DE4303093C2 - Kondensatormikrofon aus zwei Wandlern mit veränderlicher Richtcharakteristik - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Kondensatormikrofon der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art und betrifft eine weitere Ausbildung der durch das deutsche Patent 43 00 379 geschützten Erfindung.

Die beiden Wandler eines solchen bekannten Kondensatormikrofons besitzen einen richtungsabhängigen Übertragungsfaktor, der durch den Quotienten aus der vom Mikrofon für die jeweilige Schalleinfallrichtung abgegebenen elektrischen Signalspannung einerseits zu dem auf das Mikrofon auftreffen­ den Schalldruck andererseits bestimmt ist. Diese Richtungsabhängigkeit des Übertragungsfaktors soll nachfolgend kurz als "Richtcharakteristik" bezeichnet werden. Die beiden Wandler besitzen üblicherweise eine nieren­ förmige Richtcharakteristik und sind zueinander entgegengerichtet wirksam, d. h., der eine Wandler ist nach vorne und der andere nach hinten gerichtet. Durch Überlagerung beider Richtcharakteristiken ergibt sich das summative Richtdiagramm des Mikrofons. Die Änderung dieses summativen Richtdia­ gramms erfolgt durch eine Schaltung, welche die beiden einzelnen Richt­ charakteristiken in unterschiedlichem Ausmaß und in gleicher oder gegen­ sätzlicher Phasenlage zusammenfaßt.

Bei dem bekannten Kondensatormikrofon dieser Art (Journal of the Audio Engineering Society, 1979, S. 79 bis 87, "New High-Grade Condenser Micro­ phones", F. W. O. Bauch, sowie Firmenschrift der Georg Neumann GmbH., Berlin, "Mikrophone" 1981, S. 38/41) sind die beiden Wandler wechsel­ spannungsmäßig parallel geschaltet und mit der Masse des Mikrofongehäuses verbunden. Die Änderung des elektroakustischen Übertragungsfaktors ergab sich, indem der nach vorne gerichtete Wandler mit einer festen Polarisationsspannung betrieben wurde, während die Polarisationsspannung des nach hinten gerichteten Wandlers betragsmäßig und/oder hinsichtlich der Phasenlage variiert wurde. Die durch die Parallelschaltung einander überlagernden Tonfrequenzen wurden über einen Verstärker zu einem Tonfre­ quenz-Übertrager geführt.

Derartige Tonfrequenz-Übertrager erzeugen nichtlineare Verzerrungen, die auf die magnetische Sättigung des dort befindlichen Eisenkerns zurückzu­ führen sind und insbesondere bei tiefen Frequenzen stark zunehmen. Dieser Nichtlinearität könnte zwar durch größere Abmessungen des Eisenkerns im Tonfrequenz-Übertrager entgegengewirkt werden, doch ist die Baugröße durch die gegebenen Abmessungen eines Mikrofons begrenzt. Bei den verfüg­ baren kleinen Mikrofonabmessungen ergeben sich aber Beeinträchtigungen der Signalqualität. Wie noch näher ausgeführt werden wird, sind die am Koppelpunkt der beiden parallel geschalteten Wandler anfallenden Signal­ spannungen reduziert. Bedingt durch die Schwächung des Signals wirkt sich schließlich das Eigenrauschen der Verstärkerschaltung bei dem bekann­ ten Kondensatormikrofon nachteilig aus. Damit ist die Qualität des abgege­ benen elektrischen Signals beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kondensatormikrofon der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art mit einer Schaltung zu entwickeln, welche eine Veränderung der Richtcharakteristik der beiden Wandler ohne die genannten Nachteile ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen er­ reicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Die beiden Wandler arbeiten nach dem Hochfrequenzverfahren, welches anstelle der nachteiligen Parallelschaltung der beiden anfallenden Wandlersig­ nale eine Reihenschaltung ermöglicht. Bei der Erfindung belasten sich die Wandler mit ihrem Innenwiderstand nicht mehr gegenseitig, wo­ durch keine Schwächung der einzelnen Signale auftritt. Die Verwendung der Hochfrequenzschaltung ermöglicht eine Trennung der Signale von der Masse des Mikrofons im Bereich der Hochfrequenzschaltung, weshalb ein Tonfre­ quenz-Übertrager gemäß der bekannten Schaltung mit seinen Nachteilen nicht mehr verwendet wird, sondern in dieser Hinsicht günstigere Hochfre­ quenzübertrager. Verzerrungen im tieffrequenten Bereich treten nicht mehr auf und es kommt grundsätzlich zu keiner Beschränkung des nutzbaren Übertragungsbereichs. Eine Verstärkerschaltung kann bei dem erfindungsge­ mäßen HF-Verfahren prinzipiell fehlen, weil sie wegen der niedrigen Aus­ gangsimpedanz der Diskriminatorschaltung zur Anpassung an den Leistungs­ ausgang des Mikrofons nicht unbedingt erforderlich ist. Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 die bekannte Schaltung eines Kondensatormikrofons mit zwei Wandlern,

Fig. 2 anhand von fünf unterschiedlichen Betriebsbedingungen (a) bis (e) die sich ergebenden Beiträge der beiden Richtcharakteristiken der Wandler in der oberen Bildfolge und das durch ihre Überlage­ rung sich jeweils ergebende summative Richtdiagramm in der unteren Bildfolge,

Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensatormikrofons,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konden­ satormikrofons und

Fig. 5 eine weitere, abgewandelte Schaltung für ein Kondensatormikrofon nach der Erfindung.

Ausweislich des in Fig. 1 gezeigten Schaltbildes des bekannten Kondensator­ mikrofons 50 gibt es bei dieser Type stets zwei Wandler 11, 12, die in zueinander entgegengesetzter Richtung wirksam sind. Jeder der beiden Wandler 11, 12 besitzt eine nierenförmige Richtcharakteristik S 11, S 12 in Fig. 2, die beispielsweise für einen symmetrischen Anwendungsfall im oberen Bild in der Bildspalte (a) zu entnehmen ist. Ausweislich seiner Richtcharakteristik S 11 ist der eine Wandler 11 nach vorne gerichtet, während der andere Wandler 12, gemäß dessen Richtcharakteristik S 12, nach hinten gerichtet ist. Auf die Einzelheiten von Fig. 2 wird noch näher eingegangen werden.

Bei der bekannten Schaltung gemäß Fig. 1 ist der erste Wandler 11 über einen Widerstand 13 mit einer Polarisationsspannung U gegenüber der Masse 10 des Mikrofongehäuses beaufschlagt, während der zweite Wandler 12 über den in Fig. 1 ersichtlichen Widerstand 14 mit einer Polarisations­ spannung V arbeitet. Diese Polarisationsspannung V kann sich, z. B. über einen nicht näher gezeigten Spannungsteiler, im Bereich von +U bis -U verändern. Jeweils der eine Anschluß der beiden Wandler 11, 12 ist mit der Gehäusemasse 10 verbunden. Die beiden anderen Anschlüsse der Wandler 11, 12 sind über die Kondensatoren 15, 16 wechselstrommäßig miteinander gekoppelt und bestimmen einen Koppelpunkt 17. Bei der bekann­ ten Schaltung gemäß Fig. 1 sind also die beiden Wandler 11, 12 sowohl parallel geschaltet als auch geerdet. Gegenüber den internen Kapazitäten der Wandler sind die Kapazitäten der beiden Kondensatoren 15, 16 groß, weshalb ihre Impedanzen gegenüber denjenigen der Wandler 11, 12 vernachlässigt werden können. Der erwähnte Koppelpunkt 17 der beiden Wandler 11, 12 liegt an dem aus Fig. 1 ersichtlichen Plus-Eingang einer mikrofoninternen Verstärker­ schaltung 18. Der andere Minus-Eingang der Verstärkerschaltung 18 ist an die Mikrofonmasse 10 angeschlossen. Hinter der Verstärkerschaltung 18 befindet sich ein Tonfrequenz-Übertrager 19. Das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 18 gelangt an die Primärwicklung dieses Übertragers 19, an dessen Sekundärwicklung ein von der Mikrofonmas­ se 10 isoliertes, also erdfreies Signal zur Verfügung steht. Dieses Signal wird auf die Ausgänge 20, 21 des Mikrofons geführt.

Wie bereits erwähnt wurde, zeigt Fig. 2 fünf Gruppen unterschiedlicher Richtdiagramme, die sich unter fünf unterschiedlichen Betriebsbedingungen bereits mit der bekannten Schaltung von Fig. 1 erzielen lassen. Zu ihrer Unterscheidung sind diese fünf Fälle mit (a) bis (e) bezeichnet und umfassen fallweise ein oberes und unteres Bild. Im oberen Bild sind jeweils die einzel­ nen, nierenförmigen Richtcharakteristiken S 11, S 12 der beiden Wandler 11, 12 dargestellt, während aus dem zugehörigen unteren Bild das durch Überlagerung dieser beiden Richtcharakteristiken S 11, S 12 sich ergebende summative Richtdiagramm S zu entnehmen ist. Wie aus dem jeweils obe­ ren Bild dieser Bildfolgen zu ersehen ist, liefert der Wandler 11, unabhängig von den diversen Betriebsbedingungen (a) bis (e), jeweils einen konstanten Beitrag zum Richtdiagramm. Dieser Beitrag S 11 ist als ausgezogene Linie gezeichnet. Das Plus-Zeichen verdeutlicht die Polung des von diesem Wand­ ler 11 erzeugten elektrischen Signals in Bezug zum auftreffenden akustischen Signal. Der Beitrag S 12 des anderen, nach hinten gerichteten Wandlers 12 ist in der oberen Bildfolge von Fig. 2 jeweils durch eine Strichlinie veranschaulicht und von der bereits erwähnten unterschiedlichen Größe und Polung der den Wandler 12 beaufschlagenden Polarisationsspannung V abhängig, die zwischen +U und -U variieren kann. Daraus ergeben sich die gestrichelten, unterschiedlich großen nierenförmigen Kurven S 12. Das innerhalb dieser gestrichelten Kurven S 12 angedeutete Plus- bzw. Minus-Zeichen gibt wieder die Polung des zugehörigen elektrischen Signals vom Wandler 12 in Bezug auf das zugehörige akustische Signal an. Durch Zusammenfassung der beiden Richtcharakteristiken S 11, S 12 der oberen Reihe der Bildfolge (a) bis (e) ergibt sich jeweils das summative Richtdiagramm S in der unteren Reihe dieser Bildfolgen. Im Fall der be­ kannten Schaltung 50 liegen dabei folgende Beziehungen zwischen den beiden aus Fig. 1 erkennbaren Polarisationsspannungen U einerseits und V andererseits vor.

Im Betriebsfall (a) ist V=U, was zu betragsmäßig und phasenmäßig überein­ stimmenden, aber zueinander entgegengerichteten einzelnen, nierenförmigen Richtcharakteristiken S 11, S 12 führt, die ein gleichförmiges, kugelförmiges Richtdiagramm S ergeben. Im zweiten Betriebsfall (b) ist V = U/3, wodurch das summative Richtdiagramm gegenüber dem vorausgehenden Betriebsfall unsymmetrisch geworden ist. In dem bei (c) gezeigten Betriebsfall ist V = 0, womit der zweite Wandler 12 keine Richtcharakteristik zum summa­ tiven Richtdiagramm S der unteren Bildhälfte beiträgt. Bei dem in (d) gezeigten Betriebsfall ist V = -U/3, womit das summative Richtdiagramm S im unteren Bild eine unsymmetrische Achtercharakteristik ergibt, die aber im letzten Betriebsfall gemäß (e) von Fig. 2 symmetrisch wird, weil dann V = -U ist.

Wie ersichtlich, werden damit die gewünschten unterschiedlichen Richtdiagramme bei einem Kondensatormikrofon mit zwei Wandlern erreicht, doch ist dies bei der bekannten Schaltung von Fig. 1 mit zwei grundsätzlichen Nachteilen verbunden, worauf bereits eingangs eingegangen wurde. Im einzel­ nen ist dazu folgendes zu sagen.

Ein Nachteil ergibt sich durch die elektrische Verbindung der beiden Wandler 11, 12 mit der Gehäusemasse 10, weil damit auch der Verstärker 18 einen Massebezug 10 haben muß. Dieser Massebezug ist in Fig. 1 durch die Ver­ bindung des Minus-Eingangs vom Verstärker 18 mit der Mikrofonmasse 10 dargestellt. Das Ausgangssignal dieser Verstärkerschaltung 18 ist daher massebezogen, also nicht erdfrei verfügbar. Um eine störungsarme Signalfüh­ rung über die Mikrofonleitung zu erhalten, kommt es aber auf ein erdfreies Signal an. Dies wird vornehmlich im professionellen Anwendungsbereich verlangt, in welchem derartige Kondensatormikrofone mit umschaltbarer Richtcharakteristik verwendet werden. Um das Signal S an den bereits erwähnten Ausgängen 20, 21 der Schaltung von Fig. 1 erdfrei zur Verfügung stellen zu können, wird üblicherweise der Tonfrequenz-Übertrager 19 be­ nutzt. Wie bereits erwähnt wurde, erzeugen derartige Übertrager 19 aber nichtlineare Verzerrungen, die auf die magnetische Sättigung des Eisenkerns zurückzuführen sind und insbesondere bei tiefen Frequenzen stark zunehmen. Zwar läßt sich dieser Nichtlinearität durch eine größere Abmessung des Eisenkerns im Übertrager 19 entgegenwirken, doch ist seine Baugröße durch die gegebenen Abmessungen des Mikrofons begrenzt. Damit ist die Signalqualität beeinträchtigt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung von Fig. 1 ergibt sich aus der Parallelschaltung der beiden Wandler 11, 12 zum Zwecke der Addi­ tion der einzelnen Richtcharakteristiken S 11, S 12 zum summativen Richt­ diagramm S. Bei der Parallelschaltung belasten sich nämlich die beiden Wandler 11, 12 gegenseitig mit ihren Innenwiderständen, welche durch die Impedanz ihrer Wandlerkapazitäten vorgegeben sind. Normalerweise ist die Impedanz der beiden Wandler 11, 12 näherungsweise gleich groß. In diesem Fall sinken die am erwähnten Knotenpunkt 17 verfügbaren Signal­ spannungen jeweils auf die Hälfte ihres ursprünglichen Werts ab, die sich bei den Wandlern ohne die Parallelschaltung und damit ohne diese gegensei­ tige Belastung ergeben würden. Wegen dieser Schwächung des Signals der beiden Wandler 11, 12 wirkt sich das Eigenrauschen der Verstärkerschaltung 18 spürbar aus. Das an den beiden Ausgängen 20, 21 anfallende Signal ist daher stärker verrauscht und folglich in seiner Qualität beeinträchtigt.

Die genannten Nachteile der bekannten Schaltung 50 von Fig. 1 vermeidet die in Fig. 3 gezeigte Schaltung 51 nach der Erfindung, anhand der das neue Bauprinzip näher erläutert werden soll. Mit dieser Schaltung 51 ist auch eine Veränderung des summativen Richtdiagramms gemäß Fig. 2 möglich, aber auf besonderem, neuem Weg. Zur Benennung von jenen Bauteilen, die auch bei der bekannten Schaltung 50 von Fig. 1 vor­ kommen, sind in Fig. 3 zwar die gleichen Bezugszeichen verwendet, doch ergeben sich dabei folgende schaltungstechnischen Besonderheiten.

Die bei der erfindungsgemäßen Schaltung 51 verwendeten beiden Wandler 11, 12 arbeiten nach dem sogenannten Hochfrequenzverfahren. In der nach­ folgenden Beschreibung soll der Begriff "Hochfrequenz" stets mit "HF" abgekürzt werden. Jeder der beiden Wandler 11, 12 ist in einen Schwingkreis integriert, der hier jeweils als Brückenschaltung 41, 42 ausgebildet ist. Zu der ersten Brückenschaltung 41 gehören außer dem Wandler 11 auch die zueinander gleichartigen Wicklungen 23, 24 einer ersten HF-Spule 25 sowie ein Kondensator 22. Die Kapazität dieses Kondensators 22 wird möglichst gleich der Ruhekapazität des Wandlers 11 ausgebildet. Unter dieser "Ruhekapazität" wird jene Kapazität des Wandlers 11 verstanden, bei der sich seine Membran in ihrer Ruhelage befindet, also noch nicht durch Schallsignale ausgelenkt ist. Der eine Ausgangspunkt 48 der Brücken­ diagonalen ist durch die Verbindung des Wandlers 11 mit dem Kondensator 22 bestimmt, während der zweite Verbindungspunkt 49 im Übergang zwischen den beiden zueinander gleichartigen Wicklungen 23, 24 liegt.

In analoger Weise besteht die zweite Brückenschaltung 42 aus jenem Schwingkreis, der außer dem nach hinten gerichteten Wandler 12 die Wick­ lungen 27, 28 einer zweiten HF-Spule 29 und einen Kondensator 26 umfaßt. Für den Kondensator 26 und den Wandler 12 gelten die analogen Beziehun­ gen, wie sie vorausgehend beim Wandler 11 und dessen Kondensator 22 erörtert worden sind. In Analogie zu der Brückenschaltung 41 ist auch in diesem Fall der erste Punkt 58 der Brückendiagonale durch die mit der Mikrofonmasse 10 gekoppelten Verbindung zwischen dem Wandler 12 mit dem Kondensator 26 bestimmt. Der zweite Punkt 59 der Diagonalen in der Brückenschaltung 42 ist, in entsprechender Weise zur Brückenschal­ tung 41 wieder durch die Verbindung zwischen den zugehörigen Wicklungen 27, 28 gegeben. In beiden Fällen 41, 42 sind die Anschlüsse der beiden Wandler 11 und 12 jeweils mit der Mikrofonmasse 10 verbunden, was auch bei der bekannten Schaltung 50 von Fig. 1 vorlag. Der erwähnte eine Anschluß 48 bzw. 58 der Diagonalen in der jeweiligen Brückenschaltung 41, 42 steht also bei der Schaltung 51 von Fig. 3 in Verbindung mit der Mikrofonmasse 10.

Wie aus der Schaltung 51 von Fig. 3 ersichtlich, ist ein HF-Oszillator 38 vorgesehen, dessen Speisequelle nicht näher gezeigt ist. Dazu verwendet man, wie aus dem Hauptpatent näher zu ersehen ist, eine an die Schaltungs­ ausgänge des Mikrofons angeschlossene normgemäße externe Speisequelle. Der Speisestrom wird vorzugsweise unmittelbar dem HF-Oszillator 38 zuge­ führt. Es ist aber auch eine andere, bekannte Führung des Speisestroms möglich, die im Hauptpatent näher erläutert ist. Der HF-Oszillator 38 ist über eine erste Wicklung 43 mit der erwähnten ersten HF-Spule 25 und über eine zweite Wicklung 39 mit der genannten zweiten HF-Spule 29 gekoppelt. Der Oszillator 38 schwingt selbsterregt mit der Resonanzfre­ quenz des von den Elementen der Brückenschaltungen 41, 42 gemeinsam gebildeten Schwingkreises, also auf der Frequenz, bei der die an den beiden parallel geschalteten Wicklungen 39, 43 resultierende Impedanz reell wird. Der eine Schwingkreis ist von der Kapazität des Wandlers 11, dem Kondensator 22 und den beiden Spulenwicklungen 22, 24 bestimmt, während der zur Brückenschaltung 42 gehörende Schwingkreis, dementsprechend, aus der Kapazität des Wandlers 12, seinem Kondensator 26 und den Induktivitäten der zugehörigen Spulenwicklungen 27, 28 gebildet ist. Die Symmetrie der Brückenschaltungen 41, 42 erfordert gleiche Windungszahlen für gleichartige Wicklungen. So sind die Windungszahlen der Wicklungen 23, 24 und 27, 28 untereinander gleich. Dies gilt auch für die Wicklungen 39, 43 des HF-Oszillators 38 sowie für noch näher zu beschreibende Wicklungen 33, 34 einer Diskriminatorschaltung 40.

Wenn die Membranen der beiden Wandler 11, 12 nicht durch Schalleinwirkung ausgelenkt sind, befinden sie sich in ihren erwähnten Ruhelagen. In diesem Fall verschwinden die hochfrequenten Ausgangssignale an den Anschlußpunk­ ten 48, 49 bzw. 58, 59 der beiden Brückenschaltungen 41, 42. Werden die Membranen aber durch Schalleinwirkung ausgelenkt, so ergeben sich an diesen Anschlußpunkten 48, 49 bzw. 58, 59 zur Membranauslenkung proportionale Brückenausgangssignale. Diese HF-Signale gelangen voneinander getrennt auf die beiden Primärwicklungen 54 bzw. 55 von zwei HF-Übertragern 30, 31, die jeweils der zugehörigen Brückenschaltung 41 bzw. 42 zugeordnet sind. Während der eine HF-Übertrager 30 nur eine einzige Sekundärwicklung 56 mit einem festen Übersetzungsverhältnis X aufweist, besitzt in diesem Fall der andere HF-Übertrager 31 eine mehrere Abgriffe (a) bis (e) aufwei­ sende Sekundärwicklung 57. Zwischen die Abgriffe (a) bis (e) ist ein Schalter 32 mit seinem beweglichen Kontaktglied 44 angeordnet. Das Kontaktglied 44 ist zwischen den verschiedenen Abgriffen (a) bis (e) umschaltbar und liefert daher entsprechend unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse Y. Diese Übersetzungsverhältnisse Y liegen im Bereich zwischen den Überset­ zungsverhältnissen von +X und -X bezüglich des vorerwähnten ersten HF-Übertragers 30.

Wie aus der neuen Schaltung 51 in Fig. 3 ersichtlich ist, sind die beiden, auf den Sekundärseiten 56, 57 der beiden HF-Übertrager 30, 31 verfügbaren Hochfrequenzsignale in Reihe geschaltet. Das ist ohne weiteres möglich, weil beide HF-Signale in voneinander getrennten Wicklungen 56, 57 erzeugt werden und folglich weder zueinander noch zur Mikrofonmasse 10 in elek­ trisch leitender Verbindung stehen. Bei der Schaltung 51 von Fig. 3 ist der bereits erwähnte Schalter 32 zur Realisierung von fünf, der Fig. 2 entsprechenden Richtdiagrammen S vorgesehen und zwischen fünf Schalt­ stellungen (a) bis (e) umschaltbar. In der in Fig. 3 gezeigten Mittelstellung des Schaltglieds 44 ist nur das HF-Brückensignal des nach vorne gerichteten Wandlers 11 wirksam, wodurch sich das in Bild (c) von Fig. 2 erkennbare summative Richtdiagramm S ergibt. Wie aus der Schaltung 51 ersichtlich, ist an dem diese Mittelstellung bestimmenden Abgriff (c) der Sekundärwick­ lung 57 des HF-Übertragers 31 die Sekundärwicklung 56 des ersten HF- Übertragers 30 angeschlossen. In den übrigen Schaltstellungen (a), (b) oder (d), (e) wird das HF-Signal des nach hinten gerichteten Wandlers 12 ganz oder teilweise mit gleicher bzw. entgegengesetzter Polung zu dem vom nach vorne gerichteten Wandler 11 gehörenden HF-Signal hinzugefügt. Auf diese Weise erhält man das in Fig. 2 in der unteren Reihe der Bildfolge gezeigte unterschiedliche Richtdiagramm S. Anstelle der Beziehungen zwischen den Polarisationsspannungen U und V bei der bekannten Schaltung 50 gemäß Fig. 1 treten bei der erfindungsgemäßen Schaltung 51 von Fig. 3 gleichlautende Beziehungen zwischen den Übersetzungsverhältnissen X und Y der beiden HF-Übertrager 30, 31.

Das auf diese Weise kombinierte HF-Signal wird dann einer gemeinsamen Diskriminatorschaltung 40 zugeführt, die im einfachsten Fall den in der Schaltung 51 von Fig. 3 dargestellten Aufbau hat. Sie besteht aus weiteren Wicklungen 33, 34 der HF-Spule 25, zwei Gleichrichtern 35, 36 und einem Kondensator 37. In der Diskriminatorschaltung 40 wird durch Demodulation das äquivalente tonfrequente Signal an den Diskriminator- Ausgängen 20, 21 zurückgewonnen. Die Diskriminatorschaltung 40 demoduliert nicht nur die Amplitude des kombinierten Hochfrequenzsignals, sondern berücksichtigt auch die Phasenlage des Signals. Es liegt ein Synchrondemodulator vor. Vorteilhafterweise ist die Ausgangsimpedanz eines solchen Diskriminators so niedrig, daß eine nicht näher gezeigte, an den Ausgängen 20, 21 angeschlossene Verstärkerschaltung mit bipolaren Transistoren problemlos angesteuert werden kann. Dies ist im Hauptpatent näher beschrieben. Die Wicklungen 33, 34 sind zueinander gleichartig und können mit gleicher Wirkung auch Bestandteil der vorbeschriebenen zweiten HF-Spule 29 sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die eine Wicklung 33 oder 34 mit der ersten HF-Spule 25 zusammenzufassen, während die jeweils andere Wicklung 34 oder 33 Bestandteil der zweiten HF-Spule 29 ist.

Wie im Hauptpatent beschrieben, kann die Diskriminatorschaltung 40 zugleich die Betriebsspannung für die bereits erwähnte, nachgeschaltete Verstärker­ schaltung liefern. In diesem Fall wird der vorerwähnte Speisestrom einer externen, über die beiden nicht näher gezeigten Schaltungsausgänge des Kondensatormikrofons angeschlossenen externen Speisequelle unmittelbar dem HF-Oszillator 38 zugeführt. Ein Umweg dieses Speisestroms über die Verstärkerschaltung findet in diesem Fall nicht statt. Es ist aber auch möglich, in der im Hauptpatent erläuterten konventionellen Weise mit dem Speisestrom zu verfahren, denn der vorliegenden Erfindung kommt eine eigenständige erfinderische Bedeutung zu.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung 51 erhält man den bereits erwähnten Vorteil, daß die HF-Signale der beiden Wandler 11, 12 nicht parallel, sondern in Reihe geschaltet sind. Dadurch tritt keine Schwächung der Einzelsignale durch eine gegenseitige Belastung über Impedanzen ein. Der an die Ausgänge 20, 21 der Diskriminatorschaltung 40 angeschlossene Verstärker kann das kombinierte Signal nicht verschlechtern. Bedeutsam ist ferner, daß zwischen den Ausgängen 20, 21 ein erdfreies Tonfrequenzsignal zur Verfü­ gung steht, obwohl die beiden Wandler 11, 12 mit ihrem einen Anschluß jeweils leitend mit der Mikrofonmasse 10 verbunden sind. Man erreicht dies, weil bei der erfindungsgemäßen Schaltung 51 die der Diskriminator­ schaltung 40 zugeführten HF-Signale aus erdfreien Wicklungen 56, 57 der beiden HF-Spulen 30, 31 bezogen werden und auch die Diskrimi­ natorschaltung 40 selbst erdfrei ist.

Die bei der Schaltung 51 stattfindende Trennung der HF-Signale von der Mikrofonmasse 10 hat gegenüber dem bekannten Fall der Schaltung 50, wo die Trennung mittels eines Tonfrequenz-Übertragers 19 erfolgt, den Vorteil, daß keine Verzerrungen im tieffrequenten Bereich auftreten. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung 51 gibt es grundsätzlich keine Beschränkun­ gen des nutzbaren Übertragungsbereiches. So erzeugt beispielsweise eine statische, also zeitlich konstante Auslenkung der Membranen in einem der Wandler 11, 12 eine zur Auslenkung proportionale Gleichspannung zwi­ schen den beiden Ausgängen 20, 21. Der eine Ausgang 21 ist in diesem Fall mit der Wurzel 47 vom beweglichen Schaltglied 44 des bereits erwähn­ ten Schalters 32 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine zweite vorteilhafte Schaltung 52 nach der Erfindung. Diese unterscheidet sich gegenüber der vorausgehenden Schaltung 51 dadurch, daß die Wandler 11, 12 als Gegentaktwandler ausgeführt sind. Derartige Gegentaktwandler besitzen nicht nur eine hinter der Membran angeordnete Gegenelektrode, wie die in Fig. 3 gezeigten Wandler 11, 12 der Schaltung 51, sondern weisen noch eine weitere, gleichartige Gegenelektrode vor der Membran auf. Es liegt in dieser Hinsicht ein symmetrischer Aufbau bei solchen Gegentakt­ wandlern vor. Deswegen lassen sich bei der Schaltung 52 die bei der Schaltung 51 von Fig. 3 noch erforderlichen zusätzlichen Kondensatoren 22, 26 einsparen. Diese Kondensatoren 22, 26 sind durch die zusätzlich verfügbare Kapazität der Gegentaktwandler 11, 12 bei der Schaltung 52 von Fig. 4 ersetzt. Befinden sich die Membranen in Ruhelage, so sind die beiden Kapazitäten zwischen der Membran einerseits und den beiden Gegentaktelektroden dieser Gegentaktwandler 11, 12 andererseits zueinander gleich groß. Wenn sich die Membran bewegt, verändern sich diese Kapazitäten gegensinnig zueinander. Durch diesen Gegentakt-Effekt verdoppelt sich die Ausgangsspannung in den beiden Brückenschaltungen 41, 42. Damit erhält man bei der Schaltung 52 an den Ausgängen 20, 21 doppelte tonfrequente Signalspannungen. Das hat zur Folge, daß der Einfluß des Eigenrauschens der bereits mehrfach erwähnten, nachgeschalteten Verstärkerschaltung verringert wird. In übriger Hinsicht gelten bei der Schaltung 52 die vorausgehend bei der Schaltung 51 erläuterten Wirkungen.

In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel 53 der erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt. Es genügt, auf die Unterschiede einzugehen, während im übrigen die Beschreibung der vorausgehenden Ausführungsbeispiele gilt. Bei der Schaltung 53 ist die HF-Spule 31 ohne eine eigene primäre Wicklung ausgeführt und besitzt nur eine Wicklung 60. Statt dessen ist der Ausgang 59 der zum hinteren Wandler 12 gehörenden Brückenschaltung 42 direkt, bei 45, mit dem oberen Abgriff (a) der Wicklung 60 der HF-Spule 31 ver­ bunden. Am mittleren Abgriff (c) der Wicklung 60 dieser HF-Spule 31 ist, bei 46, die Mikrofonmasse 10 angeschlossen und, über diese Mikrofon­ masse 10, mit dem zugehörigen anderen Ausgang der Brückenschaltung 42 verbunden. Dadurch ergeben sich an den auch hier mit einem Schalter 32 anwählbaren Abgriffen (a) bis (e) die gleichen kombinierten HF-Signale wie bei den in Fig. 3 und 4 erläuterten Schaltungen 51, 52, allerdings mit dem Unterschied, daß sich im Fall der Schaltung 53 Vertauschungen der Schalterstellungen (a) mit (e) und (b) mit (d) ergeben, da der HF- Übertrager 30 nun mit der Differenz der Signale aus beiden Brückenausgän­ gen beaufschlagt wird.

Bei der Schaltung 53 von Fig. 5 liegt die Primärwicklung 54 des HF- Übertragers 30 nicht mehr an der Mikrofonmasse 10 an, sondern ist an die Wurzel 47 des Schalters 32 angeschlossen. Dadurch wird dem HF- Übertrager 30 nicht nur das HF-Signal der ersten Brückenschaltung 41 zugeführt, sondern bereits ein kombiniertes HF-Signal aus beiden Brücken­ schaltungen 41, 42. Über den Schalter 32 kann wieder der Anteil des HF-Signals des nach hinten wirksamen Wandlers 12 und dessen Polung beein­ flußt werden. Die Sekundärwicklung 56 des HF-Übertragers 30 ist nicht über den Schalter 32, sondern unmittelbar mit dem tonfrequenten Ausgang 21 der Diskriminatorschaltung 40 verbunden. Am Diskriminator 40 liegt wieder ein erdfreies kombiniertes HF-Signal vor.

Bei der Variante 53 der erfindungsgemäßen Schaltung ist die HF-Spule 31 einfacher ausgeführt und es bietet sich zusätzlich noch die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis X des HF-Über­ tragers 30 zu verändern. Damit kann man den Übertragungsfaktor des Kondensatormikrofons ohne Auswirkungen auf seine Richt­ charakteristik verändern. Die Änderung dieses Übersetzungsverhält­ nisses X kann auch schaltbar über Abgriffe an einer der Wick­ lungen 54, 56 des HF-Übertragers 30 erfolgen.

Claims (11)

1. Kondensatormikrofon nach Patent 43 00 379, mit zwei Wandlern (11, 12), wobei die Wandler (11, 12) jeweils einen richtungsabhängigen Übertragungsfaktor (Richtcharakteristik S 11, S 12) zwischen ihrem elektrischen und akustischen Signal mit einer vorzugsweise nierenförmigen Richtcharakteristik aufweisen,
die beiden Wandler (11, 12) in unterschiedlicher, insbesondere zuein­ ander entgegengesetzter Richtung wirksam sind, nämlich der eine Wandler (11) nach vorne und der andere Wandler (12) nach hinten,
und mit einer Schaltung, welche die beiden Richtcharakteristiken (S 11, S 12) der Wandler mit zueinander unterschiedlichem Betrag und/oder Phasenlage additiv und/oder subtraktiv kombiniert (S),
dadurch gekennzeichnet,

• a) daß beide Wandler (11, 12) nach dem Hochfrequenzverfahren (HF-Verfahren) arbeiten mit zwei den Wandler (11, 12) jeweils als veränderliches Element beinhaltenden Schwingkreisen (41, 42),
  mit einem ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) in beiden Schwingkreisen (41, 42) erzeugenden Hochfrequenzoszillator (HF-Oszillator 38), wobei das HF-Signal durch die vom Schallsignal im Wandler (11, 12) be­ wirkten Kapazitätsänderungen amplituden-moduliert und einem Hochfre­ quenzübertrager (HF-Übertrager 30, 31) zugeführt wird,
• b) daß die beiden amplituden-modulierten HF-Signale der Wandler (11, 12) durch eine Reihenschaltung im Bereich der HF-Übertrager (30, 31) zu einem kombinierten HF-Signal zusammenfaßbar sind
  und beim Zusammenfassen das von dem einen Wandler (12) kommende HF-Signal hinsichtlich der Amplituden- und/oder Phasenlage gegenüber demjenigen des anderen Wandlers (11) wahlweise veränderbar ist und
• c) daß die Reihenschaltung für die beiden HF-Signale vor einer beiden Wandlern (11, 12) gemeinsamen Demodulatorschaltung (40) ange­ ordnet ist, welche zur Umwandlung des kombinierten HF-Signals in ein entsprechendes tonfrequentes Signal dient, und dieser Demodula­ torschaltung (40) ggf. eine gemeinsame Verstärkerschaltung für das kombinierte tonfrequente Signal folgt.

2. Kondensatormikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis eines jeden der beiden Wandler als Brückenschaltung (41, 42) ausgebildet ist, bei der das amplituden-modulierte HF-Signal in der Brückendiagonalen (48, 49 bzw. 58, 59) anfällt.

3. Kondensatormikrofon nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Wandler als Gegentakt-Wandler (11, 12) ausgebildet ist (Fig. 4).

4. Kondensatormikrofon nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der eine HF-Übertrager (31) der beiden Wandler in seinem Übersetzungsverhältnis (Y) verän­ derbar ist, um das zugehörige, amplituden-modulierte HF-Signal vor dem Eingang zur gemeinsamen Diskriminatorschaltung (40) entspre­ chend der gewünschten summativen bzw. subtraktiven Richtcharakteristik (S) der beiden Wandler zu variieren.

5. Kondensatormikrofon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (32) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses (Y) vom HF-Übertrager (31) dient und der Schalter (32), entsprechend der Schaltstellung seines beweglichen Schaltglieds (44), den Windungs­ abgriff (a bis e) im HF-Übertrager (31) variiert und dadurch den rich­ tungsabhängigen Übertragungsfaktor (S) des zugehörigen Wandlers (12) in der Reihenschaltung verändert.

6. Kondensatormikrofon nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschlüsse des Wandlers (11, 12) mit der Masse des Mikrofons (Mikrofonmasse 10) verbunden ist.

7. Kondensatormikrofon nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler (11, 12) von­ einander getrennte HF-Übertrager mit gegenüber der gemeinsamen Mikrofonmasse (10) isolierten Wicklungen (56, 57) aufweisen und diese Wicklungen (56, 57) mit einem entsprechend der gewünschten summativen bzw. subtraktiven Richtcharakteristik (S) der beiden Wandler (11, 12) veränderlichen Wicklungsabgriff (a bis e) miteinander verbunden sind (Fig. 3, 4).

8. Kondensatormikrofon nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwar die beiden Primärspulen (54, 55) der HF-Übertrager (30, 31), nicht aber deren Sekundärspulen (56, 57) mit der Mikrofonmasse (10) verbunden sind (Fig. 3, 4).

9. Kondensatormikrofon nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der variierbare Wicklungsabgriff (a bis e) im Bereich der Sekundär­ spulen (56, 57) der beiden HF-Übertrager (30, 31) angeordnet ist.

10. Kondensatormikrofon nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler (11, 12) einen gemeinsamen HF-Übertrager (30) aufweisen, dem bereits primärseitig (54) die beiden amplituden-modulierten HF-Signale entsprechend der gewünschten summativen bzw. subtraktiven Richtcharakteristik (S) der beiden Wandler in Reihe geschaltet zugeführt werden, und dessen Sekundärseite (56) gegenüber der Mikrofonmasse (10) isoliert und mit dem Eingang der gemeinsamen Diskriminatorschaltung verbunden ist (Fig. 5).

11. Kondensatormikrofon nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung der von beiden Wandlern amplituden- modulierten HF-Signale in der Weise erfolgt, daß dem nach hinten gerichteten Wandler (12) ein HF-Übertrager (31) mit einer durchgängi­ gen Wicklung (60) mit einem Mittelabgriff (46) und weiteren Abgriffen zugeordnet ist, dessen Mittelabgriff (46) mit der Mikrofonmasse (10) verbunden (geerdet) ist und dessen eines Wicklungsende (45) mit dem nicht geerdeten Brückenausgang (59) des hinteren Wandlers (12) verbunden ist, und daß die Primärwicklung des anderen, beiden Wand­ lern gemeinsamen HF-Übertragers (30) mit ihrem einen Wicklungsende mit dem nicht geerdeten Brückenausgang (49) des nach vorn gerichte­ ten Wandlers (11) und mit ihrem anderen Wicklungsende über das bewegliche Kontaktglied (44) eines Schalters (32) wahlweise mit einem der Abgriffe des dem hinteren Wandler zugeordneten HF-Übertragers (31) verbunden ist (Fig. 5).