DES0000643MA - Einrichtung für Schallempfänger, insbesondere Kondensatormikrophone. - Google Patents

Description

Einrichtung für Schallempfänger, insbesondere Kondensatsrmikrophone

Die Erflniiuig betrifft eine Einrichtung für Schallempfänger, insbesondere Kondensatonnikrophone; sie ist gekennzeichnet Aureh zwei durch das vorwiegend relbungsge— dämpfte sehwingungsfähige System gebildete Druckkammern, cn die ein Rohr_f vorzugsweise gegenüber der Membran-Mtte_r angeschlossen ist.Die grösste Ausdehnung jeder Druckkexaaer soll dabei kleiner sein als eine halbe Wellenlänge (Luv höchsten zu übertragenden Frequenz, In grösseren Dgnwkknmmern kann zur Verringerung ihrer Abmessungen und zur besseren Ankopplung des schwingungsfähigen Systeme an das Schallfeld ein zwiebelähnliches Verzweigungsstück vorgesehen sein, ähnlich wie es bei Druckkammorlautsprechern bekannt ist. Es wird ferner zweckmässig ein solches Verhältnis der Querschnitte der Membran und eines

Rohres gewählt, dass die transformierte Iueibung der Membran möglichst gleich dem mechanischen Uiderstand des Rohres ist; durch diese Bemessung der Geschwindigkeitstransformation werden unerwünschte Reflexionen der in den Rohren geführten Schallweller vermieden« Bei günstiger Dimensionierun^ der Membran^bmcseungeri und ihrer Reibung erhält man verhältnismässig dünne Rohre_f über die der Schall dem schwingungsfähigen System zugeführt wird* Erfindungsgemäss befinden sich also am Aufnahmeort_f z,E, an einem Rednerpult oder vor einem Orchester, anstelle des üblichen Mikrophons mit seinen oft nicht unbeträchtlichen Abmessungen lediglich zwei dünne Rohre, die im Gesichtsfeld verhältnismässig wenig in Erscheinung treten» Neben diesem optischen Vorteil der unauffälligen Anbringung ergibt sich auch ein akustischer, weil die Schallfeldverzerrun^en durch die , Rohre besonders gering sind.

Bei der beschriebenen Einrichtung hängt die Bewegung des schwingungsfähigen Systems und somit die vom Schallempfänger erzeugte Spannung von der Differenz der Cchalldrücke in den beiden Druckkammern ab« Dabei sind diese Schalldrücke ihrem Effektivwert nach praktisch gleich, aber in ihrer Phasenlage verschieden, je nach Rohrlänge und Sihfallswinkel des Schalls, bezüglich der lage der Rohrmünduagen> mit andern Worten, die Einrichtung besitzt eine Richtwirkung_e Es ist zweckmässig, die Rohrmündungen dicht beieinander, vorzugsweise in einem Abstand,anzuord. en, der kleiner ist als eine halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Trequenz., Als Abstand ist dabei die Entfernung der Mittelpunkte der Rohrmündungen voneinander einzusetzen» Ist diese Bedingung erfüllt, so ergibt sich eine biß zu den höchsten zu Ubertragenden Erequensen linear einsteigende Antriebskraft £iuf die reibungsgedämpfte Membran und damit eine von der Frequenz unabhängige Auslenkung des schwingungs» fähigen Systems_e Bei Elongationsempfängern ergibt sich

eo.j.it ein von der Fre.qu.enz unabhängiges Übertragungsmaß„ während es bei Geschwindigkeitsempfängern mit steigender l'requenz zunimmt und durch an sich bekannte elektrische Mittel zu entzerren ist» Die obige Bedingung für den Abstand der Rohrmiinduhgen voneinander führt bei hohen Frequenzen zu recht kleinen Abständen, die aber mit dünnen RoIiren noch leicht zu erreichen sind; dieselbe Bedingung gilt auch bei den üblichen Richtmikrophonen iiir den Schallumweg von der vorderen zur hinteren Membran» Aufgrund dessen ergeben sich bei den bekannten Richtmikrophonen recht kleine Abmessungen und damit entsprechend geringe Kapazitäten, die erhebliche Schwierigkeiten bei der Anschaltung an das erste Verstärkerrohr machen,· hierbei zeigt sich nun ein weiterer Vorteil bei einer Einrichtung gemäss der Erfindung, weil Uiit den Rohren wie erwähnt die Abstandsbedingung leicht einzuhalten ist und gleichzeitig der Schallempfängor selbst nach den andern für die Dimensionierung maßgebenden Faktoren optimal gestaltet werden kann.

Sind beide Rohre gleichlang, so ergibt eich eine achtförmige Richtchrakteristik₄ Um eine nierenförmige Richtcharakteristik zu erhalten, muss'lediglich das eine Rohr um den Betrag des Abstandes der beiden Rohrmiindungen voneinander länger sein als das and ere_β Darin liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung, die mit einer so einfachen Maßnahme eine nierenf örmige J.icht charakteristik erzielt* während bei den gebüuchlichen Mikrophonen dazu in der Dimensionierung sehr kritische und f'abrikationsmässig schwer zu beherrschende llittel notwendig sind. Die Erfindung bringt den weiteren Vorteil, dass besonders einfache Einrichtungen möglich sind, bei denen die Richtcharakteristik mechanisch stetig veränderbar ist. Es ist dazu wenigstens ein Rohr in an sich bekannter Weise_l z_#B, durch periskopartige Ausbildung vorzugsweise hei unveränderlicher Lage der Rohrmündungen zueinander! in seintr Länge veränderbare Die Rohre können dann

wahlweise auf gleiche Länge oder auf einen Längenunterschied vom Betrag des Abstandes beider Rohrmündungen voneinander eingestellt werden. Damit ist ein stetiger Übergang von achtförmiger zu nierenförmiger Richtcharakteristik und umgekehrt mögliche Das schwingungsfähige System kann aus einer Membran bestehen_f der eine vorzugsweise als Gegenelektrode wirkende durchlöcherte Platte zugeordnet ist oder auch aus zwei Membranen_f zwischen denen eine oder mehrere durchlöcherte Platten angeordnet sind; bei letzteren können die beiden Membranen mechanisch, z.B, durch Luftpolster grosser Steife fest miteinander gekoppelt und die eine oder auch beide als Elektroden ausgebildet sein« Die nicht als Elektrode ausgebildete Membran kann akustisch-mechanische Punktionen erfüllen oder auch einfach als Staulvund Peuchtigkeitsschutz dienen«, Sofern beide Membranen als Elektroden ausgebildet sind, ist ihre Zusammenschaltung vorzugsweise im Gegentakt möglich* Eine weitere Ausführungsform besitzt zwei mechanisch voneinander unabhängige Membranen, die beide als Elektroden elektrisch zusammen-, vorzugsweise gegeneinander geschaltet sind* Jede Me ibran wird dabei nur von einer Seite mit Schall beaufschlagt und die Differenzbildung der Schalldrücke beider Druckkammern erfolgt auf elektrischem Wege«, Die resultierende Spannung steigt dabei proportional mit der Prequenz an; mit an sich bekannten Mitteln lässt sich dieser Prequenzgang leicht entzßrr.ßxu

In der weiteren Ausgestaltung des ErfindungBgedankens werden auch ungerichtete Einrichtungen für Schallempfänger vorgeschlagen; es wird dabei eine Druckkammer mit Rohr weggelassen, so dass das schwingungsfähige System nur von einer Seite mit Schall beaufschlagt wird« Pür seine Bewegung ist der Schalldruck in dieser Druckkammer maßgebend und es ergibt sich aufgrund der Reibungsdämpfung eine mit steigender Frequenz abnehmende Auslenkung, Bei Elongationsempfängern bedeutet das ein proportional mit steigender.

Frequenz anfallendes Übertragungsmaß; mit an sich "bekannten elektrischen Mitteln lässt sich dieser lequenzgang leicht entzerren« Ein besonderer Vorteil dieser ungerichteten Einrichtung besteht darin, dass wegen der Kleinheit des eigentlichen Aufnähmeorgans das erste Minimum der Schalldruckstauung weit oberhalb des Übertragungsbereiches liegty eine Bedingung, die, wenn sich das Mikrophon selbst am Aufnahmeort befindet, nur mit einem Mikrophon sehr kleiner Abmessungen erfüllbar ist; die sich daraus ergebende geringe Kapazität führt jedoch zu den oben erwähnten Schwierigkeiten bei der Anschaltung* Die Erfindung ermöglicht dagegen, Mikrophone zu verwenden, bei deren Dimensionierung auf den Effekt der Schalldruckstauung keine Rücksicht genommen werden muss. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass bei den Einrichtungen gemäss der Erfindung die durch die Schalldruckstauung hervorgerufene, für einen ungerichteten Schallempfänger unerwünschte Richtwirkung bei hohen Frequenzen vermieden wird*

Die Erfindung und dazugehörige Einzelheiten sind anhand der Ahb_s 1- 4 beispielsweise erläuterte

Abb» 1 zeigt einen Schallempfänger mit einer Membran und aehtförmiger Richtwirkung, Abb« 2 einen Schallempfänger mit zwei Membranen und einstellbarer Richtwirkung; in den Abb_e 3 und 4 sind Zusammenschaltungen von zwei Systemen dargestellt, die jeweils eine als Elektrode ausgebildete Membran und eine als Gegenelektrode ausgebildete durchlöcherte Platte besitzen, wobei die Membranen mechanisch voneinander unabhängig sind* In Abb* 1 ist ein Kondensatormikrophon durch die Membran 1, die durchlöcherte Platte 2, die als Gegenelektroöe ausgebildet ist, und ein Gehäuse 3 dargestellt, Zwischen Membran und Gehäuse 3 liegt die Druckkammer 4? die über das Rohr 5 mit dem Schallfeld in Verbindung steht; desgl, steht die Druckkammer 6 zwischen Gegenelektrode 2 und Gehäuse 3 über das Rohr 7 mit dem Schallfeld in Verbindung, Der

Abstand der Rohre 5 und 7 voneinander ist durch Abstandsstücke 8 und 9 gegeben und ist vorzugsweise kleiner als eine halbe Wellenlänge der hoch si; a η zu übertragenden Ixe-Quens₁., Um des Eindringen von Verunreinigungan in das Mikrophon zu vermeiden,, befindet sich an den Stellen IO und 11 _? an denen die Rohre an das Gehäuse angeflanscht sind, schall durchlässige Siebe beispielweise aus Lrahtgeflecht oder dergl. Die Membran 1 und die Gegenelektrode 2 sind über das Elemmehpaar 12 elektrisch angeschaltet,. Das Mikrophon befindet sich in einem Einbau der auch die erste Verstärkerröhre und die dazugehörigen Schaltelemente enthält._u Der Einbau 13 kann beispielsweise als Tischaufsatz oder als lüii eines Standmikrophons ausgebildet Sein_c, Bei¹ Schalleinfall in einer Ebene_j die durch die Mittellinie parallel zu den Rohren geht und senkrecht zur Zeichenebene Steht_j gelangen die Schallwellen mit gleicher Grosse und phase auf die beiden Seiten der Membran 1,-, Die Gräfte auf beiden Seiten der Membran sind gleich gross und heben sich auf; somit bleibt die Membran in Ruhe und es entsteht keine Wechsel» spannung am Klemmenpaar 12ο Bei SchalIeinf all in dieser EVene ist also die Etn?.fi vAli chVe.i t des Mikrophons null«, Bei Schelleinfall aus irgend einer anderen Richtung besteht immer eine Phasenverschiebung zwischen den auf die beiden Seiten der Membran auftreffenden Schell wellen; je . grösser der Winkel zwischen Schalleinfallsrichtung <.mö der oben beschriebenen Ebene ist_; desto grösssr ist die Phasenverschiebung and desto grösser auch die Differenz der auf die Membran wirkenden Krafte₀ In entsprechender Weise ist die vom Mikrophon an dem Klemmenpaar 12 erzeugte Spannung vom Einfallswinkel abhängig und erreicht ihr Maximum bei Schalleinfall in Richtung des Pfeiles 14, oder entgegengesetzt« d.h. in Richtung senkrecht zur Ebene mi*)* ^,!«r t^-L' ■ Ii chkeit* Eiir die hnorönv^z ^r-T?^v 5* eine achtförv

mi ge Rl cbtvji ^ung_t

In Abb_e 2 besitzt das Mikrophon die Membranen 15 und 16 und diesen zugeordnete durchlöcherte platten 17 und 18; die Membran 15 ist als Elektrode und die Platte 17 als Gegenelektrode ausgebildet; die erzeugte Spannung wird am Klemmenpaar 19 abgenommen. Die Druckkammer 20 zwischen Membran 15 und Gehäuse 21 steht über das Rohr 22 mit dem Schallfcld in Verbindung; die Druckkammer 23 zwischen Membran 16 und Gehäuse 21 über den Rohrstutzen 24 und das Rohr 25β Der untere Teil des Rohres 25 ist etwas biegsam, sodass er sich periskopartig in Richtung des Doppelpfeiles 26 über den Rohrstutzea 24 schieben lässt. Der Abstand der Mündungen der Rohre 22 und 25 ist durch die AbStandsstücke 27 und 28 gegeben und ändert sich durch das Einschieben und Herausziehen dep- unteren Teiles des Rohres 25 nicht. Die Membranen 15 und 16" sind durch das kleine Luftpolster 29, das eine grosse Steife besitzt, fest miteinander gekoppelt. Die Membran 16 wirkt dabei als Staub- und Feuchtigkeitsschutz für das Mikrophon, Als zusätzlicher Schutz gegen Verunreinigungen sind wie in Abb, 1 Drahtgeflechte oder dergl. an geeigneten Stellen der Rohre vorgesehen® Bei Schalleinfall in Richtung des Pfeiles 30 gelangt der Schall später an die Mündung des Rohres 22 als an die Mündung des Rohres 25, und zwar um einen Zeitraum, der durch die Schallgeschwindigkeit und durch den Abstand 'der beiden Rohrmündungen voneinander gegeben iet; die sich im Rohr 25 fortpflanzende Schallwelle hat aber in der gezeichneten Stellung dieses Rohres einen längeren Weg eurüekzulegen als die Schallwelle im Rohr 22, und zwar ist die Diflcrenz dieser beiden Wege genau so gross wie der Abstand der beiden Rohrmündungen voneinander. Der in Richtung des Pfeiles 30 einfallende Schall gelangt also tatsächlich mit derselben Ph&eenlage an die Membranen des Mikrophonsj, die demzufolge in Ruhe bleiben. Für alle anderen Einfallsraehtungen des Schalls ergeben sich dagegen an den niikrophonmembranen Phasondifferanzen, d.h» die Membranen kommen ins Schwinge* und es entsteht eine chBclspannung am Klammenpaar 19, ßie Maximale Ausgengsspannung ergibt sich

bei Schalleinfall entgegengeeetat zur Richtung des Pfeiles 30. Man erkennt, dass die beschriebene Anordnung eine nierenförmige Richtwirkung besitzt«- Schiebt man den unteren Teil des Rohres 25 über den Rohrstutzen 24 bis gum Anschlag, so sind die beiden Rohre gleich lang und man erhält ein Mikrophon mit achtförmiger Richtwirkung entsprechend der in Abb» 1 gezeigten Ausfiihrung_e

In Abb. S ist die als Elektrode ausgebildete Membran 31 des einen Systems direkt mit der Klemme 32 verbunden, die das Potential der Vorspannung, beispielsweise +100 V besitzt« Die Gegenelektrode 33 dieses Systems liegt über einen Hochohmwiderstand 84, der beispielsweise die Größenordnung von 100 MOhm besitzt an Masse 35 und gleichzeitig wechselstrommässig über den Koppelkondemeetor 36 am Gitter des Greten Verstärkerrohres 37, Die ebenfalls als Elektrode ausgebildete Membran 38 des zweiten Systems liegt über den Hoch-ohmwiderstand 39, der dieselbe Grössenordnung besitzt wie der Hochohmwiderstand 34, an der Vorspannung führenden Klemme 32 sowie über den Koppelkondensator 40 am Gitter des Rohres 37. Die Gegenelektrode 41 dieses Systems liegt direkt an Masse 35; zwischen .dem Gitter des Rohres 37 und Masse Liegt der Gitterableitwiderstand 42· Die Beaufschlagung der beiden Systeme mit Schall, die über Rohre erfolgt, ist durch die Pfeile 43 und 44 angedeutet« Aus der Schaltung ergibt pich, dass die beiden Systememit gleicher Polung an Vorspannung Iiegen_l wobei die Vorspannung durch den Kondensator 40 vom Gitter des Rohres 3? ferngehalten wird, Wechselstrommässig liegt bei dem aus Membran 31 und Gegenelektrode 33 bestehenden System die Membran über den nicht eingezeichneten Siebkondensator für die Vorspannung im Diet ζ ge rät an Masse und die Gegenelektrode am Gitter, der Hochehmwiderstand 34 ist dabei um ein mehrfaches grösser als der Gitterableitwiderstand 42; beim aus Membran 38 und Gegenelektrode 41 bestehenden System liegt dagegen die Gegenelektrode an Masse und die Membran am Gitter. Die von den beiden Systemen erzeugten Wechselspannun-

gen sind also gegeneinandergesohaltet und es kommt für.die Verstärkung im Rohr 37 die Spannung zur Wirkung_l die¹ aus der Differenz der Verschiebungsströme im Gitterableitwiderstand 42 resultiert. Werden die beiden Systeme durch in Richtung der Pfeile 43 und 44 einfallenden Schall gleichphasig erregt, so heben sich die erzeugten Wechse!spannungen auf und es ergibt sich ein Minimum der Empfindliohkeit_e Mit steigender Phasenverschiebung der Anregung beider Systeme ergibt sich eine steigende Empfindlichkeit der Anordnung« Man hat es in der Hand, durch gleiche Rohrlängen eine achtförmige RichtTiirkung oder durch geeignet bemessene Längenunter schiede der Rohre andere Richtvrirkungen, z.B. Nierenform, zu erreichen.

In Abb. 4 ist die Gegeneinanderschaltung der Spannungen beider Systeme durch eine etwas abgeänderte Schaltung erreicht. Die beiden Gegenelektroden 33 und 41 liegen gemeinsam an Masse 35, die Membran 31 "über den Hochohmuiderstand 45 an der Klemme 46, die eine Vorspannung von beispielsweise 4-100 V gegen Masse führt. Die Membran 38 liegt über einen Hochohmwidersband 47 von etwa gleicher Grösse wie der widerstand 45 an der Klemme 48, die eine Vorspannung gleicher, Grösse aber entgegengesetzter Polung, ,z.B. -IQO V gegen Masse führt. Wechse1strommässig liegen beide Membranen über die Kondensatoren 36 und 40 am Gitter der Röhre 37, das über den Gitterableitwiderstand 42 mit Masse verbunden ist» Die Schalleinfallsrichtungen sind durch die Pfeile 43 und 44 angedeutet, ImGegensatz zur Schaltung gemäss Abb, 3 liegt die Vorspannung in umgekehrter Polung an den beiden Systemen, während, sie wechselspannungömässig parallel liegen. Demzufolge kommt wiederum am Gitterableitwiderstand 42 nur die Spannung zur Wirkung, die aus der Differenz der Verschieungeströme beider Systeme resultiert. Es kann auch zweckmässig sein, die Anschlüsse der Membranen 31 und 38 mit den Anschlüssen der Gegenelektroden 33 und 41 zu vertauschen; es liegen dann die Membranen gemeinsam an Masse 35 und die Gegenelektroden

an positiver bzw» negativer Vorspannung. Die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb* 4 ist im Übrigen die gleiche wie bei der Schaltung nach Abb» 3] dem Vorteil des gemeinsamen Masseanschlusses der beiden Gregenelektroden bzvir_e Membranen nach Abb» 4 steht der Nachteil gegenüber, dass zwei gegen Masse entgegengesetzte VorSpannungspotentiale erforderlich sind«

Bezüglich der bekannten Schwierigkeiten, die für die Anschaltung eines Kondensatormikrophons an das erste Verstärkerrohr bestehen, zeigt die Erfindung einen wesentlichen Vorteil; da nämlich aus den oben angeführten Gründen die Mikrophonkapazitäten im allgemeinen grösser sind als sonst Ublich_i ist es leichter möglich technisch einwandfreie und betriebssichere Lösungen für die Anschaltung des Mikrophons zu finden»

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Einrichtung für Schallempfänger, insbesondere Kondensato?- mikrορhone_p gekennzeichnet durch zwei durch das vorwiegend reibungsgedämpf te schwingungsfähige System (1) gebildete . Druckkammern (4, 6), an die je ein Rohr (S_i ?)_, vorzugsweise gegenüber der Membranmitte angeschlossen ist. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die grösste Ausdehnung jeder Druckkammer (4, 6) kleiner ist als eine halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz«.

   Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein solches Verhältnis der Querschnitte der Membran und eines Rohres, dass die transformierte Reibung der IViembrnn möglichst gleich dem mechanischen Wj.derstand des Rohres ist ο

   Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet; dass die ELohrmündungen dicht beieinander, vorzugsweise in einem Abstand angeordnet Sind_i, der kleiner ist .als eine halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz,

   Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Rohre p¹Viiohnr 7>ß,n ge . zur Erzielung einer α cht förmigen RI cn '.,charakteristik^

   Einrichtung nach Aas^xu...'o 4_i? dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer nierenf^k üirpn W chtcharakteristik das eine Rohr um den Betrag des Abstandes der beiden Rohrmündungen.,voneinander länger ist als das andere» Einrichtung nach Anspruch 4_; dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rohr in an sich bekannter '"eise, .z.B. durch periskopartige Ausbildung, vorzugsweise bei unveränderter Lage der lic hriuün Hungen zueinander, in seiner länge veränderbar ist _t

   Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7_? dadurch gekennzeichnet, dass das schwingungsfähige System rus einer Mem-

   bran (1) besteht, der eine vorzugsweise als Gegenelektrode wirkende durchlöcherte Platte (2) zugeordnet ist«, Einrichtung' nach einem der Anspräche 1-7. dadurch gekennzeichnet, dass das schvdngungs fähige System aus zwei Membranen (15., ,16) besteht, ζττίsehen denen eine oder mehrere durchlöcherte Platten (17, 18) angeordnet sind_ft Einrichtung nr. cn Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Membranen (15, 16) mechanisch, z.B» durch Luftpolster grosser Steife (29) fest miteinander gekoppelt und die eine oder euch beide als Elektroden ausgebildet sind* Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden als Elektroden wirksamen Membranen elektrisch, ■vorzugsweise im Gegentakt zusammengeschaltet sind» Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Membranen mechanisch voneinander unabhängig angeordnet und als Elektroden elektrisch zusammen- vorzugSTjeise gegeneinandergeschaltet sind.