FI107473B - Mikrofoni kielisoittimille ja mikrofonin käyttö - Google Patents

Description

107473

Mikrofoni kielisoittimille ja mikrofonin käyttö

Keksinnön kohteena on kielisoittimille tarkoitettu induktiivinen mikrofoni, jolla 5 mikrofonilla on ensimmäinen pää ja toinen pää ja joka mikrofoni käsittää mikrofonin pituusakselin kanssa oleellisesti yhdensuuntaisen kestomagneetin magneettikentän luomiseksi, sekä kestomagneetin läheisyydessä olevan, kestomagneetin pituusakselin kanssa oleellisesti yhdensuuntaisen käämin ja käämin läheisyydessä olevan ja sen kanssa oleellisesti yhdensuuntaisen häiriövaipan. Keksinnön kohteena 10 on mikrofonin käyttö kanteleen, pianon tai sitran sukuisten soittimien sähköisen äänentoiston yhteydessä sekä myös mikrofonin käyttö kielisoittimen virityslaitteen yhteydessä.

Musiikki-instrumenttien äänenvahvistuksessa ja -toistossa on käytössä laaja kirjo 15 erilaisia mikrofonirakenteita. Erityisesti kitaratyyppiset soittimet ovat olleet suuren kiinnostuksen kohteena. Niinpä kitaralle ja sen sukuisille soittimille on löydettävissä lukuisa määrä erilaisia mikrofonirakenteita. Soittimien äänentoiston parantamiseksi voidaan käyttää esimerkiksi akustista mikrofonia, kontaktimikrofonia tai sähköma-neettiseen induktioilmiöön perustuvia mikrofoneja.

20

Akustisen mikrofonin käyttö on helppoa, mutta sen huono puoli on se, että se rekisteröi halutun äänen lisäksi kaikki muutkin soittimen ympäristössä esiintyvät häly- ja häiriöäänet. Näin ollen akustisen mikrofonin käyttö vaatii soittotapahtumalta myös ympäristön suhteen paljon. Kontaktimikrofoni taasen kiinnitetään kiinteästi soitti-25 men runkoon. Tällaisen mikrofonin toiminta perustuu sen soittimen kaikukopasta m vastaanottamiin mekaanisiin värähtelyihin. Kontaktimikrofonien asentaminen on varsin hankalaa ja pahimmassa tapauksessa mikrofonin asentaminen vääristää soittimen äänen laatua. Toinen kontaktimikrofonin ongelma on sillä aikaansaatavan äänen puuroutuminen lyhyitä/nopeita säveliä soitettaessa.

30 Sähkömagneettiseen induktioilmiöön perustuvissa mikrofoneissa periaatteena on se, ·· että kestomagneetilla luodaan voimakkuudeltaan vakio magneettikenttä, joka sulkee sisäänsä soittimen metalliset kielet. Niinpä soittimen metallisten kielten värähtely näin luodussa magneettikentässä aiheuttaa magneettikenttään muutoksia, jotka voi-35 daan havaita sopivalla magneettikentässä olevalla johdinsilmukalla. Tavanomaisin tapa käyttää tätä sähkömagneettiseen induktioon perustuvaa ilmiötä on se, että jokaiselle soittimen kielelle tehdään oma induktiivinen mikrofoninsa. Tällä menettelyllä halutaan varmistaa mikrofonin halutunlainen toiminta. Yksittäisen kielen in- 107473 2 duktiivinen mikrofoni on helppo valmistaa ja se on helppo suojata ulkoisia häiriöitä vastaan, samoin kutakin soittimen kielen sointia vastaava sähköinen signaali voidaan vahvistaa erikseen ja summata halutulla tavalla myöhäisemmässä vaiheessa.

5 Tunnetaan myöskin induktiivisia mikrofoniratkaisuja, joissa kitaran tai viulun kielten värähtely havaitaan yhdellä kestomagneetti-johdinsilmukka-yhdistelmällä. Mainittuja mikrofoniratkaisuja löytyy esimerkiksi US-julkaisuista 5 422 432, 5 408 043, 5 641 932 ja 3 99 972. Kyseisissä julkaisuissa esitetyillä ratkaisuilla luodaan soittimen kielien määräämää tasoa vastaan kohtisuorassa oleva magneettikenttä, eli jom- 10 pikumpi käytetyn kestomagneetin navoista osoittaa kohti soittimen kielten määräämää tasoa. Soittimen kielten värähdellessä syntyneet magneettikentän vaihtelut havaitaan yhdellä tai kahdella johdinkäämillä, jotka on käämitty mikrofonissa käytetyn kestomagneetin ympärille. Julkaisuissa esitettyjen mikrofonien ulkomitat ovat pituusakselin suhteen maksimissaan luokkaa 5 cm. Mainituissa julkaisuissa esitettyjä 15 ratkaisuja voidaan täten käyttää kitaran ja viulun kaltaisilla soittimilla, joissa on tunnetusti rajallinen määrä kieliä.

On kuitenkin yksi soitinryhmä, jonka sähköinen äänenvahvistus on tuottanut ongelmia. Näitä soittimia ovat sitransukuiset soittimet ja suomalaiskansallinen kannel.

20 Näissä soittimissa on parhaimmillaan useita kymmeniä kieliä ja soittimen kielikent-tä on useita kymmeniä senttimetrejä leveä. Yksittäisten kielten erilliset mikrofonit eivät tule kyseeseen niiden vaatiman johtomäärän ja kokonaiskustannusten takia. Yksittäistä koko soittimen kielet/kielikentän kattavaa mikrofonirakennetta ei ole ollut saatavilla.

25 Tämän keksinnön tavoitteena on esittää uudentyyppinen induktiivinen mikrofonira-kenne, joka on yksinkertainen valmistaa ja joka on mitoitettavissa halutulla tavalla kannel- ja sitratyyppisille soittimille.

30 Keksinnön tavoitteet saavutetaan mikrofonirakenteella, jossa kestomagneetin avulla luodaan johdinten määräämän tason suuntainen magneettikenttä, johon soittimen kielien värähtelyn aiheuttamat muutokset havaitaan mainitun magneetin ympärille sijoitetulla johdinsilmukalla.

35 Keksinnön mukaiselle mikrofonille on tunnusomaista, että kestomagneetin magneettiset navat (N/S) sijaitsevat toinen mikrofonin ensimmäisen pään puoleisessa päässä ja toinen mikrofonin toisen pään puoleisessa päässä mikrofonin pituusakselin suuntaisen magneettikentän aikaansaamiseksi soittimien kielien määräämään tasoon.

3 107473

Keksinnön mukaisen mikrofonin eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

5 Keksinnön perusajatus on seuraava: Mikrofonin toimintaperiaate perustuu sähkömagneettiseen induktioilmiöön. Yhdellä koko kielikentän yli yltävällä kestomagneetilla luodaan soittimen kielien määräämän tason suuntainen, voimakkuudeltaan vakio magneettikenttä. Luodun magneettikentän suunta (napojen paikat) on mikrofonin pituusakselin suuntainen. Soittimen kielien aiheuttamat muutokset kestomag-10 neetin luomassa magneettikentässä indusoivat mainitun kestomagneetin ympärille käämittyyn noin 1500 kierrosta käsittävään johdinsilmukkaan signaalin, joka johdetaan suoraan ilman erillistä esivahvistusta varsinaiselle sähköiselle vahvistimelle.

Keksinnön etuna on, että yhdellä mikrofonilla voidaan havaita/vahvistaa kymmeni-15 en soivien kielien aikaansaamat signaalit yhtäaikaa.

Lisäksi keksinnön etuna on, että mikrofonin asennettavuus on helppoa; se voidaan kytkeä soittimen kanteen ilman soittimen kanteen tehtäviä reikiä edullisesti kiinni-tystarralla. Mikrofonin vaatima signaalijohto voidaan tuoda soittimeen soittajaa vas-20 tapäätä olevalta reunalta, jolloin mikrofonista lähtevä signaalijohto ei häiritse soittajaa. Tämä on erityisen edullista kanteleen soitossa, koska eri muusikot soittavat kannelta eri puolilta omien mieltymystensä mukaan.

Edelleen keksinnön etuna on, että keksinnön mukaisella mikrofonilla taltioitu soitti-.. 25 men ääni ei puuroudu sähköisessä äänentoistossa.

Edelleen keksinnön etuna on, että mikrofonin äänentoisto on tasainen koko soittimen äänialueella.

30 Edelleen keksinnön etuna on, että mikrofonia voidaan käyttää ilman esivahvistinta , .· kielisoittimen viritysmittarin kanssa, jolloin samassa tilassa voidaan virittää lukuisia soittimia yhtaikaa.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan ohei-35 siin piirustuksiin, joissa kuva la esittää esimerkinomaisesti kannelta päältäpäin katsottuna, 107473 4 kuva Ib esittää esimerkinomaisesti kuvan la kannelta suunnasta A - A katsottuna, kuva 2a esittää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaista mikrofonia, 5 kuva 2b esittää esimerkinomaisesti erästä kuvan 2a esittämän keksinnön mukaisen mikrofonin yksityiskohtaa B ja kuva 2c esittää esimerkinomaisesti erään keksinnön mukaisen mikrofonin poikkileikkausta.

10

Kuvassa la on esimerkinomaisesti esitetty, miten eräs keksinnön mukainen mikrofonin suoritusmuoto voidaan asentaa kielisoittimeen, kuten kuvan esimerkissä kanteleeseen 16. Kantele on soitin, jonka kielien lukumäärä vaihtelee soittimesta toiseen. Soittajan taidon karttuessa hän yleensä valitsee useampikielisen soittimen, 15 koska sen ääniala on laajempi. Kanteleessa 16 käytettävät soittimen kielet 11 kiinnitetään kanteleen 16 kaikukopan päälle oleellisesti yhdensuuntaisiksi siten, että soittimen kielen antaman äänen korkeus muuttuu toisiaan samaan suuntaan seuraavissa kielissä aina samaan suuntaan. Kuvan la esimerkinomaisessa suoritusmuodossa on keksinnön mukainen mikrofoni 14 kiinnitetty kiinnittimillä 13a ja 13b kanteleen 16 20 kaikukopan kanteen siten, että mikrofonin pituusakselin suunta muodostaa kulman soittimen kielien suunnan kanssa. Samaa mikrofonia 14 voidaan käyttää usean kokoisilla soittimilla. Tämä on mahdollista muuttamalla mikrofonin 14 ja soittimen kielien välistä kulmaa ja pitämällä huoli siitä, että mikrofoni yltää käyttöasen-nossaan kaikkien soitettavien kielien yli. Kiinnittimet 13a ja 13b voivat olla edulli-25 sesti kaksipuoleisia tarroja. Myöskin muunlaiset pysyvämmät piikakiinnitinratkaisut ovat mahdollisia. Kuitenkaan kiinnitysratkaisut eivät edullisesti vaadi kiinnitysrei-kien tekemistä kanteleen kaikukopan kanteen, mikä tunnetusti voi vääristää kanteleen äänenlaatua. Mikrofoni 14 liitetään sähköiseen äänentoistojärjestelmään liittimen 15 avulla. Liitin 15 on jotain kaupallisesti saatavaa sopivaa tyyppiä. Liittimen 30 sijoitus voi olla kuvan esimerkinomaisesta sijoittelusta poikkeava. Esimerkiksi mikrofoniin voidaan liittää juottamalla tai muulla tavanomaisella liitäntätavalla kaapeli, jonka toisessa päässä varsinainen liitin sähköiseen vahvistinjärjestelmään sijaitsee.

Kuvassa Ib on esimerkinomaisesti esitetty kuvan la esittämä kantele suunnasta A-A 35 nähtynä. Soittimen kielet 11 kiinnitetään kanteleeseen 16 kiinnittimillä/virittimillä 17a ja 17b. Keksinnön mukainen mikrofoni 14 on korkeudeltaan niin matala, että se ei kosketa voimakkaastikaan soitettuja soittimen kieliä 11. Kuvan Ib esimerkin- 107473 5 omaisessa suoritusmuodossa mikrofoni 14 on kiinnitetty kanteleen 16 kaikukopan kanteen edullisesti kaksipuolisella tarralla 13.

Kuvassa 2a on esimerkinomaisesti esitetty eräs edullinen keksinnön mukainen mik-5 rofoni 22, jolla on ensimmäinen pää ja toinen pää. Mikrofoni liitetään sähköiseen äänentoistojärjestelmään liittimen 21 avulla, joka sijaitsee mikrofonin 22 ensimmäisessä päässä. Eräässä edullisessa keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa mikrofonin pituus ensimmäisestä päästä toiseen päähän mitattuna on luokkaa 410 mm, sen leveys soittimen kaikukopan tasossa on edullisesti luokkaa 14 mm ja sen korkeus 10 kaikukopan tasoa vastaan kohtisuorassa tasossa 6 mm. Esitetyn suoritusmuodon mitoilla varustettua mikrofonia voidaan käyttää soittimissa, joissa on soitettavia kieliä noin 50 kappaletta. Tällöin kysymyksessä voi olla iso kannel tai jokin sitran sukuinen soitin.

15 Kuvassa 2b on esitetty esimerkinomaisesti yksityiskohta B kuvasta 2a. Kuvasta 2b nähdään, että mikrofonin 22 pituusakselilla sijaitsee kestomagneetti 23, joka ulottuu mikrofonin 22 ensimmäisestä päästä sen toiseen päähän. Kestomagneetin 23 magneettikentän navat asettuvat siten, että magneetin toinen napa sijoittuu mikrofonin 22 ensimmäiseen päähän ja magneetin toinen napa mikrofonin toiseen päähän. Näin 20 ollen kestomagneetin 23 luoma magneettikenttä on oleellisesti yhdensuuntainen mikrofonin 22 pituusakselin kanssa ja samalla soittimen kielien määräämän tason suuntainen. Kestomagneetti 23 voidaan edullisesti toteuttaa kaupallisesti saatavalla taipuisalla muovimateriaalilla, johon on sekoitettu ferromagneettista pulveria. Kestomagneetin 23 ympärille on käämitty kuparijohtimesta käämi 25a, 25b, joka kiertää ·· 25 koko kestomagneetin 23 mikrofonin 22 ensimmäisen ja toisen pään kautta. Käämi 25a, 25b on suojattu ulkoisia häiriötä, mekaanisia tai sähköisiä, vastaan suojakerroksella 24, joka on tarkemmin esitetty kuvan 2c selityksen yhteydessä.

Kuvassa 2c on esimerkinomaisesti esitetty erään edullisen suoritusmuodon mukai-30 sen mikrofonin poikkileikkaus. Mikrofonin keskellä on kestomagneetti 23. Kesto-.·· magneetin ympärillä on käämi 25a, 25b, joka on suojattu hartsilla 24c mekaanisen vioittumisen estämiseksi. Käämin avulla saadaan soittimen kielien kestomagneetin magneettikenttään aiheuttamat poikkeamat induktioilmiön avulla havaittua. Käämin osat 25a ja 25b on suojattu ulkoisia sähköisiä häiriöitä vastaan häiriövaipalla 24b, 35 joka ulottuu mikrofonin ensimmäisestä päästä sen toiseen päähän. Mainittu häiriö-vaippa 24b on yhdistetty liittimessä 21 olevaan pistokkeeseen ja sen kautta sähköisen äänentoistojärjestelmän maadoituspisteeseen. Kyseinen häiriövaippa 24b on muodoltaan vaaka-asentoon käännetty U, jonka sakarat osoittavat kohden kesto- 107473 6 magneettia 23. Kestomagneetin 23 kohdalle jätetään suojavaippaan kestomagneetin kokoinen aukko. Kyseisestä aukosta kestomagneetin 23 aikaansaama magneettikenttä pääsee esteettä kohden soittimen metallikieliä. Häiriövaipan tarkoituksena on estää ulkopuolisten häiriöiden kytkeytyminen käämiin 25a, 25b. Suoja-5 vaipan materiaaleina voidaan käyttää puhtaita metallinauhoja tai muoviin laminoi-tuja metallikalvoja. Metalleina kyseeseen voivat tulla esimerkiksi ferromagneettinen rautapohjainen metalliseos, paramagneettinen aine, kuten alumiini, ja joissakin suoritusmuodoissa voidaan käyttää myös kuparia. Mikrofoni suojataan mekaanisia vaurioita vastaan vaipalla 24a, joka on materiaaliltaan edullisesti muovia tai hartsia.

10

Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisemmin erään edullisen keksinnön mukaisen mikrofonin rakenne, jolla on saavutettu tasainen äänentoisto koko soittimen äänialu-eella ja jonka antama lähtösignaali on riittävä vietäväksi ilman esivahvistusta varsinaiselle sähköiselle vahvistimelle. Esimerkin mukaisen mikrofonin pituus on luok-15 kaa 410 mm. Kestomagneettina on käytetty I-Magnet Oy:n tuoteluettelosta löytyvää muovipohjaista, taipuisaa ferromagneettisella aineella kyllästettyä muovimateriaalia, edullisesti pituudeltaan 410 mm, leveydeltään 3 mm ja korkeudeltaan 6 mm. Kestomagneettia ympäröivä käämi on valmistettu emaloidusta kuparilangasta, jonka halkaisija on 0,10 mm. Käämi käsittää edullisesti 1600 kierrosta kyseisestä langasta 20 tehtyä johdinsilmukkaa. Valmistetun käämin tasavirtaresistanssi on luokkaa 1200 Ω. Käämi on suojattu mekaanisia vaurioita vastaan kaupallisesti saatavalla käämihart-silla. Häiriövaippana on käytetty 0,06 mm paksua alumiinikalvoa, joka on laminoitu kiinni muovikalvoon. Mikrofonin ensimmäisessä päässä kyseinen alumiinikalvo on kytketty liittimeen 21 ja siellä sen maadoituskoskettimeen. Mainitun liitoksen teke-- 25 misessä voidaan edullisesti käyttää apuna lyhyttä pätkää ohutta kaupallisesti saata vaa kuparikaivoa, joka on asetettu galvaaniseen yhteyteen alumiinikalvon ja liittimen 21 maadoituspistokkeen kanssa. Mikrofoni on suojattu ulkoisia mekaanisia vaurioita vastaan nelikulmaisella muoviprofiililla, jonka sisään mikrofoni on asetettu. Muoviprofiili on viimevaiheessa täytetty sähköhartsilla, joka ankkuroi varsinai-30 sen mikrofonin profiilin sisään.

Yllä kuvattua mikrofonia voi sen hyvien sähköisten suoritusarvojen ansiosta käyttää myöskin soittimen virityksessä. Tällöin mikrofoni kytketään suoraan ilman esivah-vistimia viritysmittariin, jonka avulla varsinainen viritystyö tehdään. Koska virityk-35 sessä ei nyt tarvitse turvautua pelkästään kuuloon, voidaan samassa tilassa virittää yhtäaikaa useita soittimia, mikä tekniikan tason mukaisilla laitteilla/menetelmillä on hankalaa.

107473 7

Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisia edullisia suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin suoritusmuotoihin. Esimerkiksi mikrofonia voidaan käyttää , muiden soittimien äänentoiston apuna kuin edellä mainittujen kanteleen ja sitran.

Tällaisina soittimina voivat tulla kyseeseen kitara, harmonikka ja piano. Keksinnöl-5 listä ajatusta voidaan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

I

_ · * • i « ·

Claims (9)

107473

1. Kielisoittimille tarkoitettu induktiivinen mikrofoni, jolla mikrofonilla on ensimmäinen pää ja toinen pää ja joka mikrofoni käsittää 5 - mikrofonin pituusakselin kanssa oleellisesti yhdensuuntaisen kestomagneetin (23) magneettikentän luomiseksi, - kestomagneetin läheisyydessä olevan, kestomagneetin pituusakselin kanssa oleellisesti yhdensuuntaisen käämin (25a, 25b) ja - käämin läheisyydessä olevan ja sen kanssa oleellisesti yhdensuuntaisen häiriövai-10 pan (24b), tunnettu siitä, että kestomagneetin magneettiset navat (N/S) sijaitsevat toinen mikrofonin ensimmäisen pään puoleisessa päässä ja toinen mikrofonin toisen pään puoleisessa päässä mikrofonin pituusakselin suuntaisen magneettikentän aikaansaamiseksi soittimien kielien määräämään tasoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikrofoni, tunnettu siitä, että kestomagneetti (23) on materiaaliltaan muovia, johon on sekoitettu ferromagneettista ainetta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikrofoni, tunnettu siitä, että käämi (25a, 25b) on käämitty 0,10 mm kuparilangasta. 20

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mikrofoni, tunnettu siitä, että käämin tasa-virtaresistanssi on luokkaa 1200 Ω tasaisen äänentoiston saavuttamiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikrofoni, tunnettu siitä, että häiriövaippa 25 (24b) sulkee käämin (25a, 25b) sisäänsä muilta osin paitsi kestomagneetin (23) koh dalta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mikrofoni, tunnettu siitä, että häiriövaippa (24b) on ainakin osittain alumiinia. 30

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikrofoni, tunnettu siitä, että häiriövaipan päällä on ulkovaippa (24a).

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen mikrofonin käyttö kanteleen, 35 kitaran, pianon tai sitransukuisten soittimien sähköisen äänentoiston yhteydessä.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaisen mikrofonin käyttö kielisoittimien vi-rityslaitteen yhteydessä. 9 107473