirkende effektive challweg (Beugungsweg) von der Vorderseite der Membrane des Schallmpfängers 1 zu der Vorderseite der Membrane ces Schallempfängers 1' bzw. der übereinstimmende effektive Schallweg von 1' zu 1" sei a. Die Beschallungsrichtung ist mit A bezeichnet. Die Schaltungsteile 2, 2' und 2" sind im Aufbau übereinstimmende Verstärker, die den Schaltungszügen der Schallempfänger 1, 1' und 1'' zugeordnet und regelbar sind.The arrangement shown in Fig. 1, its circuit as a transistor circuit is designed, has three sound receivers that largely match in terms of the parameters 1, 1 'and 1 ",' which are arranged coaxially in the same distance behind one another. In the case of the condenser microphones in this example in a low-frequency circuit should each have an impedance converter stage in the sound receiver, for example with one Field effect transistor be included spatially. The one natural phase shift causing effective challweg (diffraction path) from the front of the membrane of the Silencer 1 to the front of the membrane ces sound receiver 1 'or the A corresponding effective sound path from 1 'to 1 "is a. The direction of sound is denoted by A. The circuit parts 2, 2 'and 2 "are identical in structure Amplifier, the the circuits of the sound receiver 1, 1 'and 1 '' are assigned and controllable.

Außer der Verstärkung soil damit ein für alle drei Schaltungszüge gleicher Pegel eingeregelt werden können. Da unter anderem dieser Pegel das Verhältnis der Nutz- zur Störspannung der Anordnung bestimmt, sind diese Schaltungsteile mit dem erforderlichen Verstärkungsgrad ausgelegt.In addition to the amplification, there should be one for all three circuit cables the same level can be adjusted. Since, among other things, this level is the ratio The useful voltage for the interference voltage of the arrangement is determined, these circuit parts are with designed with the required degree of reinforcement.

In den Schaltungsteilen 4 und 4' wird durch Differenzbildung die elektrische Darstellung des Gradienten der an den Schallemgfängern 1 und 1' (1. Gradientensystem) bzw.In the circuit parts 4 and 4 ', the electrical Representation of the gradient of the sound emitters 1 and 1 '(1st gradient system) respectively.

1' und 1'' (2. Gradientensystem) als Antrieb wirkenden Wchallfeldgrößen erzielt, wobei in dem Schaltungszug des Schallempfängers 1' bzw. 1'' das Fhasenglied 3 bzw. 3' einbezogen ist. Diese Phasenglieder bewirken die einseitige oder vorzugsweise einzeitige Richtcharakteristik der Anordnung, je nach dem, ob die natürliche Phasenverschiebung ganz oder teilweise kompensiert ist.1 'and 1' '(2nd gradient system) acting as a drive acoustic field variables achieved, with the phase link in the circuit of the sound receiver 1 'or 1' ' 3 or 3 'is included. These phase elements cause the unilateral or preferably one-time directional characteristic of the arrangement, depending on whether the natural phase shift is fully or partially compensated.

Die in den Schaltungsteilen 4 und 4' auch verstärkten Spannunzen weisen der Gradientenfunktion entsprechend eine mit # ansteigende Erequenzkurve auf. Die Kompensation auf eine konstante Frequenzkurve erfolgt in den Schaltungsteilen 5 und 5' durch ihren 1/#-Frequenzgang. Für die Spannungen der beiden Oradientensysteme wird nun die Differenzbildung mittels des Schaltungstoiles 6 durchgeführt, wobei mittels des die Kompensetion bewirkenden Sebeltungsteiles 8 am chaltungsausgang B der Anordnung sine konstante Frequenzkurve erzioit ist.The tension ounces also reinforced in the circuit parts 4 and 4 'have corresponding to the gradient function, an event curve increasing with #. the Compensation to a constant frequency curve takes place in circuit parts 5 and 5 'with their 1 / # frequency response. For the tensions of the two oradient systems the difference formation is now carried out by means of the circuit element 6, with by means of the compensation effect Sebeltungteiles 8 at the circuit output B the arrangement has a constant frequency curve.

In dem Schaltungszug des 2. Gradientensystemes liegt des Fhassenglied 7.The Fhassen link lies in the circuit of the 2nd gradient system 7th

Relbstverständlich kann das dargestellte Frinzip, einen Schallempfänger gleichzeitig in verschiedene Gradientensysteme einzubeziehen, auch bei Anordnungen mit mehr als drei Schallempfängern - sinngemäß erweitert - Anwendung finden. So können beispielsweise bei einer Anordnung mit vier in gleichem Abstand (a) angeordneten Schallempfängern, wie eine solche in Fig. 2 dargestellt ist, die Schallempfänger 1' und 1'' mit den ihnen augeordneten Schaltungsteilen 2', 2'', 3', 4' und 5' in das nachfolgende von den Schallempfängern 1'' und 1''' gebildete Gradientensystem einbesogen sein. Dies bedingt, daß zusätzlich zu einer Anordnung nach Fig. 1 noch der Verstärker 2''', ferner die Phasenglieder 3'', 7' und 10, die zur Differenzbildung dienenden Schaltungsteile 4'' und 6' sowie die Kompensationsglieder 5'' und 8' eingeführt werden müssen. Zur Differenzbildung in der letzten Stufe dient das Schaltungsteil 9, an welches des Schaltungsteil 11 zur Kompensation der Frequenzhurve aaschließt und zum Schaltungsausgeng B führt. Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist sinngemäß analog zu derjenigen der Anordnung nach Fig. 1, so daß sich eine weitergehende Bewchreibung dieses Ausführungsbeispieles erübrigt.Of course, the principle shown can be a sound receiver to be included in different gradient systems at the same time, even in arrangements with more than three sound receivers - extended accordingly - can be used. So can, for example, in an arrangement with four equally spaced (a) Sound receivers, such as one shown in FIG. 2, the sound receiver 1 'and 1' 'with their associated circuit parts 2', 2 '', 3 ', 4' and 5 'in the following gradient system formed by the sound receivers 1 ″ and 1 ″ ″ be absorbed. This means that in addition to an arrangement according to FIG the amplifier 2 '' ', furthermore the phase elements 3' ', 7' and 10, which are used to form the difference serving circuit parts 4 "and 6" and the compensation elements 5 "and 8" introduced Need to become. The circuit part is used to form the difference in the last stage 9, to which the circuit part 11 aaschlost to compensate for the frequency curve and leads to Schaltungsausgeng B. The mode of operation of this arrangement is analogous analogous to that of the arrangement according to FIG. 1, so that a more extensive description this embodiment is unnecessary.

In diesem Fall wie auch in jeder anderen analogen Anordnung ist es nur bei Anwendung dieses Prinzips möglich, auch bei einer koaxialen Anordnung der Schallempfänger keine Reduzierung der oberen Granzfrequenz der Gesamtanordnung hinnohmen zu müssen.In this case, as in any other analog arrangement, it is only possible when this principle is applied, even with a coaxial arrangement of the Sound receiver does not accept a reduction in the upper limit frequency of the overall arrangement to have to.

Claims

"Directional microphone arrangement"

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Important microphone arrangement, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that at least three sound receivers 91, 1 ', 1 '' ...) at a defined, preferably the same distance (a) from one another, disordered are and that the sound receiver arranged spatially between the other two respectively.

the middle of three consecutive sound receivers is interconnected with each of the other two to form a gradient such that the interconnection with the in the direction of sound of the arrangement from the front (A) lay the front (e.g. 3. 1) over one phase element (e.g. 3) with the other (e.g. 1 '') is carried out without such and that the interconnection of the in Sound direction of the arrangement from the front (A) last sound receivers (e.g. 1 '') in turn via a further phase element (e.g. 3 '), which is preferably corresponds in its properties to the other phase element (3) is carried out and that finally the gradient voltages obtained in this way for the formation of a gradient of the next higher order are interconnected.

2. Directional microphone arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k o n n - indicates that the interconnection of the in the direction of the sound Arrangement from the front th) the last two sound receivers (e.g. 1 ', 1' ') gradient voltage obtained from the two in front located Sound receiver (e.g. 1, 1 ') obtained gradient voltage to form the gradient the next higher order takes place via a phase element (e.g. 7).

3. Directional microphone installation according to claim 1 or 2, characterized by, that all the phase elements (3, 3 '..., 7 ..., 10) present in the arrangement match.

4. calibration microphone arrangement according to claim 1, characterized in that that the Schallemßfänger (1, 1 '...) are ground-client microphones of the zeroth order.

5. Directional microphone arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e It should be noted that the sound receiver (1, 1 '...) guest microphones first Are okay.