DE4017151A1 - Messsonden-mikrophon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßsonden-Mikrophon mit einem akustischen Meßgrößenumwandler mit einem Hohlraum, mit dem Sondenröhre und ein Impedanzanpassungsrohr verbunden sind.

Ein Sonden-Mikrophon soll dafür anwendbar sein, den Schall­ druck in einer Punkt, beispielsweise in einer sehr heißen Umgebung, zu messen. Ein Sondenrohr in Verbindung mit einer Mikrophonkapsel gibt aber einige unerwünschte Re­ sonanzen. Man hat versucht dieses Problem durch ein fast unendliches Rohr zu lösen, das mit einem mit einem Hohlraum und einer Mikrophonkapsel in Verbindung stehende Ver­ zweigungsrohr verbunden ist. Dadurch werden unerwünschte Resonanzen in einem Teil des Frequenzbereiches reduziert. Die Mikrophonkapsel mit zugehöriger Ankupplung ist aber eine unerwünschte Belastung besonders bei hohen Fre­ quenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Sonden-Mikro­ phon mit einer gleichmäßigen Übertragungscharakteristik zu schaffen.

Das Sonden-Mikrophon gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanzanpassungsrohr in mehreren kleinen Rohren einer gesammten Querschnittfläche, die hauptsächlich der Querschnittfläche des Sondenrohrs ent­ spricht, aufgeteilt ist. Die kleinen Impedanzanpassungs­ rohre verbessern die Charakteristik wegen ihrer größeren akustischen Dämpfung. Außerdem kann eine fernere Verbes­ serung erreicht werden, wenn die Impedanzanpassungsrohre verschiedene Längen aufweisen, wobei die reduzierten Reflexionen einander ausgleichen können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Meßsonden-Mikrophon gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den oberen Teil des Sonden-Mikrophons im größeren Maßstab,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der zugehörigen Impedanzanpassungsrohre, und

Fig. 4 die Frequenzcharakteristik des Meßsonden- Mikrophons.

Fig. 2 zeigt ein Meßsonden-Mikrophon mit einem Sondenrohr 1. Das Sondenrohr 1 weist einen Innendurchmesser von etwa 3,1 mm und eine Länge von etwa 174 mm auf. Das Sonden­ rohr 1 erstreckt sich bis zu einem kreisförmigen Hohlraum 2 vor der Membran 3 eines Kondensator-Mikrophons. Der Hohlraum ist etwa 25,5 mm³. Der Durchmesser des Hohlraums 2 ist etwa 9,3 mm. Unter der Membran 3 ist eine kegel­ stubförmige Gegenelektrode 4 ersichtlich. Von dem Hohlraum 2 gehen vier Kanäle 5, 5′ hinaus, von denen nur zwei Kanäle ersichtlich sind. Diese Kanäle 5, 5′ fortsetzen in ihr je­ weiliges Rohr 6, 6′. Die Rohre 6, 6′ weisen eine Länge von 2480 mm, 2790 mm, 3160 mm beziehungsweise 3225 mm auf. Die Rohre 6, 6′ sind mit demselben Winkelabstand im Verhältnis zu dem Hohlraum angeordnet. Der Innendurchmesser der Rohre ist etwa 1,55 mm, abgesehen von der Stelle wo die Rohre 6, 6′ in den Hohlraum 2 münden, als dort zwei kleine Löcker zur Erreichung einer besseren Anpassung vorgesehen sind. Die erwähnten Impedanzanpassungsrohre 6, 6′ erstrecken sich durch einen massiven Körper 7 zu einigen waagerechten Kanälen 5, 5′ im oberen Körper 8. Die Im­ pedanzanpassungsrohre 6, 6′ sind aufgewickelt und ein­ gekapselt wie in Fig. 3 gezeigt.

Das Kondensator-Mikrophon enthält wie früher erwähnt eine kegelstubförmige Gegenelektrode 4, die in einem Hohlraum hinter der Membran 3 angeordnet ist. Die Gegenelektrode 4 ist an einem nicht gezeigten Isolator befestigt. Das Mikrophongehäuse stellt eine weitere Elektrode dar. Der Rest des Mikrophonkörpers (die Mikrophonkapsel) ist unter der kegelstubförmigen Gegenelektrode 4 ersichtlich. Am Boden der Kapsel ist ein Schalter vorgesehen, der mit einem Vorverstärker 9 in Verbindung steht, der in der Spule von aufgewickelten Anpassungsrohren 6, 6′ angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt das ganze Meßsonden-Mikrophon. Ein Windschirm 10 ist ganz oben ersichtlich. Der Windschirm 10 besteht aus Schaummaterial mit offenen Poren. Dieses Material ist für Schall transparent. Das Messen des Windgeräusches, das um ein freistehendes Mikrophon entstehen kann, ist nicht interessant. Der Windschirm 10 reduziert den Luftstrom und dadurch das windinduzierte Geräusch. Das Sondenrohr 1 erstreckt sich bis zum Mikrophon hinunter, wo das Signal dem Vorverstärker 9 abgegeben wird. Eine elektrische Spannung wird für das elektrische Kalibrieren des Systems verwendet.

Der Meßkörper selbst beeinflußt das zu messende Feld. Man ist daran interessiert, das Feld ohne die Anwesenheit des Mikrophons zu messen, als das Mikrophon das Feld beein­ flußt. Auch beim Sondensystem besteht eine Übertragungs­ charakteristik, die von einer flachen Übertragungscharak­ teristik abweicht, was auch das System beeinflußt. Die frequenzcharakteristik der Mikrophonkapsel ist auch nicht ganz flach. Alle diese Verhältnisse werden in einem Filter 11 ausgeglichen. Eine Kabeltreibvorrichtung schafft eine Anpassung zur Erreichung einer niedrigen Ausgangsimpedanz, so daß verhältnismäßig lange Kabel gezogen werden können. Der ganze Behälter ist eingekapselt und wird aus Rücksicht auf die Betriebszuverlässigkeit mittels eines Entfeuchters 12 trocken gehalten. Es wird angegeben, wenn der Ent­ feuchter 12 erschöpft ist.

Das Mikrophon selbst ist auf einem Ständer oder einem Mast angeordnet. Ein Mast wird aufgerichtet, und eine Schraubkappe wird an der Spitze des Mastes festgeschraubt, so daß die ganze Mikrophoneinheit ein Teil des Mastes wird, wobei das Schallfeld mindestmöglichst gestört wird. Das Mikrophon kann auch auf ein dreibeiniges Photostativ angeordnet werden. Zur Befestigung auf das Photostativ muß ein besonderes Zwischenstück eingerichtet werden.

Am besten wäre, ob man mit einem gekannten Schalldruck kalibrieren konnte, so daß man untersuchen kann, ob das Mikrophon auf die richtige Weise reagiert. Man kann aber nicht ein Schallgeber machen, der ausreichend gut ist. Die Probeschallquelle 13 dient zum Abgeben eines einiger­ maßen bekannten Schalls um zu untersuchen, ob Schalldurch­ gang im System besteht.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Freifeldfrequenzcharak­ teristik des in Fig. 1 gezeigten Meßsonden-Mikrophons. Die Kurve ist fast flach im Bereich 20-15 kHz. Die Anwen­ dung von mehreren kleinen Anpassungsrohren verschiedener Längen verbessert besonders die Frequenzcharakteristik in dem Bereich unter 5 kHz. Dort, wo das Mikrophon ver­ bunden ist, besteht keine Impedanz, die völlig der Impedanz des Sondenrohrs 1 entspricht. Eine Diskontinuität besteht daher, die Reflexionen bei höheren Frequenzen mit sich führt. Die Schwingungen der Charakteristik bei den hohen Frequenzen sind aber verhältnismäßig klein, was auf die Ausbildung des Hohlraums zurückzuführen ist, da eine Strömung durch den Hohlraum 2 geführt wird, wobei der Hohlraum ein Teil des Rohrs ist. So werden die uner­ wünschten Reflexionen bei hohen Frequenzen reduziert.

Das Kondensator-Mikrophon läßt sich gegebenenfalls durch einem anderen druckmessenden Meßgrößenumwandler, bei­ spielsweise auf einem keramischen Körper basiert, er­ setzen.

Claims (8)

1. Meßsonden-Mikrophon mit einem akustischen Meßgrößenum­ wandler mit einem Hohlraum, der mit einem Sondenrohr (1) und einem Impedanzanpassungsrohr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Impedanz­ anpassungsrohr in mehreren kleinen Rohren (6, 6′) einer gesamten Querschnittfläche, die hauptsächlich der Querschnittfläche des Sondenrohrs (1) entspricht, aufgeteilt ist.

2. Sonden-Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Impedanzanpassungs­ rohre (6, 6′) verschiedene Längen aufweisen, wobei die stehenden Wellen in den Impedanzanpassungsrohren (6, 6′) einander ausgleichen.

3. Sonden-Mikrophon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzanpas­ sungsrohre (6, 6′) um einen gemeinsamen Kern (9) gewickelt sind.

4. Sonden-Mikrophon nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (1) einen Innendurchmesser von etwa 3,1 mm aufweist.

5. Sonden-Mikrophon nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Impedanzanpas­ sungsrohre (6, 6′) vorgesehen sind, die je einen Innendurchmesser von etwa 1,5 mm aufweisen.

6. Sonden-Mikrophon nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die vier Impedanzan­ passungsrohre (6, 6′) eine Länge von 2480, 2790, 3160 bzw. 3525 mm aufweisen.

7. Sonden-Mikrophon nach jedem der vorhergehenden An­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) kreisrund ist und einen Durchmesser von etwa 9,3 mm aufweist.

8. Sonden-Mikrophon nach jedem der vorhergehenden An­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Hohlraums (2) etwa 25,5 mm³ beträgt.