DE626983C - Mikrophon fuer geraeuschvolle Raeume mit einer Membran und einem zwischen der Membran und dem Mund der sprechenden Person eingeschalteten Schallrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrophon für geräuschvolle Räume mit einer Membran und einem zwischen der Membran und dem Mund der sprechenden Person eingeschalteten Schallrohr, das ein sich dem menschlichen Mund hermetisch anschließendes Mundstück besitzt und sich vom Mundstück zur Membran fortschreitend verengt, wobei das Mikrophon den Strom durch einen Korrektions-Stromkreis schickt, der die tieferen akustischen Frequenzen gegenüber den hohen Frequenzen abschwächt.

Die bekannten Mikrophone dieser Art weisen den Mangel geringer Empfindlichkeit und schädlicher Resonanzen auf. Erfindungsgemäß wird diesem Mangel nun dadurch abgeholfen, daß zur praktischen Unterdrückung • der akustischen Resonanzen gewisser bevorzugter Frequenzen des trichterlosen Mikrophons ein langes dünnes Schallrohr mit langsamer Profiländerung Verwendung findet, dessen Austrittsdurchmesser genügend klein ist, damit die höchste gewünschte Frequenz getreu wiedergegeben wird (z. B. 37 mm bei einem wiederzugebenden Frequenzband von 10 000 Perioden) und durch das die Membran auf dem ganzen Band der zu übertragenden Frequenzen belastet wird, wobei die Wände des Schallrohres infolge der auf die in dem engen und langen Raum (von z. B. zwischen 8 und 30 mm sich änderndem Durchmesser beil 300 mm oder größerer Länge) fortschreitenden Luftfäden ausgeübten Reibung eine starke Absorptionswirkung verursachen.

Ferner ist es gemäß der Erfindung zweckmäßig, den Schalltrichter und die Membran mit Hilfe einer Kompressionskammer zu verbinden, die in geeigneter Weise eingerichtet ist, d. h. deren Höhe um so geringer ist, je kleiner der Eintrittsdurchmesser der Schallöffnung ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die obigen Merkmale im Falle eines elektrodynamischen Mikrophons mit beweglicher Spule verwendet. Wenn man alsdann die mit diesem Apparat und die mit einem entsprechenden Mikrophon mit beweglicher Spule, aber ohne Schalltrichter erzielten Eigenschaften vergleicht, wobei Personen oder besser ein Vergleichslautsprecher in normalem Abstande von dem Apparat sprechen, so kann man feststellen, daß der Schalltrichter die Empfindlichkeit bedeutend verbessert (gemäß einem von 3 bis 6 wechselnden Koeffizienten vervielfacht) hat und daß die Güte des Schalltrichtermikrophons insofern bedeutend besser ist, als gewisse ..Resonanzen des schalltrichterlosen Mi-

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krophons dank—der--durch--den Schalltrichter gebildeten "Belastung fortgefallen sind, daß aber die Kurve des Schalltrichtermikrophons eine Vielzahl von kleinen Resonanzen enthält, die dem als Schallrohr wirkenden Trichter entsprechen. Damit diese Resonanzen auf die akustische Güte des Apparates ohne Einfluß sind, ist es erforderlich, daß das Verhältnis der Amplitude der Spitzen zu derjenigen der to Täler beispielsweise r,3 nicht überschreitet.

Die Bedingung für die Erfeichur|g dieses Ergebnisses ist die Verwendung eines genügend feinen und langen Schalltrichters, weswegen oben bei Angabe der Erfindungsmerkmale von einer Schalltrichterlänge von 300 mm und mehr die Rede war.

Hat man eine auf bestimmten Frequenzen resonierende Membran, so kann jnän die "Wir- '. kung dieser Resonanzen beseitigen, indem man dafür sorgt, daß die sich aus der Erregung der Membran ergebenden erzwungenem : Schwingungen bei allen Frequenzen weit star- ' ker sind als die freien ,Schwingungen. Die . Membran muß, wie man sagt, .belastet werden. Es gibt nun ein bekanntes Mittel, -um die Membran zu belasten, welches darin besteht, daß die Änderungen des Luftdruckes mit Hilfe eines Exponentialschallrohres zu- oder abgeführt werden. Außerdem ist es notwendig, dem Schallrönr eine geeignete Bemessung - zu geben. Die notwendige Belastung der . Membran kann also weder durch Verwendung eines einfachen' Rohres »noch durch 'Verwendung 'eines Escponentialsdballrobres er-zielt "werden, das -irgendwie, ]edenfails --ähex aaicht entsprechend den Bedingungen Gemessen ist, die sich atts-einer Grenzfrequenz ergebendenseits deren die Membran nicht mehr -belastet ist, einer Frequenz, -die -ίηβη Btachbruchfrequenz-nennt.

. Die Prüfung des Fortschrittes der Schallwellen in einem einfachen zylindrischen Rohr zeigt nämlich, daß die Wellen sich -wafeend der Fortschrittsbewegung unaufhörlich wbt- j "formen und dafaei eine'Reihe "von-Harmonien ■und Schwingungen ^erzeugen, die t&er Ton- j treue äußerst -schädlich -sind.

Der Fortschritt des 'Tones in »einem Ex-■ponentialschalltricMer ϊolg-t '-sehr sperscfeiedeiien-Gesetzen, aber die Atif-rechteiffiialtung-der 'Tontreue ist^:hier noch «von der "Voraüssetzuiig abhängig, daß -der Durchmesser des Stihalltrichterquerscnnittes an jeder "Stelle kleiner 'bleibt als die Schaltwellenfärfge. Man 'hat beobachtet und kann dies autsh durch sasgenäherte Rechnungen !bestätigen, -da'ß -bei'einer trichter nicht mehr eine Belastung der Membran, sondern dient als Richtmittel, wobei er eine Vergrößerung der Richtung der Tonstrahlung bei der Wellenlänge λ bewirkt, und zwar um so mehr, je kleiner λ ist.

Es ergibt sich also, daß, wenn man die Grenzen der Belastung bis zu den höheren Frequenzen (angenommen etwa 10 000 Perioden) erstrecken will, die Wellenlänge

λ — - — λ- ._f-

33Ο ' IQO IO 000

= 3,3 cm

ist und die Tontreue bis zu S — 3,3^a = 11 cm², was einem Durchmesser von 37 mm entspricht, fehlerfrei bleibt.

Andererseits lehrt dieselbe Theorie, daß die Formel der Schallwelle am Austrittsende des Schalltrichters bei einer Eintrittsbewegung α sin ωί ein erstes Glied von der Form

ι /ω² m² \

-mx

.besitzt, worin ist:

ω = akustische Pulsation, c = Tongeschwindigkeit, X = in der Schalltrichterachse gemessener

Abstand,
m = Koeffizient der Profiländerung des

Schalltrichters nach der Gleichung

Es besteht also eine Grenzbedingung —5- > — wodurch eine Durchfrequenz

oder ω Ί>

gegebenen Wellenlänge 1 die iFehlerireiheit der Tontreue fheoretisdh ·νοη -der Mundtmg ab Tw s zu einem Qkterschnitt S von 'der 'Größenordnung %² aufrechterhalten wird. Jenseits dieses Querschnittes-bewirbt derS-ehall- !bestimmt wird. Die Fortpflanzung bei niedrigeren Frequenzen ierfolgt dabei in anderer Ordnung, wobei der Schalltrichter die Memfor-an nicht mehr belastet.

Man sieht also, daß, -wenn die Belastungs-•grenzen Ms zu den tieferen Frequenzen erstreckt werden sollen, ein Interesse daran be-■steht, den Koeffizienten m gering zu halten, d. h. ;älso dafür zu sorgen, daß der Schalltrichter nach und nach nur xtm ein geringes •weiter "wird. Man :feomnit auf diese Weise zu -der Bestimmung des Schalltrichtertyps, der •geeignet ist, die Membran auf dem' ganzen •Band der übertragenen Frequenzen zu belasten und so die Wirkung von Resonanzen no der Membran auszuschalten. Es ist dies ein •enger Exponentialschalltrichter mit einem Austrittsdurchmesser, der 37 mm nicht übersteigst und mit einer langsamen Änderung des Profils.

Wenn man nun auch die Wirkung der Resonanzen der Membran ausgeschaltet hat, so wird .durch die Zwischenschaltung eines .'Schalltrichters der .angegebenen Art indessen teiaae .neue Q-uelle von Resonanzen geschaffen, iao •die -auf ;äem Vorhandensein des Schalltrichters selbst beruht, der sich hinsichtlich nicht

gedämpfter .Schwingungen, auf Grund deren der Druck bei gewissen Frequenzen Schwankungen von ioo^fl/₀ -unterliegt, einem Schallrohr ähnelt.

Um nun dieser neuen-Ursache einer schlechten Tonwiedergabe zu begegnen, wird gemäß der Erfindung die starke Absorptionswirkung benutzt, die die Wände eines eflgen Schalltrichters durch Verursachung eines äkustisehen Energieverlustes der in dem Schalltrichter fortschreitenden. Luftfäden herbeiführen. Diese Absorptionswirkung ist um so größer, je enger der Schalltrichter und je größer die Fläche ist, auf der die Luftfäden

ig mit den Wänden in Reibung treten. Diese beiden Bedingungen widersprechen sich scheinbar, denn mit der Enge des Schalltrichters wird Auch die innere Oberfläche vermindert. Die Kleinheit des Durchmessers wird jedoch gemäß der Erfindung durch eine große Lange des Schalltrichters ausgeglichen, wodurch die Oberfläche einen genügenden Wert erhält, um die gewünschte Wirkung herbeizuführen.

Die Erfindung .hat gezeigt, daß ein Schalltrichter, der in der angegebenen Weise dimensioniert ist, um die Membran richtig zu belasten, rauch hinsichtlich der Beseitigung der Wirkungen des Schallrohres zufriedenstellend arbeitet. Die Druckschwankungen gehen insbesondere nicht über % der mittleren Amplitude hinaus, während sie bei einem gewöhnlichen Schallrohr 100 °/o betragen können.

Andere an sich bekannte Merkmale gestatten die Verwendung eines Schalltrichtermikrophons, wie beschrieben, im Falle von Übertragungen aus geräuschvollen Räumen. Wenn man ein gewöhnliches Mikrophon benutzt, so überdeckt das sehr starke Nebengeräusch vollständig die Stimme der betreffenden Person, und die Übertragung ist unverständlich. Man muß also um jeden Preis eine Erhöhung des Verhältnisses der zu übermittelnden Töne zu dem Störgeräusch am Eintritt der Schallwellen in das Mikrophon vorzunehmen suchen.

♦5 Das Schalltrichtermikrophon gemäß der Erfindung bietet hierzu ein besonders wirksames Mittel. Es ist in an sich bekannter Weise mit einem megaphonartigen Mundstück ausgerüstet, das sich genau an den Mund der

So sprechenden Person anpassen kann. Soll an einem geräuschvollen Ort eine Übertragung vorgenommen werden, so setzt der Sprecher diesen Teil fast hermetisch an seinen Mund, so daß allein die aus dem Mund des Sprechers kommende Töne die Mikrophonmembran erreichen können. Wenn aber das Ansatzstück unter diesen Verhältnissen starr ist, so kann der Sprecher nicht sprechen. Seine Backen blähen sich auf, ohne daß er einen Ton von sich geben kann. Das Sprechen wird dadurch ermöglicht, daß man ein an sieh, bekanntes., teilweise -nachgiebiges Mundstück verwendet, das sich unter dem beim Sprechen auftretenden Druck verformen kann. Oder man verwendet ein ebenfalls an sich bekanntes Mundstück mit einem sehr kleinen Auslaß (einem Schlitz oder einem kleinen Loch), wodurch den ein wenig liohen akustischen Frequenzen ein merkbarer Widerstand entgegengesetzt wird, jedoch ein Ausströmen des Taeitn Spredien ständig ausgestoßenen Luftstromes möglich ist.

Die so in einem Hohlraum von geringem Ausmaß gesprochene Sprache wird jedoch stark v-erformt, so daß die tiefen Frequenzen das Mikrophon mit einer entsprechend stark übertriebenen Stärke erreichen. Daraus folgt, daß die Klangfarbe der Stimme stark verändert wird und daß die Klarheit der Unterhaltung eine ungenügende ist. Dieser Mangel wird dadurch -behoben, daß man in dem Mi- · kraplionverstärker oder in dem Mikrophon selbst vor dem Antrieb des Verstärkers an -sich bekannte elektrische Korrektionsstromkreise anordnet, die die tiefen Frequenzen gegenüber den hohen Frequenzen in dem gewünschten Maße abschwächen. Wenn diese Maßnahmen, einmal getroffen sind, s© erhält man gute Telephoneigenschaften bei "sehr hoher Empfindlichkeit (um 20 bis 30 vervielfacht).

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigt die Zeichnung.

Abb. ι stellt ein elektrodynamisches Mikrophon gemäß der Erfindung im Schnitt dar.

ι -ist ein hermetisches Gehäuse, das den Magnet 2 enthält, der ein permanenter oder ein Elektromagnet sein kann. In dem Ringspalt dieses Magneten 2 befindet sich die Spule, die auf die Membran geklebt ist und das bewegliche, dem Schalldruck gegenüber empfindliche System bildet. Aus den beiden Enden der Spule treten nicht dargestellte Drähte aus. Der dünne und lange Schalltrichter 5 (das Maß χ kann etwa 8 mm, das Maß y etwa 3 bis 5 cm und die Höhe 1 etwa 40 cm betragen) endigt in einem Mundstück 6, das beispielsweise aus Metall 7 besteht und einige Löcher 8 von einer Größe, von etwa 3 mm Durchmesser aufweist. Das Mundstück 6 ist ferner mit einer Weichgummihülle 9 überzogen, wie dies im einzelnen Abb. 2 zeigt. Abb. 3 zeigt eine z. B. bei starkem Geräusch sprechende Person 10, die das Mikrophon 11 benutzt, dessen Leitungen zu einem Verstärker 12 führen. Die Verbindung des Mikrophons mit der ersten Röhre L des Verstärkers erfolgt unter Serienanordnung einer verhältnismäßig kleinen Kapazität C und eines gleichfalls verhältnismäßig kleinen Widerstandes R, wobei die Dimensionierung so gewählt-ist, daß die Impedanz i/C_w bei

einer Frequenz; die je nach dem betreffenden Fall von 500 bis 1500 Perioden pro Sekunde reichen kann, gleich R ist. Die Spannung, die an das Gitter der Röhre L angelegt" ist, wird an den Klemmen von R abgenommen, und die so dimensionierte Verbindungsvorrichtung stellt wieder gute Telephoneigenschaften her. Es versteht sich, daß viele Stromkreise äquivalente Ergebnisse, zeitigen. ; Besonders wenn die Spule des Mikrophons ir eine geringe Impedanz aufweist (beispielsweise 5 Ohm), so wird es im allgemeinen zweckmäßig sein, zwischen das Mikrophon i'i und den Verstärker 12 einen Aufwärtstransformator. ein- zuschalten.

Claims (2)

1. ^: Patentansprüche:

   i. Mikrophon für geräuschvolle Räume mit einer Membran und einem zwischen der Membran und d,em Mund der sprechenden Person eingeschalteten Schallrohr, das ein sich dem menschlichen Mund hermetisch anschließendes Mundstück besitzt und sich vom Mundstück zur Membran fortschreitend verengt, wobei das Mikrophon den Strom durch einen Korrektionsstromkreis schickt, der die tieferen akustischen Frequenzen, gegenüber den hohen Frequenzen abschwächt^ dadurch gekennzeichn et, daß zur praktischen Unterdrückung der akustischen Resonanzen gewisser bevorzugter Frequenzen des trichterlosen Mikrophons ein langes dünnes Schallrohr mit langsamer Profiländerung Verwendung findet, dessen Austrittsdurchmesser genügend klein ist, so daß die höchste gewünschte Frequenz getreu wiedergegeben wird (z.B. 37mm bei einem wiederzugebenden Frequenzband von 10 000 Perioden) und durch das die Membran-auf. dem ganzen Band der zu übertragenden Frequenzen belastet wird, wobei die Wände des Schallrohres infolge der auf die. in dem engen und langen Räum (von z. B. zwischen 8 und 30 mm sich änderndem Durchmesser bei 300 mm oder grqßerer Länge) fortschreitenden Luftfäden ausgeübten Reibung eine starke Absorptionswirkung verursachen.
2. 2. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,. daß das Schallröhr mit der Membran unter Zwischenschaltung einer Kompressionskammer gekuppelt ist, deren Höhe um so geringer ist, einen" je kleineren Eintrittsdurchmesser das Schallrohr hat.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen