DE2608173A1 - Richtmikrofon - Google Patents

Description

CBS C - 1240

U.S. Serial No: 554, 586

Piled: March 3, 1975

CBS Inc.
Stamford, Connecticut, Y.St.ν.Α.

Richtmikrofon

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Druckgradientenmikrofone und betrifft speziell ein dynamisches Mikrofon mit Nierencharakteristik.

Zur Tonaufnahme an Orten mit starken Umgebungsgeräuschen oder wo zu befürchten ist, daß fremde Töne die aufzunehmende Stimme oder Musik stören, ist ein Mikrofon wünschenswert, welches auf eine gewählte Schallquelle gerichtet werden kann, während seine Rückseite dem unerwünschten Geräusch zugewandt ist. Es sind Mikrofone mit Nierencharakteristik zum Einsatz unter solchen Bedingungen bekannt, und eine Aufgabe der Erfindung beteht darin, ein verbessertes Mikrofon dieses Typs zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Mikrofon bedient sich gewisser Merkmale und Prinzipien von Richtmikrofonen, wie siein den USA-Patentschriften 2 237 298, 2305 596, 2 305 597 und 2 305 598 beschrieben sind und auch aus einem Aufsatz "A Review of Cardioid Type Uni-Directional Microphones" bekannt sind, der in "The Journal of the Acoustical Society of America", Januar 1940,

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Band 11, Seite 296 erschienen ist. Einige Offenbarungen dieser Druckschriften seien hier in zusammengefaßter Form wiederholt, um eine Grundlage für das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu "bieten.

Die Richtcharakteristik von Mikrofonen wird gewöhnlich mittels eines Diagramms dargestellt, welches in Polarkoordinaten die Empfindlichkeit des Mikrofons abhängig von der Richtung zeigt. Ein solches Diagramm ist in Figur 1 dargestellt, wo der Kreis 10 anzeigt, daß ein in seinem Mittelpunkt angeordnetes Mikrofon 11 auf eine sich eben ausbreitende Schallwelle eines Schalldrucks von Effektivwert ρ jeweils mit gleicher Empfindlichkeit (ausgedrückt durch die Ausgangsspannung E an den Mikrofonanschlüssen 12 und 13) reagiert, unabhängig vom Richtungswinkel θ , in welchem die Schallwelle in der Zeichenebene auf das Mikrofon trifft. Da Mikrofone gewöhnlich um eine durch die Länge des Mikrofonkörpers gehende Achse 0°-180° symmetrisch sind, kann der Kreis 10 auch als Umfang einer das Mikrofon umschließenden gedachten Kugel angesehen werden; d.h. das Mikrofon ist für alle Richtungen im Raum gleich empfindlich, es hat eine "Kugelcharakteristik". Wenn man annimmt, daß der Radius des Kreises 10 die Bezugsempfindlichkeit des Mikrofons als die durch den Schalldruck am Mikrofon erzeugte Signalspannung darstellt, dann würde ein halb so großer Radius eine um 50 fo kleinere Empfindlichkeit bedeuten, vias einer Pegeländerung von 20 log 0,5 = - 6 db entspricht. Ein Viertel des Radius würde eine 75 folge Empfindlichkeitsabnahme bedeuten, was einer Pegeländerung von 20 log 0,25 = - 12db entspricht, usw. Das heißt in anderen V/orten, das Polardiagramm nach Figur 1 beruht auf einer linearen Beziehung zwischen Spannung und Druck im Radiusvektor. Wenn also die Empfindlichkeit eines Mikrofons mit Kugelcharakteristik als S bezeichnet wird, dann gilt für diese Größe S als Funktion des Einfallswinkels θ in einer durch die Symmetrieachse gehenden Ebene folgende Gleichung:

S = 1 (0 ) (1)

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Diese Gleichung zeigt einfach, daß der Wert von S als Punktion des Winkels θ für alle Einfallsrichtungen des Schalles gleich 1 ist.

Eine wichtige Familie von Richtcharakteristiken, die auf der sogenannten "Limac-on-Diagrammfamilie" beruht, ist durch folgende Gleichung gekennzeichnet:

S = (i-k) + kcosö - (2)

Für k = O führt diese Beziehung zu der mit Gleichung (1) ausgedrückten Kugelcharakterisitik. Für k = 0,5 wird die Gleichung (2) zu S = 0,5 + 0,5 - cos Θ , womit man die gestrichelte Kurve 14· in Figur 1 erhält, welche die bekannte Nierencharakteristik darstellt. Wenn k einen Wert von 0,75 hat, dann v;ird die Gleichung (2) zu S = 0,25 + 0,75 · cos(?,was zu der in Figur strichpunktiert gezeichneten Charakteristik führt, deren Hauptkeule 15a vom Mikrofon nach vorne und dessen Nebenkeule 15b vom Mikrofon nach hinten gerichtet ist. Schließlich ergibt sich für den Wort k = 1,0 ein Cosinus- oder "Zweikreisdiagramm", welches eine zv;eiseitige Richtcharakterxsxtik darstellt, da hier Keulen gleicher Empfindlichkeit nach vorne und nach hinten gerichtet sind, wie es mit den gestrichelten Kreisen 16a und 16b gezeigt ist.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung und die Anwendbarkeit der vorstehenden theoretischen Betrachtungen auf die Erfindung werden besser verständlich, wenn man wie nachstehend zwei verschiedene Typen der in den oben genannten USA-Patentschriften beschriebenen Richtmikrofone betrachtet· Figur 2 zeigt stilisiert einen Querschnitt durch einen Mikrofonmechanismus mit einer gekrümmt - konischen Membran 20, deren äußere Oberfläche einer mit p. bezeichneten ankommenden Schallwelle zugewandt ist. Normalerweise befindet sich dieser Mechanismus zum Schutz

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und zur dichteren Handhabung in einem geeigneten durchlöcherten Gehäuse (nicht dargestellt). Wenn die Welle,wie dargestellt, direkt von vorne, d.h. aus einer Richtung von 0° kommt, dann muß sie wegen des Vorhandenseins des Mikrofongehäuses 22 einen zusätzlichen Weg der äquivalenten Länge d durchlaufen, bevor sie zu den Durchgängen 24 an der Rückseite des Gehäuses gelangt. An diesem Ort hat die Schallwelle einen Druck p_? vom selben Betrag wie p,- aber mit einer um den Winkel φ =2rr-fd/c anderen Phase. V/enn die Welle in einem anderen Winkel als 0° einfällt, dann ändert sich die effektive Streckenlänge auf den Wert dg , der sich von d um cos Θ unterscheidet. Dies ist mit dem Doppelpfeil 25 veranschaulicht, der die äquivalente Weglänge d als Projektion auf die O°-Achse darstellt. Der Phasenwinkel zwischen p. und p- errechnet sich somit zu (2 7Tfd/c)co5e , und dieser Faktor ist für die Erläuterung der Richtwirkung des Mikrofons von Bedeutung.

Der Schalldruck pp bewirkt einen akustischen Fluß durch die Öffnungen 24-, die gewöhnlich mit Stoff 26 bespannt sind, und führt zur Zusammenpressung des Luftvolumens innerhalb des von den Innenseiten der Membran und des Mikrofongehäuses begrenzten Hohlraums 28 und zum Aufbau eines Schalldrucks p, in diesem Raum, Der auf die Membran wirkende Differenzdruck zwischen p„ und p,

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führt zur Bewegung der Membran und über einen Verbindungsstab 30 zur Betätigung eines Wandlers 32, der eine Ausgangsspannung E an den Anschlüssen 34- und 36 erzeugt. V/enn man die akustischen Elemente des Systems mit Hilfe dnes elektrischen Schaltungsäquivalents untersuchen will, dann kann man die Luftmasse in den öffnungen 24- angenähert als eine Induktivität L^, den Flußwiderstandcter Bespannung 26 als einen elektrischen Widerstand R. und das Luftvolumen innerhalb des Hohlraums 28 als eine Kapazität C. ansehen. V/enn man diese Elemente*wie in den oben genannten Druckschriften angegeben;bezüglich der Weglänge d passend bemisst, dann kann man erreichen, daß der Druck p, an der inneren Oberfläche der embran im wesentlichen den

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gleichen Betras wie der Druck pp hat, diesem gegenüber jedoch um einen vorgewählten Phasenwinkel φ . phasenverschoben ist. Indem man das Mikrofon so konstruiert, daß der Phasenwinkel φy. eine vorbestimmte Beziehung zum Phasenwinkel Φ hat, läßt sich jede gewünschte Richtcharakteristik innerhalb des von der Gleichung (2) umfaßten Bereichs erzielen. Wenn beispielsweise Φ und φ y. gleiche Größe haben, dann hat das Mikrofon eine Nierencharakteristik, d.h. ein Polardiagramm in Form einer Kardioide, wie es sich durch Untersuchung der Phasenvektorbilder in den Figuren 2A und 2B feststellen läßt. Die Figur 2A zeigt die Verhältnisse für den Schalldruck, wenn der Einfallswinkel der Schallwelle O⁰ ist. Der Phasenwinkel φ = 277fd/c ist hier genauso groß wie der vom "Phasenverschiebungsnetzwerk" erzeugte Phasenwinkel φ ., der in der Größe 2TT fd/c gewählt ist. Die Druckdifferenz über die Membran kann als Länge eines Phasenvektors gedacht werden, der die Endender Pfeile p^. und p^ verbindet. Wenn sich die Einfallsrichtung des Schalles durch Bewegung der Schallquelle rund um das Mikrofon ändert, dann wird der Phasenwinkel φ dadurch geändert, daß sich die äquivalente Weglänge aß um den Faktor co? 0 ändert. Dies kann man sich so vorstellen, daß sich der Druck-Phasenvektor p. vom Punkt g (Einfallswinkel 0°) abwärts zum Punkt h (Einfallswinkel 90°) und schließlich nach unten zum Punkt i (Einfallswinkel 180 ) bewegt. Die letztgenannte Situation ist mit dem Phasendiagramm in Figur 2B dargestellt, welches zeigt, daß für einen von hinten einfallenden Schall die beiden Phasenvektoren p. und p-, zusammenfallen, so daß keine Druckdifferenz zur Betätigung der Membran vorhanden ist und daher die Ausgangsgröße des Mikrofons gleich Null ist. Die Gesamtempfindlichkoit als Funktion des Azimutwinkels Θ folgt der Gleichung S. = 0,5+0,ScOsOj welche die vorstehend beschriebene Nierencharakteristik definiert.

In den oben erwähnten USA-Patentschriften i± ausgeführt, daß man eine Anzahl unterschiedlicher Formen von akustischen Netzwerken verwenden kann, um verschiedenen Wandlertypen gewünschte

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Richteigenschaften zu geben. Die genannnten USA-Patentschriften offenbaren auch liege zur Bemessung solcher Netzwerke, und die zugrundeliegende Theorie braucht hier nicht wiederholt zu werden. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist von besonderer Bedeutung, daß, wenn man eine konusförmige Membran zum Antreiben eines Wandlers über eine dünne Treibstange verwendet, die dem inneren Hohlraum des Mikrofons ausgesetzte Fläche der Membran nahezu gleich ist der dem Schallfeld ausgesetzten Fläche, womit sichergestellt wird, daß die Kräfte quer zur Membran in sehr guter Näherung die gleiche Beziehung haben wie die Drücke und somit das gewünschte Linacon-Diagramm in sehr guter Näherung erreicht wird.

Da ein Mikrofon mit sich bewegender Spule (Sehwingspulmikrofon oder dynamisches Mikrofon) kompakter ist und eine niedrigere Impedanz als das gerade beschriebene Mikrofon hat, ist es wünschenswert, die Vorteile einer konusförmigen Membran in einem Wandler vom Schwingspultyp auszunutzen. Dies bringt jedoch die konstruktionsmässigen und strukturellen Probleme mit sich, wie sie exemplarisch durch das in Figur 3 im Querschnitt gezeigte Schwingspulmikrofon verdeutlicht werden. Die Membran 4-0 dieses bekannten Mikrofontyps besteht aus einem kuppeiförmigen Teil 42 und einem flexiblen Kranz 44, und an der Verbindungsstelle zwischen Kranz und Kuppel ist eine runde Drahtspule 46 befestigt, deren Anschlußleitungen 48 und 50 die in der Spule erzeugte Spannung aus dem Mikrofon nach aussen leiten. Die Spule taucht in ein starkes Magnetfeld, welches im Spalt zwischen einem inneren Polstück 52 und einem äußeren Polstück 54 durch einen Magneten 56 und das umgebende Rückflußelement 5^· erzeugt wird. Bei dem herkömmlichen dynamischen Mikrofon bildet die Kuppel 42 (auch als "Kolben" bezeichnet) die am meisten wirksame aktive Fläche der Membran und liefert daher den Hauptbeitrag zur akusto-mechanischen Funktion des Wandlers. Der Kranzteil 44a sorgt für die Dichtung des Mikrofons und die Flexibilität; da er jedoch auf dem Rand des Gehäuses aufliegt,

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wird ein Teil der Kraft des einfallenden Schalldrucks vom Gehäuse aufgenommen und nicht auf die Schwingspule übertragen. Damit hat der Kranz 44 auf die Arbeit des Mikrofons wesentlich weniger Einfluß als der kuppeiförmige Teil, und das Hauptanliegen für den Konstrukteur besteht darin, den Kranz in Axialrichtung flexibel zu halten und ihn in Tangentialrichtung (zur Vermeidung unerwünschter Resonanzen) steif zu halfen, was gewöhnlich durch Sicken oder Wellungen und/oder andere Versteifungselemente erreicht wird.

Der oben erwähnte Vorteil einer im wesentlichen gleich großen Innen-und Außenfläche im aktiven Bereich der Membran könnte dazu anregen, den kuppeiförmigen Bereich der Membran in einem Schwingspulmikrofon so groß wie möglich zu machen, ferner beabstandete Einlaßkanäle 60 (gestrichelt dargestellt) um den Kranz der Membran herum anzuordnen und diese Öffnungen mit einer Bespannung 62 zu versehen, um einen geeigneten akustischen Flußwiderstand einzuführen. Eine solche Konstruktion hätte jedoch den Nachteil, daß der am Ausgang der Kanäle 60 entwickelte Schalldruck p-z auf die Rückseite der relativ wenig wirksamen Kranzzone 44 der Membran wirken würde und daß der akustische Fluß den mit dem Pfeil 63 gezeigten zusätzlichen Weg zwischen der Schwingspule und der Magnetstruktur durchlaufen müßte, bevor er den Schalldruck p^ innerhalb des Hohlraums hinter dem kuppeiförmigen Bereich erzeugen würde, der den einzigen bedeutenden aktiven Bereich in einem Mikrofon dieses Typs darstellt. Diese Komplikationen machen es schwierig, ein Phasenverschiebungsnetzwerk zu realisieren, welches in geeigneter V/eise mit der Kuppel zusammenwirkt, um die gewünschte Richtcharakteristik zu erreichen. In den oben genannten USA-Patentschriften wird zwar angeregt, den Kranz wegzulassen und die Membran an flexiblen Metallstreifen aufzuhängen, damit der Haupteinlaß in den kupp eiförmigen Bereich über einen Schlitz zwischen der Schwingspule und dem inneren Polstück 'der Magnetstruktur führen kann. Auch gibt es andere jüngere Konstruktionen, mit denen man das Problem durch Bildung von

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Durchlässen zwischen der Schwingspule und der Membran zu umgehen versucht hat. Alle diese Konstruktionen sind jedoch kompliziert und schwer zu realisieren und leiden unter mangelnder mechanischer Festigkeit und Stabilität.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Richtmikrofon mit Schwingspule zu schaffen, welches eine größere aktive Membranfläche als die bekannten Mikrofone dieses Typs hatuid welches relativ einfach zu bauen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Schwingspulmikrofon hat die Membran einen äußeren Teil konusartiger Gestalt, der mit einem mittleren Teil kuppeiförmiger Gestalt zusammengeführt ist, um einen Wulst zur Befestigung der Spule zu bilden. Die aktive Fläche des äußeren Teils ist viel größer als die Fläche des kuppeiförmigen Teils. Eine Seite der Membran ist dem das Mikrofon umgebenden Schallfeld ausgesetzt, und die andere Seite ist zwei Hohlräumen ausgesetzt, deren einer sich hinter dem konus förmigrei äußeren Teil der Membran befindet und ein relativ großes Volumen hot und deren anderer hinter dem kuppeiförmigen Teil liegt und ein viel kleineres Volumen hat. Der größere Hohlraum steht mit dem kleineren Raum über den Luftspalt für die Schwingspule in Verbindung. Die Membran ist an ihrem Rand an einem Haltering befestigt, der seinerseits am Hauptkörper des Mikrofons befestigt ist. Der Haltering hat mehrere Öffnungen, die als akustische Durchlässe oder Kanäle dienen, durch welche der Schalldruck eintritt, um einen Schallfluß in den größeren Hohlraum zu bewirken. Die Flächen des konusförmigen und des kuppeiförmigen Teils stehen zueinander in einem solchen Verhältnis, daß der von der Kuppelfläche gelieferte Beitrag zur spulenbewegenden Kraft gegenüber dem von der konusförmigen Fläche gelieferten Beitrag so klein ist, daß er in erster Näherung vernachlässigt v/erden kann und dadurch bekannte Phasenverschiebungsmethoden nur auf den größeren Hohlraum angewendet zu werden brauchen, um die gewünschte Richtcharakteristik zu erhalten.

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Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, besondere Durchlässe zwischen den "beiden Volumen unter dem kuppeiförmigen und dem konusförmigen Teil der Membran vorzusehen, so daß man eine einfache und robuste Struktur erhält.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der 'Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Neben den bereits behandelten Figuren 1,2 und 3» die zur Erläuterung der Grundlage der Erfindung dienten, zeigen:

Figur 4- in vergrößerter Darstellung eine .Schnittansicht des erfindungsgemäßen Mikrofons;

Figur 4-A eine perspektivische Ansicht der Membran des Mikrofons nach Figur 4-;

Figur 4-B eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des die Membran haltenden Rings des Mikrofons nach Figur 4-,

Die in Figur 4· im Schnitt gezeigte Mikrofonkapsel besteht aus einem zylindrischen Hauptkörper 70, der an einem Ende durch ein ringförmiges Polstück 72 und am anderen Ende durch eine Magnetplatte 74· abgeschlossen ist, die an der V/and des Hauptkörpers befestigt ist, beispielsweise mit Hilfe von in Umfangsrichtung verteilten Schrauben 76, von denen zwei in Figur 4-sichtbar sind. In der mittleren öffnung des Polstücks 72 sitzt zentriert ein inneres Polstück 78, welches mit dem Polstück 72 einen ringförmigen Luftspalt für die Schwingspule (die noch zu beschreiben ist) definiert. Die Zentrierung erfolgt mittels eines nicht-magnetischen Zwischenrings 80, der das innere Polstück dicht umschließt und in eine ringförmige Ausnehmung an der inneren Oberfläche des ringförmigen Polstücks 72 greift. Ein Polarisationsmagnet 82 wird mittels der Platte 74- in axialer Ausrichtung mit dem inneren Polstück 78 gehalten und definiert mit der inneren V/and des Hauptkörpers einen ringförmigen Hohl-

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raum, dessen Volumen mit "VV bezeichnet ist.

Ein wichtiges Merkmal des Mikrofons ist die Konstruktion der Membran 86, die gemäß Figur 4-A kreisrund ausgebildet ist. Der größte Teil der Membranfläche bildet einen Konus 88,und der mittlere Teil 90 der Membran hat kuppeiförmige Gestalt. Die Verbindungsstelle zwischen dem kuppeiförmigen und dem konusförmigen Teil bildet einen kreisrunden Wulst zur Befestigung einer runden Schwingspule 92. Die Membran besteht vorzugsweise aus Kylar und ist durch Pressen bei erhöhter Temperatur unter Anwendung bekannter Verfahren in die gewünschte Form gebracht worden. Die Membran ist an ihrem Umfang an einen Haltering 94-geklebt, der perspektivisch in Figur 4-B gezeigt ist und mehrere Öffnungen aufweist, die in Form von Schlitzen 96 in seine untere Kante gefräst sind. Alternativ können auch mehrere öffnungen in die Wandung des Rings eingebracht sein. Der Ring 94- ist seinerseits an den Hauptkörper 70 des Mikrofons gekittet. Der Ring 94- hat vorzugsweise denselben Durchmesser wie der Hauptkörper und liegt auf einem Bord 70a am oberen Ende des Hauptkörpers auf. Die öffnungen 96 dienen als akustische Durchlässe oder Kanäle 98, über die der Schalldruck p_? einen Schallfluß in das Innere des Mikrofons bewirken kann, um einen gewünschten phasenverschobenen Druck p-, innerhalb des Hohlraums V₅, zu erzeugen, der durch den konusförmigen Teil 88 der Membran und die obere Fläche des ringförmigen Polstücks 72 definiert wird. Diese Öffnungen bilden außerdem einen bequemen und direkten Weg, um die Anschlußleitungen 92a und 92b von der Schwingspule 92 herauszuführen. Das Magnetfeld für die Spule 92 verläuft quer durch den die Spule aufnehmenden Spalt zwischen dem ringförmigen Polstück 72 und dem inneren Polstück 78, welches mittels des nicht-magnetischen Zwischenrings 80 innerhalb des Stücks 72 zentriert ist.

In bevorzugter Ausführungsform beträgt der Durchmesser des kuppeiförmigen Teils 90 der Membran ungefähr 1/4- des Durch-

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messers des ungestützten Teils der Membran, so daß der kuppeiförmige Teil nur etwa .ein Sechzehntel der gesamten Membranfläche ausmacht. Selbst wenn man berücksichtigt, daß der konusförmige Teil 88 wegen seiner Auflage am Rand nur etwa zu 80?? wirksam ist und dann der Durchmesser des kuppeiförmigen Teils ungefähr (i/4-)/O,8O; oder 0,3112 des aktiven Membrandurchmessers ausmacht, dann beträgt der Anteil der kuppelför-

migen Fläche an der aktiven Membranfläche ungefähr 0,312"", d.h. nur 0,099. Somit macht die vom kuppeiförmigen Teil 90 beigetragene Kraft nur ungefähr 1O# der Gesamtkraft aus, die zum Treiben der Wandlerspule 92 zur Verfügung steht. Der Einfluß des kuppeiförmigen Teils auf die Gesamtleistung des Mikrofons ist daher ziemlich klein und so gering, daß die kuppeiförmige Fläche der Membran vernachlässigt werden kann und nur der grÖßervolumige Hohlraum hinter dem konusförmigen Teil 88 bei der Konstruktion der phasenverschiebenden Einrichtungen berücksichtigt zu werden braucht, die notwendig sind, um dem Mikrofon die gewünschte Richtcharakteristik zu geben.

Der Aufbau der phasenverschiebenden Einrichtung wird somit einfach; sie besteht aus einem Band aus Bespannungsstoff 100, der z.B. durch Kleben am äußeren Umfang des Halterings 94-bcfestigt wird und dessen unterer Rand auf einem schmalen Absatz 70b an der äußeren Wand des Hauptkörpers aufliegt. Der die Einlassöffnungen 98 bedeckende Bespannungsstoff 100 führt · zu einem akustischen Widerstand eines zur Herbeiführung der passenden Phasenverschiebung geeigneten Werts. Ein anderes Element des akustischen Netzwerks wird durch mehrere öffnungen im ringförmigen Polstück 72 realisiert (in einer erfolgreich betriebenen Ausführungsform sind es 8 solcher öffnungen), von denen zwei in der Figur 4- dargestellt sind und die den Hohlraum V₂ hinter dem konur.förmigen Teil 88 der Membran mit dem Hohlraum V₁- innerhalb des Hauptkörpers des Mikrofons verbinden. Die yon der Membran abgewandten Enden der öffnungen 102 sind mit einem akustischen Widerstandsmaterial, etwa einem Streifen aus

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Bespannungsstoff 10^,überdeckt. Der Bespannungsstoff kann alternativ auch auf die Oberfläche des ringförmigen Polstücks 72 aufgebracht sein, um die der Membran am nächsten liegenden Enden der Öffnungen zu überdecken. Die akustische Impedanz der Durchlässe 98 und des Bespannungsstoffs 100, durch Vielehe Luft aus der Atmosphäre in den Hohlraum V., fließt, gefolgt von den überspannten Öffnungen 102, die als akustische Kanäle zwischen dem Hohlraum V^ und dem Hohlraum V₁- dienen, ist im wesentlichen ein Gegenstück der in Figur 10 der oben genannten USA-Patentschrift 2 237 298 gezeigtaiphasenverschiebenden Einrichtung. Anstatt die Öffnungen 102 und die Bespannung 104 vorzusehen, kann man alternativ auch den nicht-magnetischen Zwischenring 80 aus einem porösen Material bilden, welches eine geeignete akustische Impedanz hat, die zusammen mit dem Luftspalt einen akustischen Durchlaß zwischen dem Hohlraum V₇, und dem Hohlraum V₁. bildet.

Da die Fläche des kuppeiförmigen Teils 90 gegenüber der wirksamen Gesamtfläche der Membran klein ist und dieser Teil daher nur einen kleinen Beitrag zur akusto-mechanischen Funktion bzw. zur Richtcharakteristik des Wandlers liefert, ist es nicht notwendig, für eine besondere Phasenverschiebung irgendeines Drucks P^ zu sorgen, der innerhalb des vom kuppeiförmigen Teil und dem oberen Ende des inneren Polstücks 78 definierten kleinen Hohlraums erzeugt wird.

Obwohl es zur Erfüllung des Hauptzwecks der vorliegenden E_rfindung nicht wesentlich ist, kann man die Leistungsfähigkeit des Mikrofons verbessern, indem man eine im freien Ende des inneren Polstücks 78 gebildete Vertiefung 78a mit schallschluckendem Material 106 (z.B. mit Filz) füllt, um Resonanzen "innerhalb des kleinen Hohlraums unter der Kuppel zu verhindern. Das Vorhandensein des schallschluckenden Materials macht es möglich, daß der Druck ρ^ im größeren Hohlraum V₅, dem Druck p^, im kleinen Hohlraum bei sehr niedrigen Frequenzen angeglichen wird,

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um zum richtigen Funktionieren des Mikrofons beizutragen· Bei hohen Frequenzen ist die Impedanz des rund um die Schwingspule liegenden Durchlasses zu hoch, um einen Druckausgleich zu gestatten, und das Vorhandensein des schallschluckenden Materials verbessert die Hochtonqualität des Mikrofons·

Der beschriebene Aufbau der Mikrofonkapsel ermöglicht außerdem ein einfaches Justieren der Richtcharakteristik. Zu. diesem Zweck ist ein Schieber 108 in Form einer Hülse aus schalldichtem Material wie etwa Metall oder Kunststoff vorgesehen, der den äußeren Umfang des Mikrofons eng umschließt und in Längsrichtung des Mikrofonkörpers beispielsweise mittels eines kleinen Knopfs 108a bewegbar ist, um einen kontrollierten Teil der Fläche der Einlaßöffnungen 98 zu verdeckenund dadurch die von den Durchlässen 98 und dem Bespannungsstoff 100 eingeführte Impedanz zu modifizieren. V/enn der Schieber die in Figur 4 gezeigte Stellung hat, dann kann die phasenverschiebende Einrichtung so bemessen sein, daß das Mikrofon ein Polardiagramm in Form einer Hyperkardioide hat, wahrend im Falle, daß der Schieber ungefähr die Hälfte der Fläche der Öffnungen 98 bedeckt, an Diagramm in Form einer Kardioide (Nierencharakteristik) erhalten wird, V/enn der Schieber in eine Stellung bewegt wird, wo er die öffnungen 98 vollständig verschließt, dann kann von außen kein Schallfluß in den Hohlraum V,, eindringen, und das Mikrofon spricht dann nur auf den Außendruck an, womit sich angenähert eine Kugelcharakteristik ergibt. Die Hülse 108 ermöglicht somit die Umwandlung eines Mikrofons mit einseitig gerichteter Charakteristik in ein Mikrofon mit Kugelcharakteristik.

Dank der beschriebenen Konstruktion läßt sich die Mikrofonkapsel in praktischen Abmessungen herstellen, während man eine bessere Richtcharakteristik und einen besseren Frequenzgang im Bereich der hörbaren Frequenzen erzielt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Kapsel einen Durchmesser von etwa 25 mm, eine Länge von etwa 4,8 mm und einen im wesentlichen flach

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verlaufenden Frequenzgang über einen Bereich von etwa 100 Hz bis 15 000 Hz bei einem Empfindlichkeitspegel von etwa -75 db. Ihre mechanische Einfachheit bringt es mit sich, daß die Kapsel kompakt und stabil ist, gut justierbar und leistungsfähig ist und daß ihre Teile einfach zu bauen und zusammenzusetzen sind. Die Impedanz des Mikrofons ist durch geeignete Wahl der Wicklung für die Spule von etwa 5° 0hm bis etwa 15O 0hm einstellbar.

Da sich die Erfindung hauptsächlich auf die Konstruktion der Mikrofonkapsel "bezieht, wurde vorstehend nicht beschrieben, wie diese Kapsel in dem üblichen äußeren Körper befestigt ist· Die Kapsel sollte natürlich innerhalb des einen Endes eines rohrförmigen, vorzugsweise aus Metall bestehenden und als Halter oder Griff ausgebildeten äußeren Körpers federnd montiert sein, wobei das vordere Ende freien Zutritt zur Membran und zu den akustischen Kanälen erlaubt und am anderen Ende ein geeigneter Anschlußstecker vorgesehen ist· Außerdem sollte die Membran von einem geeigneten Schutzgitter umgeben sein. Auch ist jede andere Befestigungsmethode zufriedenstellend, sofern sie einen ungehinderten Zugang der Schallwellen zur Membran und zu den akustischen Einlassöffnungen erlaubt.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind verschiedene Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Erfindungsgedankens möglich, dessen Umfang mit den beigefügten Patentansprüchen darzustellen versucht wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Hy Dynamisches Mikrofon mit einem Gehäusekörper, der an einem Ende ein ringförmiges Magnetpolstück trägt, in dessen mittlerer Öffnung koaxial ein inneres Magnetpolstück angeordnet ist, welches mit dem ringförmigen Polstück einen kreisförmigen Luftspalt begrenzt, ferner mit einer am Rand festgehaltenen schwingungsfähigen runden Membran, die einen mittleren kuppeiförmigen Teil aufweist, mit dem eine kreisrunde Spule mechanisch gekoppelt ist, die konzentrisch zum kuppeiförmigen Teil der Membran im Luftspalt liegt und den gleichen Durchmesser wie der kuppeiförmige Teil der Membran hat, wobei eine Seite der Membran äußeren Schalldruck empfängt und die Spule elektrische Ausgangssignale als Funktion des auf die Membran treffenden Schalldruckes erzeugt, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Membran (86) mit ihrem Rand an einem ringförmigen Membranhalter (94-) befestigt ist, dessen Durchmesser viel größer als derjenige des Luftspalts ist und der am Gehäuse'-körper (70) allgemein planparallel mit dem Luftspalt gehalten ist;

   daß die Membran zwischen ihrem inneren kuppeiförmigen Teil (90) und ihrem Rand einen aktiven äußeren Flächenteil konusförmiger Gestalt aufweist, der mit dem kuppeiförmigen Teil zusammenstößt und dessen Fläche größer ist als die Fläche des kuppeiförmigen Teils;

   daß das von der Membran (86), vom Membranhalter (9²J-) und von den der Membran zugewandten Flächen des ringförmigen Polstücks (72) und des inneren Polstücks (78) umschlossene

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   Gesamtvolumen durch den Luftspalt in zwei Teile aufgeteilt ist, wobei das unter dem kuppeiförmigen Teil (90) der Membran liegende Teilvolumen viel kleiner als das unter dem konusförmigen Teil (88) der Membran liegende Teilvolumen (V₃) ist;

   daß im Membranhalter (9^) eine erste Durchlaßvorrichtung (98) mit einer akustischen Impedanz gebildet ist, die als akustischer Kanal zwischen der äußeren Atmosphäre und dem besagten Gesamtvolumen dient;

   daß innerhalb des Gehausekörpers (70) ein zweites Volumen (Vj-) vorhanden ist, welches zum Teil durch diejenige Oberfläche des ringförmigen Polstücks (72) begrenzt ist, die der der Membran (86 ) zugewandten Oberfläche des Polstüclcs entgegengesetzt ist;

   daß im ringförmigen Polstück (72) eine zweite Durchlaßvorrichtung (1O2) mit einer akustischen Impedanz gebildet ist, die als akustischer Kanal zwischen dem besagten Gesamtvolumen und dem zweiten Volumen (V₁-) dient;

   daß die akustische Impedanz der ersten und der zweiten Durchlaßvorrichtung (98, 102) und das Gesamtvolumen und das zweite Volumen so aufeinander abgestimmt sind, daß das Mikrofon eine vorbestimmte Richtcharakteristik erhält;

   daß das Teilvolumen unter dem konusförmigen Membranteil (88) genügend größer ist als das Teilvolumen unter dem kuppeiförmigen Membranteil (90),um eine wesentliche Beeinflussung der Richtcharakteristik durch irgendeinen im Te 5.1-volumen unter dem kuppeiförmigen Membranteil erzeugten Schaldruck zu vermeiden.

   Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranhalter (94-) ein Ring ist und daß die erste .Durch-r laßvorrichtung (98) durch mindestens eine durch den Ring gehende Öffnung gebildet ist, in der ein akustischer V/iderstand (100) vorgesehen ist.

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   3. Mikrofon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Durchlaßvorrichtung (1O2) durch mindestens eine das ringförmige Polstück (72) durchdringende Öffnung gebildet ist, in der ein akustischer Widerstand (104) vorgesehen ist.

   4·. Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des kupp eiförmigen Merabr ante ils (90) ungefähr 10 ^c/j der gesamten aktiven Fläche der Membran ausmacht.

   5. Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Membran (86) zugewandte Ende des inneren Polstücks (78) eine Vertiefung (78a) aufweist, die mit schallschluckenden Material (106) gefüllt ist, um Resonanzen innerhalb des unter dem kuppeiförmigen Teil (90) der Membran (86) liegenden Teilvolumens zu vermeiden.

   6. Mikrofon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Justierbarkeit der Richtcharakteristik des Mikrofons eine schalldichte Hülse (1O8) vorgesehen ist, die den Gehäusekörper (70) umschließt und längs des Gehäusekörpers aus einer Stellung, wo sie die Öffnungen im Ring (9^) nicht bedeckt, in eine Stellung verschieblich ist, wo sie die besagten Öffnungen für einen aus der äußeren Atmosphäre in das besagte Gesamtvolumen dringenden Schalldluß effektiv verschließt.

   7. Dynamisches Mikrofon, dadurch gekennzeichnet,

   daß es eine hohle zylindrische Magnetstruktur enthält, die an einem Ende durch eil flaches ringförmiges Polstück und am anderen Ende durch eine Magnetplatte abgeschlossen ist;

   daß auf der Magnetplatte koaxial innerhalb der zylindrischen Struktur ein PcGarisationsmagnet gehalten ist, der mit der inneren Wandung der Struktur einen ringförmigen Hohlraum umschließt;

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   daß kolinear mit dem Polarisationsmagnet ein inneres Polstück angeordnet ist, welches innerhalb des ringförmigen Polstücks gehalten ist und mit diesem einen Luftspalt definiert;

   daß ein ringförmiger Membranhalter vorgesehen ist, der im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Magnetstruktur hat und an dem besagten einen Ende dieser Struktur gehalten wird und sich über die äußere Oberfläche des ringförmigen Polstücks hinaus erstreckt;

   daß eine schwingungsfähige Membran mit ihrem Rand an dem ringförmigen Membranhalter befestigt ist und daß diese Membran einen aktiven ringförmigen äußeren Teil konusförmiger Gestalt hat, der mit einem mittleren Teil kuppeiförmiger Gestalt zusammenstößt, wobei die aktive Fläche dieses äußeren T_eils größer ist als die Fläche des kuppeIförnigen Teils;

   daß an der Membran konzentrisch mit ihrem kuppeiförmigen T_eil eine Spule befestigt ist, deren Durchmesser im wesentlichen gleich ist dem Durchmesser des kuppeiförmigen Membranteils und die innerhalb des Luftspalts liegt, wobei eine Seite der Membran äußeren Schalldruck empfängt uid die Spule elektrische Ausgangssignale als Funktion des auf die Membran treffenden Schalldrucks erzeugt;

   daß die Kembran,der Membranhalter und das besagte eine abgeschlossene Ende der Magnetstruktur ein Gesamtvolumen umschließen, welches durch den. Luftspalt in zwei Teilvolumen aufgeteilt ist, deren erstes unter dem konusförmigen Membranteil und deren zweites unter dem kuppeiförmigen Membranteil liegt;

   daß im Membranhalter eine erste Durchlaßvorrichtung mit einer akustischen Impedanz gebildet ist, die als akustischer Kanal zwischen der äußeren Jltmosphäre und dem ersten Teilvolumen dient;

   daß der Luftspalt gegenüber dem ringförmigen Hohlraum akustisch mittels einer Vorrichtung abgedichtet ist, die am inneren Polstück und am ringförmigen Polstück angreift; ■

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   daß im ringförmigen Polstück eine zweite Durchlaßvorrichtung mit einer akustischen Impedanz gebildet ist, die als akustischer Kanal zv.'ischen dem ersten Teilvolumen und dem ringförmigen Hohlraum dient;

   daß das erste Teilvolumen genügend größer ist als das zweite Teilvolumen, um eine wesentliche Beeinflussung der Richtcharakteristik des Mikrofons durch irgendeinen im zweiten Teilvolumen erzeugten Schalldruck zu vermeiden.

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