DK176724B1 - Kondensatormikrofon - Google Patents

Description

DK 176724 B1 i

Opfindelsen angår en kondensatormikrofon med et hus, med en første membran samt en til denne membran knyttet modelektrode og en åbning, gennem hvilken lyd kan nå frem til membranen.

5 En kendt kondensatormikrofon er en af typen NIKE 2 fra firmaet Sennheiser electronic GmbH & Co. KG. Denne MKE 2 mikrofon er en permanent polariseret kondensatormikrofon, der som en førsteklasses, lille clipsmikrofon med en diameter på ca. 4 - 6 mm anvendes overalt, hvor andre clipsmikrofoner på grund af deres større dimensioner er for påfaldende. Sådanne små mikrofoner af højeste 10 kvalitet anvendes især ved koncertopførelser, musicals eller inden for anden show-business, hvor en kunstner i tilgift til skuespil- eller dansepræstation synger eller taler, og mikrofonen anbringes meget skjult på kunstnerens krop, eksempelvis i håret eller inden for kostumet med tilsvarende indstilling mod kunstnerens mund.

15 MKE 2 opfylder i den forbindelse de højeste krav til lydkvalitet og robusthed og egner sig til ta leoverførsel og instrumentoptagelse på alle områder inden for "live" lydoverførselsteknik. Apparatet kan tilsluttes direkte til apparater med 12 ~ 48 V fantomstrømforsyning og er relativt ufølsomt over for legemslyd og råder over en meget lineær frekvensgang, hvilket er meget vigtigt for en naturtro optagelse.

20 US 4 258 235 A beskriver en kondensatormikrofon med lydindgangsåbning, membran, modelektrode, et cirkulært afstandsstykke og en skærm. Skærmen er fastgjort mellem de fremspringende dele på den øvre side af membranen og af afstandsstykket på den nedre side af membranen.

25 GB 400 629 A beskriver en kondensatormikrofon med en lydindgang i toppen, en membran, en elektrode, en afstandsring og et trådnet, der er fastholdt mellem afstandsringen og det fastskruede låg.

30 Under ugunstige omstændigheder, især når kunstneren transpirerer stærkt, kan det ske, at sved trænger ind i MKE 2 mikrofonkapslen og ødelægger denne. I forbindelse med dette skal man vide, at en kondensatormikrofon er en trykmodtager, som normalt er ufølsom over for høj luftfugtighed, idet luftudskiftningen gennem membranen selv er afbrudt foran modelektroden med et 35 følsomt elektret. Luftfugtigheden i mikrofonens hhv. mikrofonhusets indre tilpasser 2 DK 176724 B1 sig kun meget langsomt til den udvendige luftfugtighed, idet membranen generelt er dampgennemtrængelig. Når mikrofonkapslen er fremstillet omhyggeligt, udgør det ikke noget problem. Kun indtrængen af salte, dvs. elektrolytiske væsker, sådan som de er indeholdt i menneskelig sved, er kritisk. De ville straks aflade 5 elektretfolien på modelektroden. Ved de kendte mikrofoner af typen MKE 2 er der, ligesom også ved alle andre kondensatormikrofoner, tilvejebragt et indtalingshul som lydgennemgangsåbning, gennem hvilken den ankommende lyd når frem til et forrum i mikrofonens indre og til sidst rammer membranen. Membranen er placeret pi en membranring, og sveden kan ikke trænge forbi membranringen, idet denne io sidder i en silikonetætning.

Sveden suges til sidst gennem et meget lille hul (åbning), som har en diameter på kun 10 - 30 pm, og som befinder sig i membranen, ind i den kritiske luftspalte mellem membranen og modelektroden. Dette fører til afladning af elektretfolien.

15 Den ovenfor nævnte lille membranåbning er ved kondensatormikrofoner beregnet til trykudligning, for at membranen ved lufttrykssvingninger ikke "klasker" mod modelektroden, hvilket på den ene side kan føre til beskadigelser og på den anden side til uønsket optagelsesstøj. Uafhængigt af lokaliseringen af den lille membranåbning kan det næppe undgås, at der på et eller andet tidspunkt kommer sved ind 20 i luftspalten mellem membranen og modelektroden, hvilket bevirker afladning af elektretfolien.

Svedproblemet har længe været kendt og er hidtil blevet bekæmpet eksempelvis ved placering af et fortrinsvis vandafvisende, damp- og lydgennemtrængeligt ikke-25 vævet polyester-materiale foran mikrofonhusets lydindgangsåbning. Derudover bliver hele mikrofonkapslen samt loddesteder sprøjtestøbt tæt for også at forhindre indtrængen af sved på andre steder af mikrofonen.

Det har dog vist sig, at en pålidelig svedafvisning i mikrofonens indre på trods af 30 de ovenfor nævnte forholdsregler ikke er mulig, Idet der under de mest ugunstige omstændigheder stadig når sved ind i kondensatormikrofonens indre, hvilket kan resultere i et mikrofonsvigt. De kendte materialer, der er placeret før mikrofonkapsien hhv. membranen, er frem foralt afvisende over for destilleret vand. De lader ganske vist efter en vis tid sved trænge igennem på grund af dens 3 DK 176724 B1 lave overfladespænding og opfylder således ikke de ønskede krav, hvilket i værste fald kan føre til et totalt mikrofonsvigt.

Det er derfor den foreliggende opfindelses opgave at tilvejebringe en virkningsfuld 5 beskyttelse mod indtrængen af sved i mikrofonen, således at de ovenfor beskrevne ulemper og problemer overvindes.

Ifølge opfindelsen foreslås der en kondensatormikrofon med kendetegnene ifølge krav 1. Det drejer sig her om en kondensatormikrofon omfattende et mikrofonhus 10 med en lydindgangsåbning, hvor der i mikrofon huset er en første membran med en trykudligningsåbning, en modelektrode i ringe afstand fra den første membran, og en anden membran, samt en membranring med den første membran og den anden membran på hver sin side af membranringen, idet den anden membran er lukket.

15

Den anden membran er i modsætning til et åbenporet, lydgennemtrængeligt ikke-vævet materiale fuldstændigt lukket, således at problemet med forekommende fugtighed i den kritiske luftspalte mellem den første membran og modelektroden ikke længere forekommer, idet der på grund af lukketheden af den anden 20 membran ved hjælp af denne nærmest er opbygget en beskyttelsesvæg foran den første membran. Derudover harden anden membran i mangel afen åbning ingen trykudligning som den første membran. Den anden membran har tilstrækkelig plads til at følge de statiske lufttryksvingninger. Den første membran kan bibeholde sin udligningsåbning og forbliver ved statiske lufttryksvingninger i den definerede 25 hviieposition i en afstand af ca. 10 - 20 pm foran modelektroden.

Den ved opfindelsen frembragte dobbeltmembran har tilnærmelsesvis de samme elektrostatiske egenskaber som den første membran alene, når den anden membran er væsentligt lettere og svagere spændt end den første membran.

30 Forhold på 1:4 er opnåelige og har vist sig som et godt kompromis. Hertil kan den anden membran fortrinsvis præges. Begge dobbeltmembransystemets membraner svinger stift sammenkoblet i hele over-transmissionsområdet, således at der ikke forekommer nogen yderligere resonanser, når den indbyrdes afstand mellem membranerne er lille. Dette opnås ideelt ved, at den anden membran ligger direkte 35 foran membranringen, medens den første membran ligger direkte bag ved 4 DK 176724 B1 membranringen, og membranringen således sørger for en konstant indbyrdes afstand mellem de to membraner. Af fremstillingshensyn er det derudover meget gunstigt, hvis begge membraner klæbes fast på membranringens modsatliggende sider i stedet for at klæbe den første membran ind i mikrofonkapselhuset.

5

Til yderligere beskyttelse af mikrofonkapslen mod indtrængen af sved kan der på denne påsættes en hydrofob hætte, som eksempelvis har en teflon-coating.

Endelig kan det også være fordelagtigt, til beskyttelse af det bagerste mikrofonområde, i hvilket mikrofonkontakterne er forbundet med kablet, at placere 10 tilsvarende afdækningsmaterialer i dette område eller på siden af mikrofonkapslen for også at forhindre indtrængen af sved i mikrofonen på disse steder. Forsøg med afdækningsmaterialer såsom siliconegummi, polyester eller anvendelsen af trekomponentklæbemidler eller SMD-klæbemidler har givet særdeles gode resultater, og der kunne med disse materialer opnås en særdeles god af tætning af 15 mikrofonen i det bagerste område.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af et udførelseseksempel, der er mere indgående vist i tegningerne.

20 Fig. 1 viser et tværsnit gennem en kondensatormikrofonkapsel ifølge opfindelsen i et målestoksforhold på ca. 10:1.

Fig. 2 viser et tværsnit gennem en kondensatormikrofonkapsel med krympedel i et målestoksforhold på ca. 5:1.

25

Fig. 1 viser i tværsnit en kondensatormikrofonkapsel 1 ifølge opfindelsen med et hus 2, som ligger inden for en krympedel 3, som omfatter både mikrofonkapslen i og dennes kabel 5. Desuden er mikrofonkapslen, ligesom kablet, klæbet sammen med krympedelen, idet der som klæbemiddel eksempelvis anvendes et SMD-30 klæbemiddel eller et tokomponentklæbemiddel, således at der ikke kan trænge sved udefra ind i mikrofonens bagerste område og i sideområdet. Det siger sig selv, at samtlige dimensioner i fig. i samt i fig. 2 kun er eksempler og på ingen måde begrænser opfindelsen til en mi krofon kapse I hhv. til en mikrofon med de viste dimensioner.

35 5 DK 176724 B1

Fig. 2 viser i tværsnit i målestoksforholdet 10:1 en mikrofonkapsel 10 ifølge opfindelsen med et hus 30, som er forbundet med en kontaktplade 15, eksempelvis ved hjælp af iasersvejsning. I mikrofonkapslens forreste område har huset 30 en lydindgangsåbning 90 - også benævnt indtalingshul gennem hvilken lyden kan 5 nå ind i mikrofonkapslens indre forrum. I det forreste husområde er dette ved kanten trukket ned hen mod mikrofonkapslens indre, og hen mod midteraksen 25 er huset udformet let konvekst, idet lydindgangsåbningen 90 er indsat som cirkelrundt hul i centrum af det ydre, forreste husområde. På indersiden ligger der i husets kantområde en silikonetætning 60, eksempelvis som en ring. Forrummet 10 100 begrænses af en anden membran 70. Denne membran ligger på forsiden af en membranring 20, på hvis bagside den første membran 80 er placeret. Bade den anden og den første membran er fortrinsvis klæbet fast til membranringen.

Den anden membran er fuldstændig lukket, medens den første membran i 15 centralområdet har en meget lille åbning med en diameter på kun 10 - 30 pm. Til den første membran 80 slutter der sig en afstandsring 40, som kun har en tykkelse på ca. 10 pm og tjenersom afstandsholder til modelektroden 50, som ligeledes ligger an mod afstandsringen 40. Det er muligt, at tykkelsen af afstandsringen svinger mellem 10 og 50 pm og således sørger foren tilsvarende afstand mellem 20 modelektroden 50 og den første membran 80. Den lille åbning 110 tjener som trykudligning, for at den første membran 80 ved lufttryksvingninger ikke klasker mod modelektroden 50, hvilket kan føre til gengivelsesforringelser, beskadigelser eller endog til ødelæggelse af mikrofonkapslen. På modelektroden er der - ikke vist - placeret en eiektretfolie som elektretiag.

25

Tykkeisesforholdet mellem den første og den anden membran kan eksempelvis ligge i området ca. 3-4:1. Den absolutte tykkelse af den anden membran kan i den forbindelse andrage 1 pm. Stivhedsforholdet mellem den anden og den første membran ligger på ca. 1:4.

30

Den anden membran 70 har i mangel af en åbning ingen trykudligning. Den har dog tilstrækkelig plads til at føige de statiske iufttryksvingninger. Den første og den anden membran danner en dobbeltmembran og har på grund af deres tilpasning omtrent de samme egenskaber som den første membran 80 alene, når den anden 6 DK 176724 B1 membran 70 - som beskrevet ovenfor - er væsentligt lettere og svagere spændt end den første membran 80. Den anden membran 70 kan præges.

Dobbeltmembransystemets membraner svinger stift sammenkoblet i hele 5 transmissionssområdet, således at der ikke forekommer nogen yderligere resonanser, når den indbyrdes membranafstand er lille.

Af fremstillingshensyn er det meget gunstigt, hvis de to membraner er klæbet fast på membranringen 20 i stedet for at klæbe den første membran 70 fast i 10 kapselhuset 30.

Det siger sig selv, at mikrofonkapslen på ydersiden kan forsynes med en hætte, som har flere lydgennemtrængelige lag, fx ikke-vævede materialer, eller som har et hydrofobt lag, fx en tefloncoating. Det anbefales også af mange grunde, at 15 hætten har en gaze for også at forhindre indtrængen af grovkornede partikler i mikrofonens forrum.

Det kunne bekræftes i forsøg, at dobbeltmembransystemet på den ene side er i stand til at forhindre indtrængen af sved i området af den første membran 80 hhv.

20 i rummet mellem den første membran 80 og modelektroden 50, og at mikrofonen på den anden side stadigvæk opfylder de højeste krav til klangkvalitet og robusthed og derudover har en fast lineær frekvensgang ligesom også den kendte MKE 2.

25 Den beskrevne og viste mikrofon har en kuglekarakteristik, råder over et transmissionsområde på 20-20.000 Hz samt over en fritfelts-tomgangsoverføringsfunktion (1 KHz) pa 10 mV/Pa ±2,5 dB, Den nominelle impedans ligger på 50 Ohm, og indgangudgang-impedansen ligger på 1000 Ohm.

Det ækvivalente støjniveau (IEC 651) lå ved en A-vægtning på 27 dB, ved CCIR 30 (CCIR 4683)-vægtning på 38 dB. Grænselydtrykniveauet lå pa 100 - 130 dB ved en frekvens på 1 KHz (klirfaktor ca. 1 %) og forsyningsstrømmen på ca. 6 mA. Den samlede mikrofonkapselvægt ligger i den forbindelse på ca. 1 g(l).

Ved live transmission af musicals eller live-koncerter med show-grupper bæres 35 clipsmikrofoner på hovedet på panden eller i frisuren, I den forbindelse kan der DK 176724 B1 7 trænge sved ind i mikrofonen både foran, hvor ellers kun lyden skal træde ind, og i det bagerste område af mikrofonkapslens elektriske tilslutninger. Sveden kan fx nå til mikrofonkapslens elektriske tilslutninger langs med kablet direkte under bøjebeskyttelsen og der kortslutte mikrofonens udgangssignal. Den sædvanligvis 5 påsprøjtede bøjebeskyttelse er hverken tæt på kabelkappen eller på mikrofonkapseihuset, og sved kan uden besvær trænge forbi den. Det foreslås forinden at påføre en støbemasse på mikrofonkapslens elektriske tilslutninger.

Denne støbemasse bør hæfte specielt godt tætnende på metallet, loddetin, som eventuelt stadig udviser flusmiddelrester eller isoleringsbestanddele, og på de 10 enkelte kabeltråde, som skal tilsluttes. Som egnet materiale til en sådan støbemasse kan benyttes materiale, som anvendes inden for elektronikken, fx til afdækning af hybrid-kredsløb. Fordelagtige er støbemasse-materialer såsom tokomponent-polyurethan-støbeharpiks, tokomponent-epoxy-støbeharpiks, silikonegummi eller enkomponent-epoxy-støbeharpiksklæbemiddel, hvilke også 15 anvendes til klæbning af SMD-dele før bølgelodningen.

Efter anbringelse af støbemassen bliver mikrofonkapslen med dens tilslutninger og begyndelsen af kabelkappen dækket som en helhed. En klæbning kan ydermere give særlig sikkerhed mod gennemtrængen afsved. Endelig forsynes 20 krympeslangen - herfig. 1 - på indersiden med smelteklæbemiddel. Ved selve krympeprocessen aktiveres også klæbemidlet, som hærder efter afkøling. Det kan også ideelt være egnet at sammenklæbe gummityller, fx af neopren, med eller v.h.a. fx Loctite 480 cyanoacrylat med gummiandel, med kabelkappen af polyurethan.

25

Endelig kan også et gunstigt valg af sprøjtemateriaiet til kabelbøjebeskyttelsen forhindre, at sved trænger bagfra ind i den bagerste del af mikrofonkapslen.

Sprøjtematerialet burde ætse kabelkappen let, og et elastisk, termoplastisk polyester til en polyurethan-kabelkappe har vist sig at være egnet.

30

Et hydrofobt gitter kan tjene som yderligere beskyttelse af det forreste mikrofonkapselområde, hvilket gitter placeres før lydindgangsåbningen.

Anvendelsen af ikke-vævede materialer, fx Goretex, er ligeledes bedre end traditionelt polyestervæv.

Claims (6)

8 DK 176724 B1

1. Kondensatormikrofon omfattende et mikrofonhus (30) med en lydindgangsåbning (90), hvor der i mikrofon huset (30) er 5. en første membran (80); - en modelektrode (50) i ringe afstand fra den første membran (80); - en anden membran (70); og - en membranring (20) med den første membran (80) og den anden membran (70) på hver sin side af membranringen (20); 10 kendetegnet ved at - den første membran har en trykudligningsåbning (110); og at - den anden membran (70) er lukket.

2. Kondensator mikrofon ifølge krav 1 15 kendetegnet ved at den første membran (80) i hvileposition befinder sig I en afstand på ca. 10 til 50 pm foran modelektroden (50).

3. Kondensatormikrofon ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at den anden membran (70) er væsentligt lettere end den 20 første membran (80).

4. Kondensatormikrofon ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at vægtforholdet eller spænding/stivhed forholdet mellem den første membran og den anden membran erca. 4:1. 25

5. Kondensatormikrofon ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at den første membran (80) og den anden membran (70) begge er klæbet til membranringen (20).

6. Kondensatormikrofon ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved at den anden membran (70) er svagere spændt end den første membran (80). DK 176724 B1 I—“pllg2=__ tSl^F 2 1 3 5 Fig. 1 DK 176724 B1 c\j O O .2* o O π r- ΓΓ CN -J· o ID J =\$V v s\i: \ -)ξ^ε3- s ^ " i I '. ^Lv w £ ^ Ί V -o- ^ I _ξξΗρ^ O \ NXNX^ OO \ ^ g -S J S 2 "s £ S JS o