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Kohlemikrofon, bei welchem das Widerstandsmaterial in einem von der
Membran frei getragenen Behälter untergebracht ist Bei üblichen Ausführungen von
Kohlemikrofonen für Sprechzwecke werden die Schallschwingungen unter Vermittlung
einer Membran direkt auf das Kohlematerial, welches sich zwischen der Membran und
einer festen Gegenelektrode befindet, übertragen. Diesen Kohlemikrofonen haftet
ganz allgemein der Mangel einer hohen Reizschwelle an. Diese Mikrofone müssen daher
aus unmittelbarer Nähe und mit verhältnismäßig großer Schallenergie erregt werden,
wobei überwiegend noch schallkonzentrierende Einsprechmittel benutzt werden. Um
ein Ansprechen auch bei geringerer Energie bzw. aus größerer Entfernung zu erzielen,
muß die notwendige Steuerenergie durch Energiespeicherung mittels Resonanz erzeugt
werden. Die Empfindlichkeitssteigerung kann somit nur durch starke Verschlechterung
derÜbertragungsqualitäterzielt werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Kohlemikrofonen
durch eine indirekte Übertragung der Schwingungen,
die sich lediglich
durch Trägheitskräfte auf einen auf der Membran sitzenden Milkrofonkontakt auswirken,
sich große Vorteile gegen= über den erwähnten, allgemein gebräuchlichen Mikrofonen
erzielen lassen. Es sind zwar schon in der ersten Zeit der Mikrofonentwicklung noch
im vorigen Jahrhundert Vorschläge für Trägheitsmikrofone aufgetaucht. Diese bekannten
Mikrofone können zwei Gruppen zugorechnet werden, nämlich einer Gruppe!; bei welcher
die Füllung eines mit'.der Membran v@zrbun:denen Kohlegrießbehälters unter dem Einfluß
eines elastischen Gewichts steht. Bei der anderen Gruppe, den sog. Schüttelmikrofonen,
wirken sich die Trägheitskräfte unmittelbar auf das Kohlematerial aus; der Gewichtskörper
fehlt.
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Beide erwähnten Gruppen von Trägheitsmikrofonen haben, soweit bekannt,
überhaupt keinen Eingang in die Praxis als Sprechmikrofone gefunden. Für Resonanzempfänger,
die auf eine einzige besonders scharf ausgeprägte Frequenz abgestimmt sind, sind
Trägheitsmikrofone gelegentlich in der Unterwasserschalltechnik benutzt. worden.
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Die vorgeschlagenen Konstruktionen von Trägheitsmikrofonen waren auch
zum Mißerfolg verurteilt,- weil ihnen überwiegend der Mangel geringer Empfindlichkeit
und ausnah.mslos schlechte Übertragungsqualität eigen sind, ohne daß sonstige Vo@rteiile
erkennbar waren.
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Durch das Trägheitsmikrofon gemäß der Erfindung wird gegenüber den
eingangs erwähnten, auch jetzt noch allgemein üblichen Mikrofonen nicht nur eine
bedeutend gesteigerte Empfindlichkeit, sondern auch eine wesentlich verbesserte
Frequenzkurve erzielt. Das wird dadurch erreicht, daß der das Widerstandsmaterial
,enthaltende Behälter von einer tief abgestimmten Membran getragen wird und daß
das Gewicht des Behälters einschließlich dies Gewichts der festen Elektrode derart
gering gemacht wird, daß "es die Schwingungseigenschaften der Membran innerhalb
eines breiten Frequenzbereichs nicht wesentlich beeinflußt, und daß das Trägheitsgewicht
mit der starr ausgebildeten, ringförmigen Wand des Behälters derart verbunden wird,
daß die Schwingungsrichtung des Träghe,itsgewichts im wesentlichen senkrecht zur
Membran liegt.
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An Stelle eines einzigen Kontaktes kann auch. eine Mehrzahl von Kontakten
auf der Membran angeordnet bzw. im Membranmaterial eiingebettet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für den Kontakt als wirksames
Kontaktmaterial Kohlegrieß benutzt, der in ungewöhnlich geringer Schichtdicke, z.
B. von einigen Zehntelmillimetern, sich zwischen der festen und der frei beweglichen
Elektrode befindet. Die durch das-@°rfindun-gsgemäße'Mikrofön erzielte Herabsetzung
der Reizschwelle erklärt sich aus dem Umstand, daß bei Kohlemikrofonen mit festem
Gegenkontakt die Membran i durch Klemmerscheinungen der zwischen Membran und Gegenkontakt
befindlichen Kohlefüllung teilweise blockiert wird. `'Wird dagegen der Mikrofonkontakt
mit der Membran mitbewegt, so kann die Membran frei schwingen.
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Besonders .hohe Empfindlichkeit wird ermöglicht, wenn sehr leichte
Membranen verwendet werden;-die beispielsweise aus dünnem, entsprechend profiliertem
Aluminiumblech öder aus Maferiäfien von schaumartiger Struktur bei besonders kleinem
Volumgewicht und hoher Steifigkeit bestehen. Die Verwendung derartiger Membranen
kommt bei Mikrofonen mit festem Gegenkontakt nicht in Frage, da die Membranen besonders
unter dem Einfluß von Temperaturschwankungen und auch Feuchtigkeit und stärkerer
mechanischer Beanspruchung Formänderungen erleiden, die bei den hohen Genauigkeitsanforderungen
bezüglich des Membranabstandes von dem Gegenkontakt das Mikrofon unbrauchbar machen
würden.
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Außerdem läßt sich mit derartigen Membranen bei festem Gegenkontakt
im allgemeinen keine -Empfindlichkeitssteigerung gegenüber normalen steiferen Membranen
erzielen, da die weiche Federung der Membran durch das Kohlematerial blockiert wird.
Die gering ge Schwingungsenergie einer leichten Membran reicht nicht aus, die Blockierung
voll zu überwinden, während bei einer i@lembran mit größerer :lasse und ausgesprochener
Resonanz durch die Energiespeicherung im Resonanzgebiet ausreichende Steuerkräfte
zur Überwindung der mechanischen Hemmungen 'im Kohlekontakt zur Verfügung stehen.
Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Mikrofon im Übertragungsgebiet praktisch resonanzfrei,
da: bei ihm eine tief abgestimmte Membran vorgesehen isst, deren Eigenfrequenz außerhalb
oder höchstens an der unteren Grenze des Übertragungsgebietes liegt.
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Die- Verringerung dies Gesamtgewichts wird bei der indirekten Art
der Erregung dadurch möglich, daß der auf der :Membran ohne Zuhilfenahme eines im
Gehäuse festen Bezugspunktes sitzende Mikrofonkontakt der Einwirkung aller etwa
auf das Gehäuse wirkenden Kräfte entzogen ist. Das Gehäuse kann daher so dünnwandig
und aus einem so leichten bTaterial hergestellt werden, wie es mit Rücksicht auf
eine normale Beanspruchung durch äußere Kräfte angängig erscheint. Mikrofone mit
festem Gegenkontakt benötigen demgegenüber i starkwandige und daher schwere Metallgehäuse,
um den äußerst empfindlichen Kontakt
-einigermaßen unäbhänbigvon
äußeren Kräften zu erhalten: - .
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Die Erfindung ist in der Zeichlürtg-'veränschi@.ülicht: -Fig. i ist-
ein Schnitf durch ein Mikrofon gemäß der Erfindung; Figg. `2 -ist -eine Einzeldarstellung
des Kontakts in VerUindung"iriit :einem Albschnitt der tragenden Membran= wobei
für die letztere eine gegenüber der Darstellung der Fig. i abgeänderte starrere
Randeinspannung Yorgesehen ist.
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Die den Mikrofonkontakt tragende Membran besteht bei der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform aus einer starren Platte a von geringem Volumgewicht,
welche vorzugsweise von einer :erstarrten Schaummasse gebildet wird und der eine
Dicke von mehreren Millimetern gegeben werden kann. In der Darstellung der Fig.
i ist angenommen, daß die rechteckige Membran an ihrem Rande mit einer aufgeklebten
dünnen Metallfolie b verbunden ist, mittels deren sie am Gehäuse befestigt ist.
Die dünne Folie von beispielsweise o,oi mm Dicke ist zweckmäßig gewellt, wie inl
der Zeichnung dargestellt, um eine, sehr nachgiebige Einspannung zu erreichen.
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Der Membrankolben a ist in der Mitte durchbohrt und in seiner Durchbohrung
mit einer fest inidieseeingesetzten, sielhr leichten Hülse c, z. B. aus Papier,
versehen, in welche ein Kohlescheibchen d fest eingesetzt ist, das die feste Elektrode
des Mikrofonkontakts bildet.
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Der über dem Kohlescheibchen befindliche, wenige Zehntelmillimeter
hohe Hohlraum des Rohres c wird von einem elastischen Häutchen e überdeckt. Das
kreisförmige Häutchen e mit zentralem Loch ist an seinem Rande auf einen Papierring
f aufgeklebt, der seinerseits an die Membran a angeklebt ist. Das Häutchen e wird
durch die Oberkante des Röhrchens c schwach :gespannt. Auf das Häutchen e ist ein
leichtes Gewicht g aufgesetzt, welches den Gegenkontakt bildet und zweckmäßig aus
Kohle besteht.
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Die Rolle des Trägheitsgewichts Scann aber auch ganz oder teilweise
ein auf dem Kohlematerial ruhender eingeschlossener Quecksilbertropfen übernehmen.
Bei Verwendung dieses Gewichtskörpers läßt sicheine besonders gute Wärmeableitung
erzielen. Das Gewicht g ist an dem Rand des zentralen Loches des Häutchens e angeklebt
und bei h durchbohrt. Die Durchbohrung h des Gewichts dient als Fülloch für feinkörniges
Material und wird nach Einfüllung des Kohlegrießes und gegebenenfalls eines Quecksilbertropfens
durch ein Scheibchen i verschlossen. k und L sind die beiden
Poldrähte.
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In der den Mikrofonkontakt in starker Vergrößerung darstellenden Fig.2
ist für die Mernbran cz eine gegenüber .der Fig. i abgeänderte starrere Einspannung
vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Membran innerhalb einer schmalen Zone am Rande
abgesetzt. -Wenn, wie in Fig. i angedeutet, die leichte Membran mittels einer dünnen
Folie am Rande eingespannt wird, dann ist ihre Rückstellkraft sehr klein, so,daß
das System eine sehr tiefe Eigenschwingung besitzt.- Eine solche Membran wäre für
ein normales Kohlemikrofon gänzlich ungeeignet, da das anliegende Kohlernaterial
die freie Bewegung der Membran hindern würde.
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Eine solche tief abgestimmte Membran, die normalerweise einen steilen
Abfall nach hohen Frequenzen bedingen würde, ergibt in Verbdndung mit dem in der
Zeichnung dargestellten Kontakt gemäß der Erfindung eine in, weitein Grenzen nahezu
frequenzunabh,ängige Übertragung.
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Bei einem derartigen Kontakt sind nämlich die Widerstandsschwankungen
annähernd der Beschleunigung der Bewegung proportional; der dadurch gegebene quadratisch
ansteigende Frequenzgang gleicht den durch die Membran allein bedingten Abfall aus.
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Die beschriebene und zeichnerisch dargestellte Ausführungsform der
Erfindung mit praktisch starrem Kontakt hat den Vorteil fast völliger Geräuschfreiheit,
hoher Belastbarkeit und Unempfindlichkeit gegen Lageänderung. Diese Vorteile ergeben
sich daraus, daß keine lose aneinander gelagerten Teilchen mit hohem instabilem
Übergangswiderstand vorhanden sind und daß die dauernd in kraftschlüssiger Verbindung
stehenden Köhleteilcheneinen guten Wärmeübergangermöglichen.
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Die Freiheit von Nebengeräuschen in der Ruhe und bei Bewegung in Verbindung
mit der hohen-Kionstan@z machst das Mikrofon besonders für Schwerhörigengeräte geeignet,
da die Schwerhörigen in weit höherem Maße als die normal Hörenden von der Güte der
Übertragung abhängig sind.