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Mechanisch-elektrischer Schwingungsumsetzer, insbesondere Mikrophon
oder Tonabnehmer Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Umwandlung mechanischer
Schwingungen in elektrische und hat insbesondere Bedeutung für Zwecke der Elektroakustik
und b-Zeßtechnik. Dabei kommt es weiterhin tiocli darauf an, eine Umwandlung mit
möglichst großem Wirkungsgrad vorzunehmen und gegebenenfalls noch eine Verstärkung
zu erzielen.
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Es sind bereits Abtastdosen für Schallplatten bekannt, die aus einer
Elektronenröhre bestehen, wobei die mechanischen Sch-,vingungen eine Elektrode innerhalb
der Elektronenröhre bewegen. Durch veränderlichen Abstand der Elektroden voneinander
wird der innere Widerstand oder die Steilheit der Röhre im Rhythmus der mechanischen
Schwingungen geändert, und es werden dadurch Anodenstromschwankungen hervorgerufen.
Die Herstellung einer solchen Abtastdose bereitet aber Schwierigkeiten, da eine
Außenwandung biegsam gestaltet werden muß und entsprechend großen mechanischen Beanstandungen
standzuhalten hat. Die Erfindung beseitigt diese Nachteile und beschreitet einen
anderen Weg.
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Die Erfindung besteht darin, daß als Umwandlungsorgan ein Halbleitergleichrichter
oder Halbleiterverstärker,
insbesondere ein Halbleiterkristall,
zur Verwendung kommt. Ein solcher Kristall kann beispielsweise ein Germaniumkristall
sein. Die mechanischen Schwingungen können dabei einen veränderlichen Kontaktdruck
bei einer oder mehreren Elektroden hervorrufen. Es ist aber auch möglich, durch
geeignete Konstruktion zu erreichen, daß entsprechend den mechanischen Schwingungen
der Kontaktabstand der Elektroden verändert wird.
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Bei Verwendung eines steuerbaren Halbleitergleichrichters ergibt sich
der Vorteil, daß gleichzeitig eine Verstärkungswirkung erzielbar ist. Ein solcher
steuerbarer Gleichrichter ist im wesentlichen so aufgebaut, daß eine Steuerelektrode
und eine Ausgangselektrode als feine Spitzen in geringem Abstand von beispielsweise
o,o5 mm auf der Oberfläche des Kristalls aufsitzen. Eine zwischen der Masse des
Kristalls und der Eingangselektrode angelegte Wechselspannung erfährt eine Verstärkung,
so daß an der Ausgangselektrode eine verstärkte Spannung zwischen ihr und der Kristallmasse
abgenommen werden kann. Als Betriebsspannung kommen dabei eine kleine Spannungsquelle
auf der Steuerseite und eine etwas größere Spannungsquelle auf der Ausgangsseite
in Betracht. Bei einem derart aufgebauten Kristallverstärker hat es sich gezeigt,
daß die Verstärkungswirkung stark vom Kontaktdruck der Elektroden abhängt. Diese
Erscheinung ist bereits bei einer einfachen Gleichrichteranordnung mit einem Kristall
zu beobachten, bei dem lediglich eine als Stütze ausgebildete Elektrode auf dem
Kristall aufsitzt. Der Richtstrom hängt dabei stark von dem jeweiligen Kontaktdruck
ab. Wenn nun der Auflagedruck der Elektroden im Rhythmus der mechanischen Schwingungen,
z. B. Schallschwingungen, geändert wird,' so lassen sich auf diese Weise entsprechende
Stromschwankungen hervorrufen.
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Es ist an sich ohne Belang, ob bei einer Anordnung nach der Erfindung
die Elektroden bewegt werden und der Kristall in Ruhe bleibt oder ob umgekehrt der
Kristall bewegt wird und die Elektroden fest angeordnet sind. Je nach dem Verwendungszweck
wird man die eine oder andere Anordnung bevorzugen. Weiterhin ist es auch möglich,
durch geeignete Ausbildung der Elektroden als Spitzen oder Schneiden bzw. punktförmig
oder linienförmig aufliegende gerundete Körper einen mit mechanischen Schwingungen
zusammenhängenden, veränderbaren Elektrodenabstand zu erzielen. Durch den Abstand
von Steuerelektrode und Ausgangselektrode kann nämlich bei einem Kristallverstärker
ebenfalls die Verstärkung geändert werden. Im allgemeinen nimmt die Verstärkung
mit der Vergrößerung der Elektrodenabstände rasch ab. Alle diese Erscheinungen lassen
sich mit verhältnismäßig einfachen Mitteln dazu benutzen, um eine günstige Umwandlung
mechanischer Schwingungen in elektrische vorzunehmen. Somit hat die Erfindung Bedeutung
für alle solche Zwecke, wie sie in der Elektroakustik und Meßtechnik vielfach auftreten.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden: Die
Figuren zeigen zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung, wobei in Fig. i ein
Tonabnehmer und in Fig. 2 ein Mikrophon in seinen für die Erfindung wesentlichen
Teilen schematisch dargestellt ist. In Fig. i ist mit i eine zur Aufnahme einer
Tastnadel 2 geeignete Hülse bezeichnet, wie sie in ähnlicher Form bei zahlreichen
Tonabnehmern für Schallplattenabtastung Verwendung findet. Mit Hilfe einer Schraube
3 mit geriffeltem Schraubenkopf wird die Nadel 2 im Innern der Hülse i befestigt.
Die Hülse i ist durch das elastische Zwischenglied4, beispielsweise ein Federblatt
aus Stahl oder einem anderen elastischen Material, mit dem Tonabnehmergehäuse 5
verbunden. Im Innern des Tonabnehmergehäuses sind zwei Germaniumkristalle 6 und
7 angebracht, die auf den leitenden Unterlagen 8 und 9 befestigt sind und von dem
aus Isoliermaterial bestehenden Gehäuse 5 getragen sind. Es handelt sich bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Gegentaktanordnung, die in manchen Fällen
besonders günstig ist und mancherlei nichtlineare Verzerrungen zu kompensieren gestattet.
Es ist aber auch möglich, durch entsprechend anders gestalteten Aufbau mit einem
einzigen Germaniumkristall auszukommen.
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Mit der durch die Tonabnehmernadel mechanisch bewegten Hülse sind
die beiden Eingangselektroden io und i i in fester Verbindung. Sie sind als dünne
Spitzen ausgebildet und berühren die Oberflächen der Kristalle 6 und 7. Durch die
Schwingungen der Hülse i werden entsprechende Änderungen der Kontaktdrücke erreicht.
Die Ausgangselektroden 12 und 13 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
fest angebracht und ändern sich bei den mechanischen Schwingungen nicht.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für Mikrophon veranschaulicht.
Hier befindet sich an der Vorderseite eines aus Isoliermaterial bestehenden Gehäuses
14 eine Membran 15, die aus leitendem Material besteht oder zumindest an der Innenseite
mit einer leitenden Schicht versehen ist. Auf dieser leitenden Schicht ist der Kristall
16 befestigt und wird zusammen mit der Membran mechanisch bewegt. Als Eingangs-
und Ausgangselektrode sind zwei fest mit dem Gehäuse verbundene Kontaktspitzen 17
und 18 verwendet.