-
Mikrophon mit Kohlekörnern für Unterwasserschallempfänger Die Vorteile
des Mikrophons nach der Erfindung bestehen u. a. in seiner Unempfindlichkeit gegen
rauhe Behandlung und in der verhältnismäßig großen Leichtigkeit, mit der eine Anzahl
von Mikrophonen zu erhalten ist, die einander vollkommen gleichen. Dieser letztere
Gesichtspunkt ist für Unterwasserschall besonders wichtig, weil hier vielfach zum
Beseitigen von Nebengeräuschen und zum Schallverstärken des zu empfangenden Schalles
eine Mehrzahl von Mikrophonen gleichzeitig verwendet wird. Dabei ist es nur selten
der Fall. daß Mikrophone derselben Anfertigung von offensichtlich genau gleicher
Art sich so gleichen, daß sie in jeder Hinsicht zusammenarbeiten. Es ist z. B. bekannt,
daß eine große Anzahl miteinander verbundener Mikrophone gewöhn:ich kein lautstärkeres
Ansprechen ergibt als zwei oder drei zusammenarbeitende Mikrophone. Der Grund dafür
liegt darin, daß die einzelnen Mikrophone insgesamt nicht vollkommen gleichmäßig
ansprcclien, um ein Gesamtergebnis hervorzurufen. das ihrer Anzahl entspricht; einzelne
sprechen langsamer als andere an oder sprechen nicht mit der gleichen Intensität
oder Amplitude an. Dies war bei der Anfertigung von Mikrophonen so auffallend, daß
von einem Dutzend gleicher, aus demselben Werkstoff hergestellter Mikrophone gewöhnlich
nur drei herausgefunden werden konnten, von denen man behaupten konnte, daß sie
gleichartig seien. Diese drei können in der Amplitudenphase gleich sein; aber dann
stellt sich gewöhnlich nach längerer oder manchmal schon kürzerer Gebrauchszeit
heraus. daß sie derart voneinander verschieden sind, daß sie nicht mehr als gleichartig
bezeichnet werden können.
-
Es ist bekannt, daß, wenn die gesamte Elastizitätskraft eines Mikrophons
im Vergleich zur Ela.stizitätskraft, welche durch das Zusammendrücken und Ausdehnen
der Kohlekörnchen hervorgerufen wird. verhältnismäßig groß ist, das Mikrophon eine
gewisse Unveränderlichkeit bezüglich Dämpfungswiderstand und Abstimmung, welche
sonst schwer zii erzielen ist, besitzen wird. Man hat Versuche gemacht, dieses Ergebnis
zu erzielen; aber sie führten in der Praxis zu außerordentlich großen Mikrophonen,
weil man Metallmembranen verwandte. Um die Elastizitätskr a.ft der Membran zu vergrößern,
mußte ihre Stärke vergrößert werden. Damit wird aber auch ihre Tonhöhe erhöht; um
diese wieder innerhalb gewünschter Grenzen zu verringern, mußte der Durchmesser
der Mikrophonmembran vergrößert werden. Metallmembranen wurden bei den meisten dieser
großen Mikrophone verwendet. da Glimmer, der bei kleinen Mikrophonen verwendet wird,
nicht gleichmäßig ausfiel und sein Durchmesser nicht mit Vorteil vergrößert werden
konnte.
-
Es hat sich nun herausgestellt, daß die Kondensationsprodukte der
Phenolgruppe, z. B. das handelsübliche Bakelit, zur Verwendung als Membran für Mikrophone
geeignet sind. Dies soll jedoch nicht bedeuten, daß
andere Stoffe
für diesen Zweck ausgeschlossen sind, sondern darin sind alle Werkstoffe enthalten,
welche in ihrer Zusammensetzung, z. B. infolge ihres chemischen Aufbaues diesen
Kondensationsprodukten gleich sind, indem ein Stoff höherer Elastizität als Gummi
und geringerer Elastizität als Stahl vorliegt. Wichtig für die Verwendung dieser
Stoffe für Mikrophone ist die Tatsache, daß sie eine wesentliche innere Reibungsdämpfung
aufweisen und dieselbe durch das ganze Material hindurch gleichförmig zu sein scheint.
Andererseits sind diese Stoffe wenig empfindlich gegen Temperaturwechsel und Feuchtigkeit.
Sie zeigen keine Neigung zum Werfen oder zum Ändern ihrer Eigenschaften.
-
Da das spezifische Gewicht etwa 45 ist und da ihre Elastizität beträchtlich
geringer als die von Metall ist, so besitzt eine Membran der gewünschten Resonanzhöhe
eine beträchtliche Masse. Die Masse der jetzt für Unterwasserschall verwendeten
Mikrophonmembranen nach dieser Bauart ist annähernd sechszehnmal so groß wie die
Masse einer entsprechenden Metallmembran, welche denselben Resonanzpunkt besitzt.
Ferner ist die Resonanzkurve viel breiter als die einer Metallmembran, so daß das
jetzt bei Schallempfängern verwendete Verfahren darin besteht, eine Membran zu verwenden,
deren Resonanzhöhe über dem Bereich der zu empfangenden Signale liegt, so daß innerhalb
des Bereiches des Signals keine Verzerrung auftritt. Ferner erfordert eine Membran
mit großer Tonhöhe größere Dicke und deshalb auch größere Masse sowie ein größeres
Verhältnis der gesamten Elastizitätskraft zu der der Kohlekörnchen.
-
Nach der Erfindung besteht demgemäß die mit der einen Elektrode verbundene
Membran des Mikrophons aus einem solchen Isolationsstoff höherer Elastizität als
Gummi und geringerer Elastizität als Stahl, aber großer innerer Reibungsdämpfung,
z. B. aus den Kondensationsprodukten des Phenols, und isoliert bei Vorhandensein
eines Metallgehäuses für das Mikrophon gleichzeitig die Elektrode von diesem.
-
Durch die Erfindung wird ein Mikrophon geschaffen, welches leichter,
als dies bisher möglich war, mit anderen Mikrophonen gleicher Bauart übereinstimmend
gemacht werden kann. Unter zwölf Mikrophonen nach der neuen Bauart sind immer sechs
und noch mehr vorhanden, welche einander praktisch deich sind. Ferner «-erden diese
sechs Mikrophone fast für ihre ganze Gebrauchsdauer einander annähernd gleichbleiben.
Außer diesen Vorteilen sind Unterwasserschallempfangsgeräte mit diesen Mikrophonen
annähernd zwei- oder dreimal so empfindlich wie Unterwasserschallempfangsgeräte
von der bisher verwendeten Normalart, und dies ist natürlich ein beträchtlicher
Fortschritt auf diesem Gebiet.
-
Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
dargestellt; es zeigen Abb. i einen senkrechten Schnitt durch einen Unterwasserschallempfänger,
Abb. 2 eine Rückansicht, Abb.3 einen Querschnitt durch die Mitte des Mikrophons
in größerem Maßstab und Abb.4 desgleichen einen Einzelteil des Mikrophons.
-
In der Zeichnung bedeutet i das Gehäuse eines Unterwasserschallempfängers,
2 einen das Gehäuse abschließenden Deckel, 3 einen Dichtungsring, 4- die Membran
des Unterwasserschallempfängers, welche bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
mit einem Massering 5 versehen ist. 6 deutet die Kabeleinführung für das Kabel8
an. 7 ist eine Bohrung zur evtl. Befestigung des Unterwasserschallempfängers. Bei
9 ist die Verbindung des Deckels mit dem Gehäuse veranschaulicht, bei 14 das Mikrophon.
-
Letzteres besteht aus einem Gehäuse 15, das zylindrisch und an einem
Ende geschlossen ist bis auf ein Loch in der Mitte, durch das eine Schraubspindel
17 hindurchgeht, welche eine Elektrode 18 trägt. Die Elektrode besteht aus
zwei Scheiben, die hintere Scheibe io besteht aus Messing, der vordere Teil i i
besteht dagegen aus Kohle. Die Elektrode 18 legt sich fest gegen das Ende des Gehäuses
und ist dort mittels einer auf die Spindel 17 aufgeschraubten Mutter festgeklemmt.
Die andere Elektrode 12, die der Elektrode 18 gegenüberliegt, ist dieser in jeder
Weise ähnlich, mit der Ausnahme, daß ein abgedrehter Mittelteil 13 vorhanden
ist, um die Elektrode von der Membran des Mikrophons entfernt zu halten. Erfindungsgemäß
besteht die Membran 24 aus Kondensationsprodukten des Phenols oder einem ähnlichen
Werkstoff. Sie besitzt ein Loch, durch dessen Mitte eine Spinde125 der vorderen
Elektrode hindurchgeht, um die Membran und die Elektrode fest miteinander zu verbinden.
Diese feste Verbindung erfolgt durch eine Druckscheibe 26 und eine Mutter 27, welche
den mittleren Teil der Membran auf den Kopf der vorderen Elektrode aufpreßt. Es
ist zu beachten, daß die hintere Elektrode einen elektrischen Kontakt mit dem Gehäuse
herstellt, wenn dieses selbst aus Metall besteht, und auf diese Weise einen Anschluß
für den Draht 28 bildet. Die vordere Elektrode ist so angeordnet, daß sie die Wandungen
des Gehäuses r 5 nicht berührt, und sie wird nur von der Membran 24 gehalten,
welche
gleichzeitig als Isolator wirkt, indem sie sie vom Gehäuse isoliert. Ein Draht 2y,
der mit der Druckscheibe z6 verlötet ist, bildet den anderen elektrischen Kontakt.
für das Mikrophon. Zwischen den beiden Elektroden 18 und i a liegt eine FilzscheibC
30, welche genau in das Gehäuse paßt. Diese Scheibe besitzt, wie in Abb. ,1 dargestellt,
fünf Löcher 3 i, welche symmetrisch um.die Achse angeordnet sind. Diese Löcher sind
zum Teil mit körniger Kohle ausgefüllt. Dic Membran 2q. liegt auf dem äußeren Rand
des Gehäuses 15 auf und ist dort mittels eines Gewinderinges 3 2 befestigt,
welcher auf das offene Ende des Gehäuses aufgeschraubt ist. Falls das Gehäuse des
Mikrophons aus Nietall besteht, kann die Membran 24 vorteilhafterweise dazu dienen,
die Elektrode von dem Gehäuse zu isolieren. Wenn diese Bauart auch voraussichtlich
die beste ist, so kann doch die Elektrode i z auch mit dem Gehäuse verbunden und
die rückwärtige Elektrode 18 in irgendeiner Weise von dem Gehäuse isoliert sein,
oder das Mikrophongehäuse kann selbst aus Isolationsmaterial bestehen, in welchem
Falle die elektrische Isolationseigenschaft der Membran keine Rolle spielt. Selbst
wenn das Unterwasserschallempfängergehäuse auf das zu empfangende Signal abgestimmt
ist, ist die Abstimmung ziemlich breit. Die Mikrophonmembran ist zweckmäßig breit
abgestimmt. Bei einer Ausführungsform, die sich als brauchbar zum Unterwasserschallempfang
erwiesen hat, ist z. B. das Unterwasserschallgehäuse auf eine Resonanzhöhe von izoo
Perioden je Sekunde abgestimmt, während die Mikrophonmembran auf i8oo Perioden abgestimmt
ist. Ferner ist die Masse des Gehäuses und der Membran des Gehäuses im Vergleich
zum Gewicht des Mikrophons so groß, daß keine merkbare Veränderung der Abstimmung
des Gehäuses durch Kopplung des Gehäuses und des Mikrophons hervorgerufen wird.
Daraus ergibt sich, daß die Resonanzkurve des entsprechenden Unterwasserschallempfängers
im wesentlichen die gleiche wie die des ,abgestimmten Gehäuses ist. Weil aber das
Mikrophon eine größere Tonhöhe und einen großen Resonanzbereich besitzt, so kann
sie, d,a aperiodisch, nicht leicht durch Stoßerregung beeinflußt werden, sondern
mehr oder weniger kontinuierliche Schwingungen sind nötig, um ein Ansprechen des
elektrischen Stromkreises, welchen sie beeinflußt. hervorzurufen, und, was mindestens
.ebenso wichtig ist, eine Stoßerregung wird sie nicht leicht beeinflussen, weil
das Gehäuse stark gedämpft ist.
-
Es bedarf deshalb nur eines sehr geringen, Energieaufwandes, um das
Mikrophon zu beeinflussen. welches im wesentlichen aperiodisch ist bei der Frequenz,
bei der das Gehäuse durch Stoßerregung in Schwingungen versetzt wird. Es ist daran
zu erinnern, daß Stoßerregung eine Erregung ist durch Stöße, andersartigen Schall
usw., welche sich als Stoß auf die Membran äußert und sie mit ihrer natürlichen
Eigenfrequenz schwingen läßt.