DK155269B - Trykgradientmikrofon - Google Patents

Description

i

DK 155269 B

Opfindelsen angår en trykgradientmikrofon omfattende en membran og en elektrisk ledende bagelektrode, idet enten membranen eller bagelektrodens overflade består af en film af et elektrostatisk opladet elektretmateriale, der er opdelt i sek-5 torer, fortrinsvis cirkeludsnitformede sektorer.

Fra US-patentskrift nr. 3.588.382 kendes en trykgradientmikro-fon, af elektrettypen, hvor elektretet er opdelt i halvcirkelformede sektorer, der er ladet henholdsvis positivt og nega-10 tivt. Efter dette princip er det i praksis vanskeligt at fremstille så gode trykgradientmikrofoner, at de egner sig til målebrug. Mikrofonerne vil nemlig, foruden at være trykgradient-følsomme, også være følsomme overfor tryk, dvs. overfor tryk, der er jævnt fordelt over hele membranen. De polariserede sek-15 torer opdeler mikrofonen i adskilte transducerelementer, der hver især bidrager til det af mikronfonen afgivne signal. Ideelt skulle elementernes bidrag ophæve hinanden ved ensartet tryk på hele membranen, hvorved mikrofonen ikke skulle afgive noget signal. På grund af uens ladninger, ulige afstande mel-20 lem membran og ladede sektorer, ulige fordelte membranspændinger m.m. mellem elementerne, kan dette i praksis ikke opnås. Derfor anvender man i dag ikke sådanne trykgradientmikrofoner til akustiske målinger af partikelhastighed og lydintensitet, selvom dette princip ville indebære fordele i forhold til de 25 anvendte teknikker.

En elektretmikrofon af den indledningsvis nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at kun nogle af sektorerne er permanent opladet, nemlig til i hovedsagen samme potentiale, 30 idet elektroden er påtrykt et i hovedsagen halvt så stort elektrisk potentiale med modsat polaritet ved hjælp af en justerbar spændingskilde.

For en trykgradientmikrofon, der som denne tilføres såvel en 35 permanent ladning som en ladning fra en ydre kilde, kan tryk-følsomheden justeres til nul ved justering af spændingskilden, medens membranen påføres et ensartet tryk. Denne ydre spænding benyttes til udbalancering af forskelle i alle øvrige betyden- 2

DK 155269 B

de parametre, hvorved trykfølsomheden kan reduceres med en faktor 10 eller mere i forhold til mikrofoner med to permanente ladninger.

5 I en særlig hensigtsmæssig udførelsesform omfatter elektretmi-krofonen fire elektretmaterialebelagte elektrodedele, der er forbundet sammen to og to, til angivelse af trykgradienten i ét plan.

10 Elektretmikrofonen kan forbedres og bliver lettere at justere, hvis mikrofonens hulrum er så lille, at membranens udbøjning reduceres væsentligt ved et ensartet tryk over de to halvdele.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under hen-15 visning til tegningen, hvor fig. 1 viser en elektretmikrofon ifølge opfindelsen til måling af trykgradienter, 20 fig. 2 det elektriske koblingsdiagram i forbindelse med trykgrad i en tmi krofonen , fig. 3 en sammenstilling af en trykgradientmikrofon og en trykmikrofon til måling af lydintentitet, og 25 fig. 4a - c en trykgradientmikrofon med dertil hørende koblingsdiagram til angivelse af udbredelsesretningen i ét plan.

Den i fig. 1 viste mikrofon omfatter et ydre mikrofonhus 1, der 30 i det væsentlige er udformet som et cylindrisk konstruktionselement. Mikrofonhuset 1 er påmonteret et membranelement 2, der består af en kort cylindrisk bøsning med en flange, som sammen med mikrofonhuset udspænder en membran. Denne membran 2 udgør mikrofonens bevægelige elektrode. Membranelementet 2 er skruet 35 på mikrofonhuset 1 eller på anden måde fastgjort dertil, således at der etableres en elektrisk ledende forbindelse imellem huset 1 og membranen 2. Mikrofonhusets inderside er forsynet med en reces med en anlægsflade for en skiveformet isolator 3. Isola-

DK 155269 B

3 toren 3 holdes på plads i mikrofonhuset 1 ved hjælp af en spænde* ring, som skrues i ved et gevind på husets inderside.

På isolatoren 3 er monteret en stationær elektrode 4, der om-5 tales som bagelektroden. Denne elektrode består af et hoved med en plan overside, som udgør den egentlige stationære kondensatorplade samt en stammeformet del, som er ført gennem isolatoren 3 og ender i en terminal af et elektrisk godt ledende materiale. Membranelementet 2, mikrofonhuset 1, bagelek-10 troden 4 og isolatoren 3 indeslutter således et hulrum, der kun står i forbindelse med den ydre atmosfære gennem en trykudligningskanal 5. Denne kanal kan etableres på flere måder. I nogle mikrofoner er trykudligningskanalen tilvejebragt ved en gennemboring af mikrofonhusets væg, hvorefter den fornødne 15 akustiske modstand tilvejebringes ved at føre en tråd af passende tykkelse igennem kanalen.

På bagelektroden 4 er der påført en film 6 af elektrostatisk opladet elektretmateriale. Filmen, der kan have en tykkelse på 20 15 μ, er opdelt i to halvcirkelformede sektorer 6a, 6b. Kun den ene halvcirkelformede sektor er elektrostatisk opladet (f.eks. negativt opladet), således at den får et potentiale på f.eks. -250 V i forhold til bagelektroden 4 - se fig. 2. Princippet er nu, at bagelektroden påtrykkes et potentiale på +125 25 V i forhold til membranen 2. Derved får den ene halvdel af filmen 6 et potentiale på -125 V i forhold til membranen 2, medens den anden halvdel af filmen 6 får et potentiale på +125 V i forhold til membranen 2, idet disse potentialer eventuelt vil kunne finjusteres for udjævning af skævheder, ved hjælp af 30 et potentiometer, der er koblet i parallel med en ekstern spændingskilde. Justeringen foretages ved at sætte et ensartet tryk over hele membranen 2 og så justere til minimalt udgangssignal. Ved denne justering kompenseres der for manglende symmetri i den mekaniske opbygning. Det bliver lettere at udkom-35 pensere det uønskede udgangssignal, hvis mikrofonens hulrum er så lille, at membranens udbøjning reduceres væsentligt ved et ensartet tryk over de to halvdele. Derved bliver trykgradient-mikrofonen i stand til at trække to næsten lige store målevær-

DK 155269 B

4 dier fra hinanden og derved angive trykforskellen og derigennem trykgradienten med en større målenøjagtighed end hidtil kendt. Udgangssignalet udtages fra bagelektroden 4 ved VUC|.

5 Ovennævnte trykgradientmikrofon angiver trykgradienten i én retning, nemlig langs membranens 2 overflade i retningen vinkelret på skillelinien imellem de halvcirkelformede sektorer.

En alternativ udførelsesform kan være indrettet med f.eks.

10 fire kvartcirkelformede bagelektrodedele, der er forbundet sammen to og to, til angivelse af udbredelsesretningen i ét plan. Fig. 4a viser mikrofonen i adskilt tilstand, idet man ser de fire elektrodedele med belægninger 8a, 8b, 8c, 8d af elektretmateriale. To af disse belægninger 8a, 8b er elektro-15 statisk opladet (negativt). Fig. 4b viser hvorledes elektrodedelene 9a, 9b, 9c, 9d er forbundet sammen to og to, idet det enkelte sæt af elektrodedele justeres ved hjælp af et separat potentiometer, der er koblet i parallel med en spændingskilde på 125 V. I fig. 4b er der desuden indtegnet et XY-koordinat-20 system, idet man ser et eksempel på en lydudbredelse i forhold til dette koordinatsystem. Fig. 4c illustrerer hvorledes man ud fra de målte signalværdier, der udtages ved A og B, beregner lydens udbredelsesretning i forhold til koordinatsystemets ene akse. Fordelen ved denne mikrofon er, at man undgår at 25 skulle dreje mikrofonen for maksimal følsomhed. Ved hjælp af to på hinanden vinkelrette mikrofoner kan man desuden angive udbredelsesretningen i rummet.

Til kalibreringsformål kan der foran mikrofonen anbringes et 30 elektrostatisk målegitter, der er opdelt i indbyrdes isolerede halvdele svarende til bagelektrodens opdeling. Ved en passende faseforskydning mellem de påtrykte elektriske signaler, kan gitteret anvendes til elektrisk simulering af en lydbølge, der udbreder sig hen over trykgradientmikrofonen.

35

Trykgradientmikrofonen kan med fordel anbringes overfor en trykmikrofon, idet der er en forholdsvis tynd spalte imellem mikrofonerne - se fig. 3. Derved bliver det muligt at måle lydi ntensi teten.

Claims (5)

1. Trykgradientmikrofon omfattende en membran og en elektrisk S ledende bagelektrode, idet enten membranen eller bagelektrodens overflade består af en film af et elektrostatisk opladet elektretmateriale, der er opdelt i sektorer, fortrinsvis cirkel udsni tf ormede sektorer, kendetegnet ved, at kun nogle af sektorerne er permanent opladet, nemlig til i ho- 10 vedsagen samme potentiale, idet elektroden er påtrykt et i hovedsagen halvt så stort elektrisk potentiale med modsat polaritet ved hjælp af en justerbar spændingskilde.

2. Trykgradientmikrofon ifølge krav 1, kendeteg-15 net ved, at der kun er tilført permanente elektrostatiske ladninger til den ene halvdel af sektorerne. å

3. Trykgradientmikrofon ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den omfatter fire elektretmaterialebe- 20 lagte elektrodedele, der er forbundet sammen to og to til angivelse af trykgradienten i ét plan (fig. 4).

4. Trykgradientmikrofon ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at justeringen foretages ved at sætte et ensartet 25 lydtryk over hele membranenh og så justere til minimalt udgangssignal fra mikrofonen.

5. Trykgradientmikrofon ifølge krav 1-4, kendetegnet ved, at mikrofonens hulrum er så lille, at membranens 30 udbøjning reduceres væsentligt ved et ensartet tryk over de to halvdele. 35