DE610039C - Mikrophon fuer Klanguebertragungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AU 4. MÄRZ 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 610039 KLASSE 21 a 2 GRUPPE 5 ei

Wt- v- y. _

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berlin-Siemensstadt*) Mikrophon für Klangübertragungen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. April 1928 ab

Die Verwendung von Kohlemikrophonen für Übertragungszwecke bei hohen Qualitätsanforderungen hat wegen gewisser Eigenschaften, die den bekannten Ausführungsformen eigentümlich sind, zu völlig befriedigenden Ergebnissen bisher noch nicht geführt. Der Hauptnachteil der gebräuchlichen KoHerüikropbone ist in den Verzerrungen zu sehen, die auf die frequenzabhängige

ο Charakteristik zurückzuführen sind, sowie weiterhin auch in der Tatsache, daß die Empfindlichkeit zeitlich stark schwankt. Schädlich ist es weiterhin, daß die sog. Reizschwelle verhältnismäßig hoch liegt, so daß

S schwache Geräusche überhaupt nicht zum Ansprechen führen.

Das Mikrophon gemäß vorliegender Erfindung vermeidet alle diese Nachteile. Es besitzt eine lange und schmale dünne Membran,

ο welche eine entsprechend geformte feste Rinne derart abschließt, daß sie das in den Hohlraum eingefüllte Kontaktmaterial mit ihrer ganzen freien Fläche berührt.

Diese Ausbildungsform gestattet es zu-

S nächst einmal, störende Resonanzen innerhalb des zu übertragenden Frequenzbandes zu vermeiden. Bei einer derart bemessenen Membran nämlich treten im wesentlichen zwei Schwingungen auf. Die Frequenz der einen, die man zweckmäßig als Querresonanz bezeichnet, ist im wesentlichen durch die wirksame Breite der Membran bestimmt, die der anderen, der Längsresonanz, im wesentlichen durch die Länge. Bei geringen Breiten nun ist es möglich, die Querresonanz so hoch zu legen, daß sie außerhalb des Frequenzbandes fällt, während die Längsresonanz an sich wenig stört.

Die physikalischen Vorgänge, die hierbei auftreten, kann man sich am besten veranschaulichen, wenn man sich die Membran in eine große Anzahl sehr schmaler Querstreifen unterteilt denkt. Ein solches Membranelement, das also aus einem schmalen, an seinen Enden eingespannten Ouerstreifen besteht, besitzt dann eine Eigenschwingung, die verhältnismäßig hoch liegt. Es bereitet keine Schwierigkeiten, ein solches Element derart kurz zu bemessen und so dünn auszubilden, daß unter der Einwirkung der Querspannung eine Eigenfrequenz entsteht, die oberhalb des Hörbereiches liegt.

Betrachtet man demgegenüber die sog. Längsschwingungen, so zeigt sich, daß diese nur mit geringen Amplituden auftreten können. Da die Membran ihrer ganzen Länge nach an den Längsseiten befestigt ist, wird beispielsweise der in der Mitte der Membran

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Helmut Seil in Berlin-Siemensstadt.

liegende Schwingungsbauch durch die Randbefestigung an dieser Stelle festgehalten. Es zeigt sich also, daß die ganze Membran, die in ihrer Wirkung im wesentlichen der Summe der vorher betrachteten Querelemente entspricht, eine ausgeprägte Querresonanz besitzt, während die Amplituden der Längsschwingungen praktisch keine Rolle spielen. Abgesehen davon aber liegt auch die Frequeuz der Längsschwingung so tief, daß sie die Sprachfrequenzen nicht stört. Nimmt man beispielsweise an, daß die Membran, an ihren Schmalseiten überhaupt nicht eingespannt ist, so können sich, wenigstens theoretisch, fortschreitende Wellen von außerordentlich niedriger Frequenz ausbilden. Dieses Bild wird praktisch durch die tatsächlich vorgenommene Befestigung an -den Schmalseiten kaum geändert, da der Einfluß dieser Befestigung sich wegen der großen Länge der Membran nur auf einem verhältnismäßig kleinen Bruchteil der- Gesamtfläche bemerkbar macht.

Es war zunächst zwar zu vermuten, daß eine solche Ausbildung eine Reihe von Mangeln mit sich bringen würde. Vor allem war anzunehmen, daß eine derart schmale Membran sehr unempfindlich sein müßte. Weiterhin wurde auch durch die Verringerung der Menibranbreite die wirksame Membranfiäche verkleinert. Es hat sich aber gezeigt, daß diese Befürchtungen unbegründet waren. Die Empfindlichkeit nämlich ist im Gegenteil erheblich gestiegen, während die Reizschwelle herabgesetzt wurde. Die Verminderung der wirksamen Membranfläche wiederum kann dadurch ausgeglichen werden, daß man sehr lange Membranen verwendet oder gegebenenfalls mehrere solcher Rinnen zusammenarbeiten läßt. Auch bei spiralförmiger Ausbildung beispielsweise läßt sich auf verhältnismäßig kleinem Raum eine ausreichend große Membranfläche unterbringen.

Die von vornherein nicht zu erwartende Steigerung der Empfindlichkeit hängt zweifellos damit zusammen, daß infolge der engen Ausbildung der Köhlekammern unter allen Betriebsverhältnissen eine gleichförmige Verteilung des Kohlematerials über den ganzen Raum mit Sicherheit gewährleistet ist.

Bei Verwendung großer Kohlekammern nämlich sackt das Füllmaterial immer sehr bald in sich zusammen, so daß in den oberen Teilen schwach gefüllte Räume entstehen, die S5 das Auftreten störender Membranteilsctnvingungen begünstigen, während die unteren Teile der Kohlekammern sich prall anfüllen und dadurch die Wirkung ebenfalls verschlechtern. Es ergibt sich daher bei diesen früheren Ausführungsformen eine unterschiedliche Spannung der Membran.

Nachteilig ist hierbei insbesondere auch, daß die oberen Teile der Membran, an die das Kohlematerial nur lose anliegt, eine tiefe Eigenschwingung, erhalten, so daß ausgesprochene Resonanzen auftreten, die mitten im Sprachgebiet liegen. Schädlich machen sich bei großen Köhlekammern auch Massenkräfte bemerkbar, die die eben beschriebenen nachteiligen Erscheinungen unterstützen.

Das Mikrophon gemäß vorliegender Erfindung besitzt alle diese Fehler nicht. Durch die neue Bemessung wird eine vollkommene und gleichmäßige Ausnutzung der gesamten Membran erzielt. Dieser Idealzustand wird auch durch die im praktischen Betriebe unvermeidlichen Erschütterungen nicht beeinflußt. Obwohl also die durch die schmale Ausbildung der Membran sich ergebende Beeinflussung der Schwingungsfähigkeit eine Herabsetzung der Empfindlichkeit als wahrscheinlich annehmen ließ, ist diese Folge aus den behandelten Gründen in Wirklichkeit nicht vorhanden. Der erstrebte Vorteil, Eigenresonanzen innerhalb des Sprachgebietes zu vermeiden, ist also nicht auf Kosten der Empfindlichkeit erkauft.

Die beschriebene Ausbildungsform bringt auch eine Reihe weiterer Vorzüge mit sich. Durch die hohe mechanische Abstimmung des Mikrophons ist zunächst einmal in einem breiten Frequenzgebiet eine sehr gute Frequenzunabhängigkeit gewährleistet. Wesentlich hierfür ist allerdings, daß das Kohlematerial an der ganzen Fläche der Membran anliegt, da die Abstimmung durch das Zusammenwirken der geringen Membranmasse mit der Kohleelastizität bestimmt ist. Führt man den Mikrophonstrom in an sich bekannter Weise von den Enden der Griesstrecke w> <her ein, so kann man, insbesondere bei Verwendung mehrerer Rinnen in Reihe, außerordentlich hohe Mikrophonwiderstände erhalten. Da nun aber gerade die Übergangswiderstände an den Elektroden eine wesent- liehe Quelle von Eigengeräuschen sind, trägt diese Erhöhung des wirksamen Gesamtwiderstandes zur Verminderung der Störungen bei. Wichtig ist auch, daß ein derart lang ausgedehntes Mikrophon infolge der hohen Zahl no der in Reihe liegenden Kontaktstellen einen sehr guten und gleichmäßigen Durchschnittswert besitzt. Auch ist unter Umständen die Verwendung von Transformatoren, im Gegensatz zu den bisher gebräuchlichen Mikrophonen, überflüssig, da ein Mikrophon der beschriebenen Art unmittelbar in Widerstaudskopplung an einen Verstärker angeschlossen werden kann.

Das neue Mikrophon ist in einer beispielsweisen Ausführung in Fig. 1 schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Mikrophon mit ge-

Claims (7)

falzter Membran. Die an dem Ausführangsbeispiei dargestellte Mehrzahl von Rinnen kann beispielsweise auch auf die Außenfläche eines zylindrischen oder prismatischen Körpers verteilt werden. Der Erfindungsgedanke gestattet natürlich weitgehende Abänderungen, und zwar hinsichtlich der Formgebung wie auch der Anordnung der Rinnen. Die Befestigung der ίο dünnen Membran, die beispielsweise aus lilimmer bestehen kann, geschieht zweckmäßig durch unmittelbares Aufkleben, etwa mittels Schellacks. Es kann aber auch eine metallische Membran benutzt werden, die den einen Pol des Mikrophons bildet, während eine Kohlebelegung im Boden der Rinne, die im übrigen aus Isoliermaterial besteht, als Gegenpol dient. Eine solche Anordnung besitzt ebenfalls die günstige Eigenschaft einer hohen Stabilität der Kohlestrecke. Diese Ausbildungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn der innere Widerstand nicht ausgesprochen hohe Werte zu besitzen braucht. Die Membran kann sehr verschiedenartig ausgeführt werden. So kann es zweckmäßig sein, sie mit Längs- und Querrippen oder . sonstigen geeigneten Ausprägungen zu versehen, die eine Versteifung ergeben und die mit dem Kohlematerial in Kontakt stehenden Oberflächen vergrößern. Auch bezüglich der Füllung bieten sich mannigfaltige Möglichkeiten. Es können verschiedenartige Körnungen des Materials benutzt werden; auch sind an Stelle von Kohle mancherlei andere leitende feinkörnige Pulver verwendbar. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Mikrophonanordnungen, die mit Metallpulver praktisch überhaupt keine mikrophonischen Wirkungen ergaben, können bei dem neuen Mikrophon auch Pulver aus Metall, insbesondere solchem von hoher Elastizität und Härte, wie beispielsweise Tantal, benutzt werden. P α τ i£ ν τ λ N Sprüche:

1. Mikrophon für Klangübertragungen bei hohen Qualitätsanforderungen, vorzugsweise in Verbindung mit Verstärkern, gekennzeichnet durch eine lange und schmale dünne Membran, welche eine entsprechend geformte, aus Isolierstoff gebildete feste Rinne derart abschließt, daß sie das in den Hohlraum eingefüllte Konlaktmaterial mit ihrer ganzen freien Fläche berührt.

2. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in an sich bekannter Weise an den beiden Enden der Kohlestrecke angeordnet sind.

3. Mikrophon nach Anspruch 1 und 2, dadurcli gekennzeichnet, daß längs der Kohlestrecke mehrere Abnahmeelektroden angeordnet sind.

4. Mikrophon nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rinnenförmige Mikrophone konstruktiv vereinigt sind, so daß sie wahlweise in Serie oder parallel geschaltet werden können.

5. Mikrophon nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine oder mehrere spiralförmig angeordnete Membranen mit entsprechend geformten, mit Kontaktmaterial gefüllten Rinnen.

6. Mikrophon nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Rinnen an der Außenseite eines * stabförmigen Körpers angeordnet sind.

7. Mikrophon nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma mit Längs- oder Querrippen bzw. sonstigen geeigneten Ausprägungen versehen ist zwecks Vergrößerung der wirksamen Oberfläche und zur Versteifung.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen