DE3737846A1 - Mikrofon mit optischen fasern, nichtelektrischem und nichtmetallischem aufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf ein Mikrofon, welches in seinem Aufnahmekörper aus nichtelektrischen, nichtmetallischen und nichtmagnetischen Elementen aufgebaut ist und sich dadurch auszeichnet, daß ein Aufnahme- und Übertragungsmittel mit optischen Fasern vorgesehen wird. Es kann damit in Räumen und/oder Bereichen hoher magnetischer Feldstärken verwendet werden, wie z. B. in der Nähe oder innerhalb von Kernspintomographen. Ein Gebrauch kann jedoch auch überall dort angezeigt sein, wo es erwünscht ist, nichtmetallische und nichtmagnetische oder nichtmagnetisierbare Körper oder Einrichtungen zu verwenden.

Es ist bekannt, sich der Faseroptik zu bedienen, um Informationsaufnahme-, -verarbeitungs- und -übertragungsprozesse zu realisieren, die sonst mit elektrischen und metallischen Mitteln der Nachrichtentechnik erzielbar sind. Es ist weiterhin bekannt, sich der Faseroptik zu bedienen, um Fühler zum Erfassen von Betriebszuständen zu erhalten (DE 34 41 641 A1). Weiterhin werden solche Systeme benützt, um den Abstand zwischen dem freien, auslaufenden Ende eines optischen Faserstranges und einer reflektierenden Fläche genau zu messen (US-Patentschriften 32 73 447, 43 09 618 und 43 58 960). Es ist auch bekannt, eine reflektierende Oberfläche mit einer auf Druck ansprechenden Membrane vorzusehen, um eine auf Druck ansprechende Vorrichtung zu schaffen. Beispiele sind in den US-Patentschriften 35 80 082, 43 22 978 und 43 22 979 beschrieben.

Eine Anwendung der zitierten Prinzipien zur Herstellung eines Mikrofons ist nicht bekannt. Ein solcherart in seinem Aufnahmekörper ausschließlich aus nichtmetallischen und nichtmagne­ tischen bzw. nicht magnetisierbaren Bau- und Funktionsteilen gefertigtes Mikrofon ist über­ all dort vorteilhaft zu verwenden, wo metallische, magnetisierbare und elektrisch leitende Bauteile störend wirken können. Das Beispiel der Anwendung zur Kommunikation von Patienten und Arzt bei kernspintomographischen Untersuchungen illustriert diese Situation besonders. Bei solchen Untersuchungen dürfen metallische Körper nicht in den Untersuchungsbereich eingebracht werden, da durch elektromagnetische Induktion lokale Feldstärkeinhomogenitäten entstehen. Es sind jedoch auch Situationen unter anderen bekannten Randbedingungen denkbar (z. B. in der Luft- und Raumfahrt) die eine Verwendung metallisch aufgebauter Mikrofone nicht angezeigt erscheinen lassen.

Ein Beispiel des Aufbaues eines Mikrofons mit optischen Fasern und nichtmetallischem, nichtelektrischem und nichtmagnetisierbarem Aufnehmer ist durch die Fig. 1 bis 4 illustriert.

In Fig. 1 ist ein typisches System mit einem erfindungsgemäßen Mikrofon gezeigt, das mindestens im Bereich des optischen Schallaufnehmers und des Weges zur Lichtquelle und zum Detektor aus nichtmetallischen, nichtelektrischen und nichtmagnetisierbaren Materialien aufgebaut ist und mit optischen Fasern arbeitet. Ein derartiges System weist einen optischen Schallaufnehmer auf, der über eine erste Gruppe von optischen Fasern mit einer schematisch dargestellten Lichtquelle und über eine zweite Gruppe von optischen Fasern mit einem Detektor für reflektiertes Licht verbunden ist. Beide optischen Fasergruppen sind gemeinsam und/oder getrennt in einem oder mehreren Bündeln zur Schallaufnehmeranordnung geführt.

Andere Ausführungsformen können jedoch auch nur eine Lichtleiterfaser oder Fasergruppe verwenden, die dann gleichzeitig das Licht von der Lichtquelle zum optischen Schallaufnehmer und das reflektierte Licht vom Schallaufnehmer zum Detektor führt.

Die Lichtquelle kann selbständig, oder mit Hilfe geeigneter Filtervorrichtungen und Modulationsverfahren moduliertes oder polarisiertes oder monochromatisches Licht, oder Licht mit Kombinationen dieser Eigenschaften, mit Wellenlängen im sichtbaren und unsichtbaren Bereich aussenden. Desgleichen kann der Detektor die durch den Lichtleiter übermittelten, reflektierten Lichtanteile erkennen und einem Wandler zuführen, der die im Aufnehmer erzeugten schallbedingten Änderungen der Lichteigenschaften wieder zu einem akustischen Signal wandelt.

Die Fig. 2 zeigt beispielhaft einen optischen Schallaufnehmer in der Aufsicht, der in Fig. 3 und 4 im Schnitt gezeichnet ist.

Die Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab beispielhaft die baulichen Eigenheiten einer möglichen Ausführungsform eines optischen Schallaufnehmers. Ein Bündel optischer Fasern endet in einem nichtmetallischen, nichtelektrischen und nichtmagnetisierbaren Gehäuse (4) und ist hier durch geeignete Maßnahmen ortsfest fixiert. Die zentrale Faser (3) führt das von einer Lichtquelle ausgesendete Licht. Dieses wird von einer nichtmetallischen, nichtelektrischen und nichtmagnetischen Membran, einem Bändchen oder einem anderweitig geformten, eingespanntem schwingungsfähigem Gebilde (5) an seiner glatten oder strukturierten Oberfläche reflektiert. Die Reflexionen werden von den lateralen Fasern (2) auf den Detektor geleitet.

Das nichtmetallische, nichtelektrische, nichtmagnetische, schwingungsfähige Gebilde (5) wird durch den Schall, der durch die Öffnungen (8) in das Gehäuse eintritt, zu Schwingungen angeregt, was zu Änderungen der Lichtreflexionen führt, die dem Schall zuordnenbar sind. Der Detektor erzeugt aus den Reflexionen ein schalläquivalentes Signal. Das Lichtleiterfaserbündel ist von einer Schutzhülle (1) ummantelt.

In Fig. 4 ist beispielhaft vor dem lichtoptisch abgetasteten Schwingungskörper ein weiteres schwingungsfähiges Gebilde, z. B. eine ebenfalls nichtmetallische, nichtelektrische und nichtmagnetisierbare Membrane angeordnet, die primär durch den auftreffenden Schall zu Schwingungen angeregt wird. Diese Schwingungen werden über einen Kopplungsmechanismus (6), beispielsweise durch ein einfaches oder mehrfaches Hebelsystem, verstärkt und auf den lichtoptisch abgetasteten Schwingkörper übertragen. Durch die Wahl unterschiedlicher Massen- und Größenverhältnisse von (5) und (7) und/oder unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse des Kopplungsmechanismus (6), sowie der Angriffspunkte oder -flächen von (6) an (5) und (7) wird das Übertragungsverhalten des Systems beeinflußt und korrigiert.

Claims (9)

1. Mikrofon mit nicht elektrisch leitendem, nicht elektrischem, nichtmagnetisierbaren und nichtmetallischem Aufnehmer zur Sprach-, Geräusch und Tonaufnahme und -übertragung auf bekannte Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabeeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Aufnahme- und Übertragungsmittel mit optischen Fasern vorgesehen wird, das mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor verbunden ist und ein planparalleles, auslaufendes Ende aufweist und die Bewegung einer reflektierenden Oberfläche nutzt, um variable Werte an reflektiertem Licht zu erzeugen, die zum Detektor übertragen werden,
indem eine nichtmetallische reflektierende Membran oder ein anderer nichtmetallischer Schwingkörper so an einer Körperanordnung des Aufnehmerteiles des Mikrophons befestigt wird und das auslaufende Ende so eingerichtet ist, daß die Lichtreflexion über den Bereich der Membran- und/oder Schwingkörper-Auslenkungsstrecke in Abhängigkeit von Schalldruck- und -frequenz variabel erfolgt und damit Schallamplituden und -frequenzen lichtstärkenmoduliert optische Fasern dem Lichtdetektor zuführt,
welcher über bekannte elektrische und elektronische Einrichtungen eine Sprach-, Ton- und Geräusch-Aufzeichnung und/oder Wiedergabe über bekannte Einrichtungen bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schallbedingten Schwingungs­ auslenkungen der das Licht reflektierenden Membran- und/oder Schwingkörpereinrichtungen durch eine diesen Elementen vorgeschaltete mechanische oder hydrodynamische Einrichtung, die in der Körperanordnung des Aufnehmerteiles und/oder in geeigneter Form außerhalb der­ selben und in Verbindung mit ihr angebracht ist, verstärkt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der das Licht reflektierende Schwingkörper ersetzt oder ergänzt wird durch fluide oder gasförmige Medien, welche in Abhängigkeit von Schalldruck- und/oder -frequenz Lichtreflexions-, Emissions- oder -Ab­ sorptionsvorgänge bewirken, die in analoger Weise wie in Anspruch 1 eine Tonaufnahme und Übertragung über das optische Fasersystem möglich machen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel des Licht­ leiters in bekannter Weise so angeordnet sein können, daß die das Licht von der Quelle zum Auf­ nahmekörper und die das modulierte Licht vom Aufnahmekörper zum Detektor leitenden Fasern und oder Fasergruppen im Querschnitt des Lichtleiterbündels jeweils zentral, peripher oder gemischt liegen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß polarisiertes und oder monochromatisches Licht über die bekannten Quellen, Kompensations- und Modulations­ einrichtungen verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß Laserlicht über die bekannten Quellen, Kompensations-, Modulations- und Detektoreinrichtungen verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Lichtsignal in Abhängigkeit von den Schall-, Ton- und Geräuschschwingungen modulierenden Schwingkörper sich außerhalb des Aufnahmekörpers befinden und nicht fest mit ihm verbunden sind, derart daß die Beleuchtung und Lichtreflexion durch geeignete Ausrichtung des optischen Fasersystems auf diese außerhalb des Aufnahmekörpers angeordneten Schwingkörper erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Lichtleiter am auslaufenden Ende nicht planparallel sondern in unterschiedlichen Abwinkelungen eingerichtet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß nichtmetallische, bekannte optische Einrichtungen zur Beeinflussung des Strahlenganges und zur Verbesserung und/oder Verstärkung der Lichtmodulation zwischen Schwingkörper und optischem Fasersystem innerhalb der Körperanordnung des Aufnahmeteiles angeordnet sind.