SE452083C - Mikrofon - Google Patents

Description

25 30 35 40 452 083 a 2 schema där mikrofonen har balanserade utgångar. visar hur de fyra olika signalerna kan erhållas. över impedansomvandlaren.

I fig. 1 visas principerna för föreliggande uppfinning. En kondensatormikro- fon 1 med två membran 2 och 3 matas via två motstånd 4 och 5 på ca 50 MQ med en hög spänning medelst en s k phantommatning via kontakten 6 som kan vara av Canon-typ.

Enligt standard är phantonmatningsspänningen +48V men olika spänningar från ca +20V till +50V används ibland. De signaler, som erhålls från kondensatormikrofonkapslarna är huvudsakligen direkt proportionella mot matningsspänningen, varför man dels efter- strävar så hög matningsspänning som möjligt för att erhålla högt signal/brus-för- hållande och dels eftersträvar så liten variation som möjligt under drift.

Signalerna R och L från mikrofonens membran 2 och 3 matas till en förstärkare A1 (7, 8), som innefattar en FET-transistor. Membranen 2 och 3 bör belastas så litet som möjligt varför två belastningsmotstånd(9, 10) på 100 MD har angivits i fig. 1.

Ingângssteget i förstärkaren A1 bör ha så låg ingângskapacitans som möjligt, helst högst nâgra få pF, dels för att inte belasta membranet och dels för att minska för- stärkarens egenbrus. Lämpligen har förstärkaren A1 en måttlig spänningsförstärkning på exempelvis 20-30 dB samtidigt som en impedanssänkning utföres. Förstärkaren A1 kan också ha en variabel förstärkning, stärkningen med 20 Fig. 4 är ett kopplingsschema som Fig. 5 visar ett kopplingsschema exempelvis en strömbrytare som sänker för- dB för användning vid extremt höga ljudtryck. Den ovan angivna förstärkningen är önskvärd ur brussynpunkt eftersom därvid ingångsstegets egenbrus blir dominerande i den efterföljande förstärkarkedjan. Förstärkaren A1 kan utgöras av en enda FET-transistor eller eventuellt en FET-transistor kombinerad med en eller flera ytterligare transistorer av bipolär eller unipolär typ. Denna fråga diskuteras mer i detalj härnedan.

Efter förstärkaren A1 är kopplad en andra förstärkare A2l(11, 12) som huvud- sakligen är en buffert, dvs har förstärkningen 1. I denna förstärkare sker en ytter- ligare impedanssänkning till en nominell utgångsimpedans underskridande 600 9 för drivning av anslutningskabeln. Denna förstärkare A2 är eventuellt onödig och kan i vissa tillämpningar utelämnas när utgångsimpedansen från förstärkare A1 är tillräck- ligt låg.

Förstärkaren i fig. 1 innefattar dessutom en spänningsregulator som via phan- tommatningen från kontakten 6 omvandlar den inkommande spänningen till exempelvis +12V för matning av förstärkarna A1 och A2 (7, 8, 11, 12). För spänningsregulatorn måste uppmärksammas att brusbidraget härifrån måste vara försumbart. Vidare bör egen- strömförbrukningen vara minimal. Därför bör inte en konventionell integrerad spän- ningsregulator användas.

Utgångssignalerna från den ovan beskrivna mikrofonens förstärkare uttages via kontakten 6 och matas via en konventionell kabel bestående av tvâ signalledare och jordskärm till ingångskontakten 15 hos ett nätaggregat 14 eller ett batteriaggregat. 10 15 25 30 35 40 3 452 083 Nätaggregatet 14 innefattar en_nättransformator 16, en likriktarbrygga 17 och en filterkrets 18 och avger +48V till kontakten N. Från kontakten.N leder enligt enligt standars två noggrant matchade motstånd 19, 20 på vardera 6,8 kfi till vars en signal- kontakt i kontakten 15. På detta sätt sker phantommatningen via signalledningarna med +48V.

Signalerna uttages från kontakten 15 via kondensatorer och inmatas på en dubbel gangad potentiometer 21 på exempelvis ca 1 kn. Alternativt används två separata poten- tiometrar för att möjliggöra inställning av känsligheten separat för mikrofonens bägge riktningar. Från potentiometerns utgångskontakter ledes signalerna R och L till till en buffert 22, 23 med förstärkningen +1 och en buffert 24, 25 eller inverterare med förstärkningen -1. Utgångarna från dessa buffertar ledes via två strömbrytare till utgångskontakten 28 från nätaggregatet. Om nu denna kontakt 28 kopplas till en balanserad ingång hos en efterföljande mixer eller bandspelare m m, erhålles i be- roende av inställningen av potentiometern 21 och strömbrytarna 26, 27 olika rikt- ningskarakteristiker från en kula via njure till en åtta. Därvid bör observeras att signalledningen R normalt ledes till det balanserade ingångsstegets plusingång medan signalledningen L ledes till dess minusingång. Emellertid är signalerna R och L fas- vända 180° relativt varandra vid ljud från samma signalkälla, eftersom de vetter åt 1800 olika riktningar. Om därför strömbrytarna 26 och 27 bägge står i sitt övre eller nedre läge sett enligt figi 2 och potentiometern 21 står i mittläget, kommer signalerna L och R att subtraheras i den balanserade ingången och en karakteristik utgörande en åtta erhålles. Om endera av strömbrytarna 26 eller 27 står i sitt nedre läge och den andra i sitt övre läge, kommer signalerna R och L att adderas och en kula erhållas. Genom ändring av potentiometern 21 övergår kulan eller åttan succes- sivt i en njure.

Härigenom framgår att ändamålet med;uppfinningen har uppfyllts med den i fig. 1 och 2 beskrivna kopplingen. Mikrofonen är helt kompatibel och användbar till- sammans med befintliga balanserade system. Ett konventionellt nätaggregat kan an- vändas. Styrningen av riktningsegenskaperna kan ske från nätaggregatet eller efter- följande mixer på avstånd från mikrofonen utan att en pågående upptagning störs. Att Styrningen kan ske på avstånd från mikrofonerna uppskattas när mikrofonerna är upp- hissade i höga stativ eller fast monterade på svåråtkomliga ställen. Inspelninge- teknikerna behöver inte heller rusa in i ett ljudisolerat studiorum utan kan utföra inställningarna från mixelpanelen. En fackman inser de enorma fördelar som erhålles.

Ytterligare en fördel är att man nu kan utföra stereoinspelningar med en enda mikrofon. Mikrofonen består nämligen av två sammanbyggda kapslar 2 och 3 med njur- karakteristik riktade åt vars ett håll 1800 relativt varandra. Därför innehåller signalen R huvudsakligen ljudinformation från scenens högra sida medan signalen L huvudsakligen innehåller ljudinformation från scenens vänstra sida. Om därför sig- nalerna R och L matas till vardera kanalen hos en bandspelare, erhålles en stereo- 10 15 20 25 30 35 40 452 085 4 fonisk upptagning. Eventuellt kan signalerna R och L blandas något för undvikande av ett hålrum i mitten enligt känd inspelningsteknik. Vid denna stereoanvändning erhålles inte s k common~mode-rejection och brummet kan därför bli besvärande vid långa kabler och/eller störd omgivning. ' I fig. 3 visas därför en koppling där balanserad signalöverföring sker över fyra signalledningar R1, R2, L1 och L2 samt skärm. Såsom i fig. 1 innefattar mikro- fonen 1 motstånden 9 och 10 samt förstärkarna A1 (7, 8) och A2 (11, 12). Dessutom anslutes utgången från förstärkare A1 till en inverterande buffert 29, 30 och där- ifrån till buffertar A2 (31, 32). Således erhålles dels signalen R1 och dels en inverterad signal R2, samt förutom signalen L1 även en inverterad signal L2.

Signalerna R1, R2, L1 och L2 ledes via signalkabeln till ett spänningsaggregat av samma typ som i fig. 2. I fig. 4 visas endast hur signalerna uppdelas i fyra olika kontakter 34-36-från ingångskontakten 33. Den övre kontakten 34 ger kanal I dvs sig- nalen R1, R2 och den undre kontakten 37 ger kanal II, dvs signalen L1, L2. Kontakten 35 ger summan av R och L, dvs en kula och kontakten 36 ger skillnaden mellan R och L, dvs en åtta. Genom att reglera signalen efter kontakterna 34-37 dvs i en efterföl- jande mixer kan en steglöst reglerbar hjudbild erhållas.

Förstärkarstegen som visas i fig. 1 och 3 kräver extra stor omsorg av flera skäl. Dels är utrymmet begränsat eftersom man normalt eftersträvar en liten mikrofon.

Dels får strömförbrukningen i mikrofonens egen förstärkare inte vara alltför hög.

Dels krävs en förstärkare med extremt litet egenbrus och med extremt stor dynamik.

Alla dessa krav är svåra att tillgodose.

Utrymmesbegränsningen medför att en förstärkare med ett stort antal diskreta komponenter inte kan komma ifråga. Ej heller kan integrerade kretsar av konventio- nell utformning användas, framför allt på grund av för hög strömförbrukning. I samman- hanget bör påpekas att strömförsörjningen sker via de två motstånden 19, 20 på 6,8 kfl i nätaggregatet, dvs via 3,4 kfi. En strömförbrukning på 1 mA medför ett spännings- fall på 3,4 V vilket är acceptabelt. Därvid bör man ihâgkomma att samtidigt sker en sänkning av kondensatormikrofonens polarisationsspänning från +48V till +45V, vilket ger en motsvarande sänkning av signalstyrkan och därigenom minskar signal/brus-för- hållandet. Man bör därför också undvika kraftiga variationer i strömförbrukningen vilket kan modulera signalen och förorsaka distorsion.

I kopplingen enligt fig. 3 skulle man kunna ersätta förstärkarna A2 (11, 31) och bufferten 29 med en transformator, som ju inte har någon egen strömförbrukning.

Detta sker också normalt i en traditionell kondensatormikrofon med den följden att distorsion uppstår i såväl bas som diskant. Eftersom föreliggande mikrofon inne- håller två förstärkare, en för varje membran är kraven på låg strömförbrukning ännu högre.

Enligt föreliggande uppfinning löses dessa problem därigenom att förstärkarna A2, som utgör impedansomvandlare till en relativt låg impedans och därför normalt 15 25 30 35 40 s 452 083 utformas som emitterföljare och använder nätaggregatets motstånd 19 på 6,8 kn som emittermotstånd. Kopplingen kan vara ut- formad enligt fig. 5. Motståndet 38 på 1M0 bestämmer spänningsfallet VCE över tran- sistorn 40 och en konstantströmgenerator 39 är inkopplad i kollektorkretsen för att begränsa strömmen till exempelvis ett'vörde av 0,4 mA. Från transistorns kollektor uttages spänningen till spänningsregulatorn 13, som matar förstärkarna A1. Dessa förstärkare A1 innefattar åtminstone en FET-transistor som ingångssteg. För att ge minsta möjliga brustillskott bör denna transistor drivas med så låg matningsspänning som är praktiskt möjligt. Genom den beskrivna kopplingen kommer den höga matnings- spänningen på +48V att utnyttjas dubbelt genom att impedansomvandlaren A2 och för- stärkaren A1 ur spänningsförsörjningssynpunkt är seriekopplade, dvs samma ström går genom såväl transistorn 40 som genom regulatorn 13 och därefter.förstärkaren A1. Med strömregulatorn 39 begränsas strömförbrukningen till tillåtna värden. I kopplingen enligt fig. 3 kan naturligtvis strömregulatorn 39 vara gemensam för förstärkarna A2 dvs 11 och 31 i varje halva eftersom dessa steg har varandras spegelbildssignaler. erfordrar en kraftig strömförbrukning, Förstärkaren A1 med regulatorn 13 har en låg strömförbrukning exempelvis under 100 pA.

Totala spänningsfallet över motståndet 19, 20 på 6,8 kn blir därför ca 3,4 V vilket är acceptabelt. Vid ökad belastning stiger inte spänningsfallet eftersom strömregu- latorn 39 håller strömförbrukningen konstant. Härigenom undvikes modulation av po- larisationsspänningen. ' Mikrofonen kan utrustas med en dämpare på 20 dB vilken bör vara belägen i den första förstärkaren A1 för att minska risken för överstyrning. Dämpningen kan ske genom inkoppling (eventuellt fjärrstyrt från nätaggregatet) av ett oavkopplat source- motstånd i den första FET-transistorn, vilket emellertid ökar brustillskottet avse- värt. Detta är knappast någon nackdel vid de tillfällen när dämparen skall användas eftersom den endast behövs vid mycket kraftiga ljudtryck när bruset är helt ohörbart.

Vid en praktisk uppkoppling enligt ovan angivna riktlinjer erhölls en mikrofon med helt utmärkta egenskaper. Brusnivån var ca 18520 dBA och dynamiken översteg 120 dB. Strömförbrukningen är konstant ca 1,15 mA i kopplingen enligt fig. 3 vid spänningar mellan 20V och 50V. Genom frånvaron av transformatorer erhölls ett klarare och mer distinkt ljud. Genom inkoppling av kontakterna 34 till 37 till regler (med fasvändare) i en mixer erhölls möjlighet att kontinuerligt variera riktningsegen- skaperna.

För att hålla reda på vilken sida som var R resp. L av mikrofonen har en lys- diod anordnats under mikrofonhöljets metallnät. Lysdioden lyser mot metallnätets maskor och ljuset reglekteras snyggt och prydligt åt alla håll och indikerar sam- tidigt att mikrofonen är inkopplad; Lysdioden 41 kan vara inkopplad i strömregulatørn 39 där den inte åstadkommer ökad strömförbrukning för kretsen. Det är också tänkbart att införliva ett tredje membran i mikrofonen som är vänt bort från ljudkällan dvs mot bakgrunden. Det är ibland önskvärt att dämpa rumsljudet bakifrån, exempelvis för 452 083 s att dämpa eko e11er minska efterkiangen. Samtidigt erhåïïs bättre fokusering på sjäiva 1judkä11an. Det tredje membranet har sin egen förstärkare A1 och A2 och signalen ïedes via signaikabein ti11 mixerbordet_och inbïandas i iämpiiga propor- tioner till de två övriga signaïerna.

Av det ovanstående inses att en ny transformatoriös mikrofon med kontinueriigt ändringsbar riktningskarakteristik åstadkommits. Principerna som beskrivits ovan kan av en fackman modifieras och reaïiseras på många o1ika sätt. Uppfinningen be- gränsas endast av de nedanstående patentkraven.

Claims (8)

10 15 20 25 30 7 PATENIKRAV 4 5 2 Q å, 3

1. Mikrofon, bestående av en transformatorlös kondensatormikrofonkapsel (1) med två membran (2, 3) som är åtskilda av en fast kropp och bildar en dubbelmembrankapsel, samt en förstärkarkrets för anslutning till en spänningsförsörjningsenhet, en batterienhet eller liknande, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkarkretsen innefattar en separat förstärkare (7, 11 respektive 8, 12) för varje membran för att tillhandahålla två signaler (R, L), en från varje membran, vilka signaler är anordnade att matas via en signalkabel till spänningsförsörjningsenheten för att kombineras och/eller kopplas till en mixer, en bandspelare eller liknande.

2. Mikrofon enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de två signalerna (R, L) är anordnade att kombineras i spänningsförsörjningsenheten för att bilda summan av eller skillnaden mellan dessa signaler.

3. Mikrofon enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att signalerna (R, L) är anordnade att dämpas i olika förhållanden före kombineringen.

4. Mikrofon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkarkretsen innefattar en första förstärkare (A1), som har åtminstone en FET-transistor, och en andra förstärkare (A2), som utgör en impedansomvandlare och som sänker utgångsimpedansen.

5. Mikrofon enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den första förstärkaren (A1) och den andra förstärkaren (A2) är kopplade i serie med avseende på spänningsförsörjningen.

6. Mikrofon enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att den andra förstärkaren (A2) innefattar en transistor (40) som använder ett inre motstånd (19) hos spänningsförsörjningsenheten såsom belastningsmotstånd.

7. Mikrofon enligt något av föregående krav, k ä ngn e t e c k n a d av att förstärkarkretsen innefattar en strömregulator (39), som håller ström- konsumtionen vid en konstant nivå.

8. Mikrofon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att en tredje kapsel med njurkarakteristik är anordnad riktad bakåt från ljudkällan.