DE1073545B - Dynamisches Rieht mikrophon - Google Patents

Description

In der Schallaufnahmetechnik haben Mikrophone mit bevorzugt einseitiger Richtcharakteristik große Bedeutung erlangt. Es sind zahlreiche Konstruktionen nach dem dynamischen Umwandlungsprinzip bekanntgeworden, die jedoch hohen Anforderungen an Übertragungsgüte nicht genügten.

In einer bekannten Anordnung sind ein Druckempfänger mit kugelförmiger Richtcharakteristik, z. B. ein Tauchspulenmikrophon, und ein Druckgradientenempfänger mit achtförmiger Richtcharakteristik, z. B. ein Bändchenmikrophon, nebeneinander angeordnet und elektrisch miteinander verbunden worden. Um die dabei auftretenden Phasendifferenzen der räumlich getrennten Schallempfänger zu beseitigen, wurden bei einer anderen Ausführungsform in einem einzigen Tauchspulenmikrophon der Druckempfänger und der Druckgradientenempfänger in der Weise kombiniert, daß nur eine einzige mit Tauchspule versehene Membran auf ihrer Vorderseite direkt, auf ihrer Rückseite über den kreisförmigen Schlitz zwischen Tauchspule und der ringförmigen Polplatte dem Schallfeld ausgesetzt wurde. Der im Schlitz entstehende akustische Reibungswiderstand diente zur Dämpfung der Eigenschwingung der Membran. Eine Änderung der Resonanzfrequenz der Membran trat praktisch dabei nicht auf. Deshalb mußte die Eigenfrequenz der Membran durch eine nachgiebige Lagerung an die untere Grenze des Übertragungsbereiches gelegt werden, wodurch noch stärker als beim Bändchenmikrophon die Erschütterungsund Windempfindlichkeit störend in Erscheinung traten. Andererseits aber war es erforderlich, die Eigenfrequenz des Druckgradientenempfängers an die untere Grenze des Übertragungsbereiches zu legen, da der Druckgradient mit zunehmender Frequenz linear zunimmt und durch eine entsprechende Hemmung der Membran (Massehemmung) kompensiert werden muß, um eine freqenzunabhängige elektromotorische Kraft zu erhalten. Um die Eigenschwingung der Membran an die untere Grenze des Übertragungsbereiches zu legen, wurde die gewölbte Kappe der Membran samt Tauchspule in einer sehr nachgiebigen Halterung gelagert.

Ferner ist ein elektroakustischer Wandler mit KoI-benmembräii bekanntgeworden, die einen nach rückwärts belüfteten Luftpolster von geringer Tiefe begrenzt, über den an die Kolbenmembran ein Luftstöpsel angekoppelt ist, dessen Querschnitt und dessen Länge im Verhältnis zur Membranfläche so bemessen sind, daß die Eigenfrequenz des so gebildeten schwingenden Systems, bestehend aus der Membranmasse, der Membranrückstellkraft und der wirksamen Masse des Luftstöpsels, an die untere Grenze des Hörbereiches verschoben ist.

Dynamisches Richtmikrophon

Anmelder:

Akustische u. Kino-Geräte Ges. m. b. H._r
Wien

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Paap, Patentanwalt,
München 22, Mariannenplatz 4

Beanspruchte Priorität:
Österreich, vom 2. Juni und 5. November 1953

Dr. Rudolf Görike, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

Zur Vermeidung von Pfeifenresonanzen im Luftstöpsel wurde dessen Länge kürzer als die halbe Wellenlänge der höchsten wiederzugebenden Schallfrequenz bemessen, oder es wurde die Begrenzung des Luftstöpsels mit seitlichen Bohrungen versehen, die mit hinreichend großen Luftpolsterräumen in Verbindung standen.

Ein derartig beschaffenes System ergab einen Schallwandler mit achtförmiger Richtcharakteristik, der nach Art des bekannten Bändchenmikrophons arbeitet. Ließ man den Luftstöpsel statt eines äußeren Schallfeldes in das Kapselinnere münden und sah überdies eine weitere Luftkammer vor, die über einen relativ zum Reibungswiderstand des Luftstöpsels größer bemessenen Strömungswiderstand mit der Rückseite der Membran verbunden war, so entstand ein Druckempfänger mit kugelförmiger Richtcharakteristik.

Da beide geschilderten Empfängersysteme mit Tauchspulen versehen waren, bedürfte es daher keines besonderen Anpassungstransformators, die Empfänger zu kombinieren, um besondere Empfangscharakteristiken zu erhalten. Im Gegensatz hierzu erforderte die Kombination Bändchenmikrophon— Tauchspulenmikrophon einen Anpassungstransformator, um den niedrigen Bändchenwiderstand an den Tauchspulenwiderstand anzupassen.

Eine andere bekannte Ausführung verwendete zwei symmetrische Systeme, die mit ihren Rückseiten aneinandergefügt waren und mit ihren hinter der Arbeitsmembran bzw. symmetrisch dazu gelegenen Luftkammern durch einen Luftstöpsel miteinander akustisch in Verbindung standen, wobei überdies wiederum

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in symmetrischer Anordnung zwei akustische Wider- Ende eine Scheibe 19 trägt, die eine Bohrung 20 am stände und zwei größere Luftkammern vorgesehen Joch 11 gegen die Membran zu abdeckt. Diese Scheibe war.en. Offenbar war man der Meinung, daß zur Er- ist so beschaffen, daß sie einen akustischen Reibungszielung einseitiger Richtcharakteristik Symmetrie von widerstand enthält. Am Joch 11 sind überdies seitlich zwei Einzelsystemen notwendig ist. Der Aufwand an 5 von dessen Achse axialgerichtete Kanäle 21 vorge-Konstruktionselementen war ein erheblicher Nachteil. sehen, die sich in radialgerichtete Kanäle 22 fort-Zweck der Erfindung ist es, ein dynamisches Mi- setzen, so daß das hinter der Membran liegende, krophon zu schaffen, das bei geringem Aufwand fre- durch die Membran einerseits und das gewölbte Ende quenzunabhängig einseitige, vorzugsweise nieren- des Joches 11 anderseits gebildete Luftpolster 25 förmige Richtcharakteristik besitzt und praktisch io über die Kanäle 21 und 22 bzw. die Öffnungen des stoß- und windunempfindlich ist. Dies wird erfin- Schutzgehäuses 1 mit der der Membran abgewendedungsgemäß dadurch erreicht, daß bei einem dynami- ten Seite des Schallfeldes in Verbindung steht,
sehen Mikrophon mit bevorzugt einseitiger Rieht- Die Mündungen der Kanäle 22 sind mittels eines Charakteristik, mit nur einem Mikrophonsystem mit um das Joch 11 drehbaren Ringes 26, der mit radiabeidseitig beaufschlagter Membran, bei dem an der 15 len Löchern versehen ist, ganz oder teilweise verRückseite der Membran eine niedrige Luftkammer schließbar, der über einen Bügel 27 mit einem Beangeordnet ist, die mit bei dynamischen Druckemp- tätigungsansatz 28 verbunden ist, der durch eine fängern üblichen akustischen Impedanzen gekoppelt Ausnehmung 29 am Schutzgehäuse 1 zugänglich ist. ist, von der niedrigen Luftkammer an der Rück- An der Innenseite der Polplatte 12 liegt der Rand seite der Membran mindestens ein Rohr zum äußeren 20 eines am Gehäuse 8 an dessen zylindrischer Wand Schallfeld führt, dessen Länge und Querschnitt so anliegenden und gegen das Joch 11 zu kegelförmig bemessen sind, daß es eine gegenüber seinem aku- verlaufenden Topfes 30, der über eine Gummiringstischen Reibungswiderstand überwiegende akusti- scheibe 31 auf eine Ringscheibe 32 gegen die PoI-sche Masse enthält, durch welche die Resonanzfre- platte 12 drückt.

quenz der Anordnung an die untere Grenze des vom 25 Der äußere Rand der Ringscheibe 32 kann mittels Mikrophon zu übertragenden Frequenzbereiches ver- in die Polplatte 12 eingeschraubter Regulierschrauschoben ist (Massehemmung). ben 33 von dieser so abgedrückt werden, daß der Weitere Merkmale der Erfindung betreffen die durch den Topf 30 gebildete Luftraum 50 mit dem Regelbarkeit des Querschnittes der Kanäle. Luftpolster 25 über den Luftspalt 13 und den Luftin der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des 30 spalt 13 α in Verbindung steht, wobei die Weite die-Gegenstandes der Erfindung dargestellt, an Hand ses Spaltes mittels der Schraube 33 regelbar ist. An derselben die vorteilhaften Eigenschaften des er- den Boden des Gehäuses 8 ist ein Topf 34 angesetzt, findungsgemäßen Mikrophons geschildert werden, dessen zentrale Öffnung 35 mittels einer Schraube 36 und zwar zeigt verschlossen ist. Durch die Seitenwand des Topfes 34 Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Mikrophon im Längs- 35 ist ein Rohr 37 eingesteckt, an das ein in dem Rohr 5 schnitt, gelagertes Rohr 38 anschließt, das sich in Richtung Fig. 2 in Ansicht, des Steckers 7 in einem Bolzen 39 fortsetzt, der mit Fig. 3 bis 10 schematische Darstellungen von er- einer innerhalb des Rohres angeordneten Hülse 40 findungsgemäßen Mikrophonen mit den zugehörigen bzw. deren Abschlußscheiben 41., 42 verbunden ist. äquivalenten elektrischen Ersatzschaltbildern, 40 Das Rohr 38 mündet über eine radiale Bohrung 43 in Fig. 11 bis 15 in schematischer Darstellung die die durch die Hülse 40, Abschlußscheiben 41, 42 bzw. Anordnung von Magneten in den im Längsschnitt Stange 39 begrenzte Luftkammer 44, die daher über dargestellten Mikrophongehäusen. das Rohr 37, den Topf 34, die Hülsen 17 und 18 mit

Die mit einem Mikrophon gemäß der Erfindung dem Luftpolster 25 in Verbindung steht,

erzielten Frequenzkurven sind in Fig. 16 gezeigt. 45 Die Stange 39 ist über Verbindungsstücke 45, 46,

In Fig. 1 ist mit 1 das Schutzgehäuse eines Mikro- 47 mit dem Stopfen 6 verbunden, in dem der Stek-

phons dargestellt, das zweckmäßig allseitig, min- ker 7 mit Buchsen 48 zum Anschluß der Zuleitungen

destens jedoch Durchbrechungen 2 und 3 aufweist. gelagert ist.

Das Schutzgehäuse ist mittels eines Zwischen- Fig. 2 zeigt die Verteilung der Kanäle 21, die Anstückes 4 an einem Rohr 5 befestigt, das über einen 50 Ordnung von Befestigungsschrauben 49 des Halte-Stopfen 6 mit dem Stecker 7 für das Mikrophon ver- ringes 14 für die Membran 15 und der Regulierbunden ist. Im Schutzgehäuse 1 ist das Gehäuse des schraube 33 bei abgenommener Gehäusevorderwand. Mikrophons 8 gelagert, das topfförmig ausgebildet Fig. 3 zeigt in schematischer Form die Resonanzist und Durchbrechungen 9 aufweist. In der Mitte kreise des Mikrophons nach den Fig. 1 und 2, wobei des topfförmigen Gehäuses ist ein zylindrischer 55 mit gleichen Indizes Impedanzen der zu einzelnen Dauermagnet 10 befestigt, an den ein ebenfalls zy- Kreisen gehörenden Impedanzen bezeichnet sind, lindrisches Joch 11 anschließt, das mit seiner ge- und zwar ist mit M1 die Masse der Membran, mit wölbten Kappe über den Rand des Gehäuses 8 vor- Dl die Steifigkeit ihrer Randeinspannung, mit D2 steht. Das Gehäuse 8 ist anderseits durch eine Pol- die Rückstellkraft des Luftpolsters zwischen Memplatte 12 abgeschlossen, durch dessen Öffnung das 60 bran 15 und Joch 11 bzw. Polplatte 12 bezeichnet. Die gewölbte Ende des Joches 11 unter Freilassung eines in den Kanälen 21, 22 enthaltenen Lüftstöpsel sind ringförmigen Luftspaltes 13 hindurchtritt. An der durch die Angabe ihrer Masse M 5 bzw. ihres Rei-Polplatte 12 ist mittels eines Halteringes 14 eine bungswiderstandes R 5 bezeichnet. Der von einem Membran 15 mit starrem kuppeiförmigem Mittelteil feinen Netz (akustischer Reibungswiderstand), das und nachgiebigem Rand befestigt, deren Tauchspule 65 die Öffnungen der Scheibe 19 bedeckt, gebildete 16 in den Luftspalt 13 eintaucht. Das Joch 11 und Widerstand ist mit R 8 angedeutet und die Rückstellder Dauermagnet 10 sind axial durch eine sie durch- kraft der Luft in der dahinterliegenden Luftkammer setzende Hülse 17 mit dem Boden des Gehäuses 8 20 mit D 8. Der durch den schmalen Spalt zwischen verbunden. In dieser Hülse ist eine weitere Hülse 18 dem Ring 32 und der Polplatte 12 gebildete Widereingesetzt, die an dem der Membran zugewendeten 70 stand ist mit i?4 und die Rückstellkraft der Luft in

der Luftkammer 50 mit D 4 bezeichnet. Die Masse des in den Hülsen 17, 18, 37, 38 eingeschlossenen Luftstöpsels ist mit MZ, dessen Reibungswiderstand mit R 3 und die Rückstellkraft der mit diesem in Verbindung stehenden Luftkammer 44 mit D 3 bezeichnet. Es ergibt sich dabei unter Berücksichtigung der als Äquivalente zu den Schalldrücken im Räume vor und hinter der Membran wirkenden elektromotorischen Kräfte N_v, N_n das Ersatzschaltbild nach Fig. 4. ίο

Unter Verwendung derselben Indizes ist in Fig. 5 ein Mikrophon dargestellt, dessen Druckkammer D 4 in bei Druckempfängern an sich bekannter Weise über einen Luftstöpsel M9, i?9 mit dem äußersten Schallfeld verbunden ist. In Fig. 6 ist das äquivalente elektrische Priiizipschaltbild dargestellt. Die Verteilung der Resonanzstellen über dem Übertragungsbereich entspricht der des Mikrophons nach Fig. 3 mit Ausnahme des Resonanzkreises mit dem Index 3, an dessen Stelle der Resonanzkreis M9, R9, D4 tritt. Dadurch wirken die Schallschwingungen des vorderen Schallfeldes über diese Druckkammern und dem Reibungswiderstand R 4 auch auf die Rückseite der Membran. Im unteren Übertragungsbereich ergibt sich dabei eine Resonanz zwischen der Masse M 9 des Luftstöpsels und der Rückstellkraft D 4. Dabei werden die infolge der Resonanz verstärkten Schallschwingungen im Druckraum D 4 nach Drehung der Phase über den Reibungswiderstand i? 4 an die Rückseite der Membran übertragen, so daß sich eine erhöhte antreibende Kraft an der Membran ergibt.

In Fig. 7 ist ein der Fig. 3 entsprechendes Mikrophon dargestellt, das aber noch zusätzlich auf seiner Rückseite eine weitere Membran mit der Masse M 7 und der Steifigkeit der Randeinspannung D 7 besitzt. Der mit der Membran M1 gekoppelte Luftstöpsel der Masse M5 wird dabei vom rückwärtigen Schallfeld nicht direkt, sondern über diese rückwärtige Membran beeinflußt. Auch der von der rückwärtigen Membran eingeschlossene Luftpolster ist niedrig, so daß die Rückstellkraft D 6 verhältnismäßig hoch ist und praktisch keinen wirksamen Nebenschluß zu den Impedanzen des Luftstöpsels darstellt. Durch Zwischenschaltung der rückwärtigen Membran ergibt sich zusätzlich zum Schaltbild nach Fig. 4 eine Serienimpedanz M 7, Ό7 und eine Parallelimpedanz D 6 (Fig. 8).

In Fig. 9 ist ein der Fig. 5 entsprechendes Mikrophon dargestellt, das zusätzlich auf seiner Rückseite mit einer weiteren Membran mit der Masse M 7 und der Steifigkeit der Randeinspannung D 7 und einem hinter ihm liegenden Luftpolster mit der Rückstellkraft D 6 versehen ist. Fig. 10 stellt wieder das äquivalente elektrische Schaltbild dar. Es gelten hier sinngemäß die zu den Fig. 7 und 8 gemachten Ausführungen.

Die Dimensionierung der Kanäle mit dem Luftstöpsel M5, R5 der Fig. 3 bis 10 erfolgt in nachstehender Weise:

Es wird mit M die Masse der Membran, mit q ihre Fläche und mit v_M ihre Schnelle bezeichnet, wobei zur Vereinfachung angenommen sei, daß die Membran eben ist und einen niederen, gleichfalls ebenen Druckraum abschließt, von dem Kanäle mit dem Querschnitt q und der Länge L zu dem der Membran abgewendeten Teil des Schallfeldes führen. Die Schnelle der Luftmoleküle in den Kanälen beträgtv_L. Unter der Annahme, daß unter dem Einfluß der Membranschwingungen bzw. unter der Einwirkung des Schallfeldes keine Luftströmung in den Kanälen auftritt, sondern dort die Luftmoleküle bloß um eine Ruhelage schwingen, gilt wie bei Flüssigkeiten das Kontinuitätsgesetz, nachdem in kommunizierenden Räumen verschiedenen Querschnittes das Produkt aus Geschwindigkeit (Schallschnelle) und Querschnitt konstant ist.

Daraus ergibt sich die Beziehung

v_L-n-Q = v_M-Q

Die Schwankungen der Luftmoleküle in den Kanälen übertragen sich nach vereinfachender Annahme verlustlos auf die Membran.

Es ergibt sich daher mit ρ als Dichte der Luft:

nlqgv

nq

n- L- q-ρ

Es ist daher das Transformationsverhältnis

qn j

Die Luftstöpsel erhöhen daher die Membranmasse M um eine zusätzliche Masse

m =

QL

nq

Weiter ist in bekannter Weise die Eigenfrequenz f_M der Membran mit der Masse M und der Steifigkeit D durch den nachgiebigen Rand

Soll nun die Membranmasse durch die Masse der Luftstöpsel so vergrößert werden, daß sich eine Resonanzsteile an der unteren Grenze f_t des Übertragungsbereiches ergibt, so muß sein:

ft =

2π ν M + m

Es ist daher die Bedingung für die wirksame Masse der Luftstöpsel 2

m =

fM ft

— l\M.

Für eine untere Grenze des Übertragungsbereiches von 50 Hz und für Resonanzfrequenzen f_M von 180, 200 und 250 Hz muß dann die Gesamtmasse der Luftstöpsel das 11,96- bis 15- bzw. 24fache der Membranmasse betragen.

Bei konstantem Summenquerschnitt der Kanäle bleibt die Masse konstant, und der Reibungswiderstand steigt mit der Anzahl der Kanäle. Zur Erhöhung des Reibungswiderstandes kann auch von der runden Form der Kanäle abgegangen werden.

Die in den Luftkammern 44, SO und 20 eingeschlossene Luft besitzt eine der Größe der betreffenden Kammer entsprechende Rückstellkraft (Steifigkeit). Zusammen mit der Masse der Membran, der Steifigkeit ihrer Einspannung, dem Reibungswiderstand bzw. der Masse der Luft in den zu diesen Räumen führenden Kanälen ergeben sich dabei Resonanzstellen im unteren, mittleren und oberen Übertragungsbereich, wobei durch die betreffenden Wi-

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derstände die Resonanzkurven der einzelnen Kreise fiusses der Druckgradientenkomponente gegenüber

abgeflacht sind. Dadurch ist für den als Druckempfän- der Druckkomponente auf die Membran kann der

ger wirkenden Teil des Mikrophons Frequenzunab- Querschnitt der Luftstöpsel durch Verstellen des

hängigkeit gesichert. Zur Bildung einer nierenförmi- Ringes 26 geändert werden. Die oberste Grenze des

gen Richtcharakteristik ist es nun erforderlich, daß 5 Mikrophonaußendurchmessers (Schallumweg) ist

die Wirkung der Schalldruckkomponente und die durch die höchste Übertragungsfrequenz f_h gegeben

Wirkung der Schalldruckgradientenkomponente in und soll theoretisch kleiner als die halbe Wellenlänge

der Achse der Membran gleich groß sind, wobei sie derselben sein, daß sich für höhere Frequenzen Beu-

vor der Membran gleiche Vorzeichen und hinter der gungserscheinungen ergeben.

Membran entgegengesetzte Vorzeichen besitzen io Es hat sich nun gezeigt, daß eine Richtwirkung an

müssen, also sich an dieser Stelle vollständig aus- sich schon ohne Zusammenwirken einer Druckgra-

löschen sollen. Im unteren Frequenzbereich ist bei dientenkomponente mit der Schalldruckkomponente

einem Mikrophon von 4 cm Gehäusedurchmesser und dann eintritt, wenn die Wellenlänge in die Größen-

einem Schallumweg von 5,5 cm für den Druckgra- Ordnung des Mikrophondurchmessers kommt, was

dienten der Betrag desselben nur etwa ein Dreißig- 15 bei 4 cm Durchmesser bei einer Frequenz von etwa

stel des Schalldruckes. Da der Druckgradient pro 6000 Hz eintritt. Die Richtwirkung bei den Frequen-

Oktave mit zunehmender Frequenz auf den doppelten zen oberhalb dieser Frequenz ist daher hauptsächlich

Wert ansteigt, so muß dieser Anstieg des Druck- durch den für den Schalldruck empfindlichen Teil des

gradienten durch eine entsprechende Massehemmung Systems gegeben.

der Membran ausgeglichen werden. 20 Durch Anordnung reflektierender bzw. absorbie-Dieser Anstieg des Betrages der Impedanz ist aber render Flächen oder Helmholtz-Resonatoren mit entim wesentlichen durch das Verhältnis des Reibungs- sprechenden Öffnungen vor der Membran kann die Widerstandes zur Masse, also des Dekrementes gege- Richtwirkung bei hohen Frequenzen noch weiter ben, so daß zur Kompensierung des Druckgradienten stark beeinflußt werden. Dabei ist es möglich, den die Masse und der Reibungswiderstand der Luft- 25 Durchmesser des Mikrophongehäuses größer zu stöpsel in den Kanälen 21 einen günstigsten Wert wählen, als es allein in Anbetracht der Wirkung des haben müssen. Druckgradienten bei der höchsten Übertragungs-Soll also bei Beschallung des Mikrophons von frequenz zulässig wäre.

rückwärts keine Bewegung der Membran auftreten, Von Vorteil ist es, wenn die Länge der Luftstöpsel

dann müssen die vom Schalldruck herrührenden 30 so kurz gehalten wird, daß infolge der Kürze und des

und die vom Druckgradienten hervorgerufenen damit bedingten kleinen Querschnittes Pfeifenreso-

Schnellen der Membran nach dem Gesetz der Über- nanzen vermieden werden.

lagerung gleich und entgegengerichtet sein. Dies Wird zum Schütze gegen Eindringen von Staub kann nur eintreten, wenn die mechanische Impedanz und Feuchtigkeit oder aus anderen Gründen eine der Membran und die mit ihr gekoppelte akustische 35 zweite Membran verwendet, wie die Fig. 7 bis 10 Impedanz der vom Schallfeld herrührenden antrei- beispielsweise zeigen, oder aus konstruktiven Grünbenden Kraft proportional sind. den ein Hohlraum mit Öffnungen vorgesehen, wie er Bei dem vorgenannten Beispiel, bei dem der Druck- in Fig. 13 mit 62 bezeichnet ist, sollen diese Maßgradient etwa ein Dreißigstel des Druckes ist, darf nahmen so getroffen werden, daß keine störenden für niedrige Frequenzen die mechanische Impedanz 40 Beeinflussungen der akustischen Übertragungseigender Membran einschließlich des Luftstöpsels M 5, schäften erfolgen.

R 5 nur ein Dreißigstel der mechanischen Impedanz In Fig. 11 ist ein Mikrophongehäuse dargestellt, der Membran einschließlich der Impedanz des Luft- an dessen Boden ein Dauermagnet 52 befestigt ist, stöpseis M3, R3 und der Rückstellkraft D3 sein. wobei sich der magnetische Fluß über eine Polplatte Während für die Druckkomponente konstante Impe- 45 53 und ein Joch 54 bzw. den zwischen diesen beiden danz verlangt wird, somit auch i?4, D4 für mittlere liegenden Luftspalt schließt. In diesem Falle ist anFrequenzen gleich M 3, R 3, D 3 für niedrige Fre- genommen, daß der Kanal 55 des Luftstöpsels für quenzen sein muß, steigt die Impedanz des Luftstöp- den Druckgradienten direkt zur Rückseite des sels M5, R3 wegen seiner überwiegenden Masse- Mikrophons führt, wogegen ein Kanal 56 zu einer mit hemmung linear mit der Frequenz an. 50 dem Mikrophongehäuse verbundenen Luftkammer 57

Die Kombination eines mit Luftstöpsel an der führt.

Membran versehenen Druckgradientenempfängers Nach Fig. 12 besteht ein Teil des Mantels des

und eines Druckempfängers der üblichen Bauart Mikrophongehäuses aus Dauermagnetsektoren 58,

unter Verwendung nur einer Membran liegt, wie vor- deren magnetischer Fluß sich über den Boden des

stehende Überlegungen zeigen, nicht ohne weiteres 55 Gehäuses, einem an ihm angebrachten bolzenförmigen

auf der Hand, da die Impedanz des Luftstöpsels M5, Joch 59 und der Polplatte 53 schließt. Es ergibt sich

R 3 bei niedrigen Frequenzen nur ein Dreißigstel der bei der unmittelbaren Durchführung des Kanals 60

Impedanz der für die Druckkomponente bestimmten zur Rückseite des Mikrophons eine sehr geringe

akustischen Kreise beträgt, so daß vermutet werden Länge für die Kanäle 60.

konnte, daß durch die von der Schalleinwirkung her- 60 In Fig. 13 ist ein Mikrophon dargestellt, an dessen

vorgerufene Bewegung der Membran eher die kleine Seitenwänden Magnetsektoren angeordnet sind, wo-

Impedanz von M5, R5 in Bewegung gesetzt wird, bei aber die Seitenwände des Mikrophongehäuses

als die etwa 30mal größere von M3, R3, D3 bzw. Durchbrechungen 62 aufweisen, über die der Luft-

i?4, D 4. stöpsel im Kanal 61 mit dem Schallfeld ohne stören-

Indessen hat sich gezeigt, daß bei richtiger Dirnen- 6g den Einfluß in Verbindung steht. Der Kanal 63 führt

sionierung der akustischen Elemente nach den dar- zu einer Luftkammer 64, die der Druckkammer 57

gestellten Grundlagen die frequenzunabhängig ein- nach Fig. 12 bzw. 44 nach Fig. 1 entspricht. In Fig. 14

seitige Richtwirkung entsteht. ist die sektorartige Anordnung der Dauermagnete

Zur betriebsmäßigen Regelung der Richtcharakte- entsprechend den Fig. 12 und 13 im Querschnitt ge-

ristik, also zur Veränderung der Wirkung des Ein- 70 zeigt.

In Fig. 15 ist eine Anordnung im Mikrophongehäuse dargestellt, bei der ein Magnet 76 mittels durchbrochenem Topf 77, der Polplatte 78 und dem Joch 79 in Form eines Hohlzylinders zur Herstellung des magnetischen Feldes für die Schwingspule im Luftspalt 80 dient. Für den Druckgradienten sind die Kanäle 81 (Luftstöpsel M5, RS) wirksam. Diese ermöglichen den Schalldurchtritt an der Rückseite der Membran durch die Durchbrechungen des Topfes 77 ins Freie. Für die Druckkomponente sind der durch die Kappe 85 gegenüber dem Joch 79 gebildete Spalt 86, die Luftkammer 87 und der Luftstöpsel 88 mit der Luftkammer 89 wirksam. Fig. 16 gibt die mit einem Mikrophon gemäß der Erfindung erzielten Frequenzkurven für verschiedene Schalleinfallsrichtungen wieder. Die Kurve α wurde bei einem Einfallswinkel von 0°, die Kurve b von 90° und die Kurve c von 180° erhalten.

Die Fig. 1 bis 15 zeigen durchweg dynamische Mikrophone, die eine oder mehrere Bohrungen im Joch (Bolzen) des Magnetsystems aufweisen. Es hat sich herausgestellt, daß mitunter störende, die Linearität der Freqenzcharakteristik beeinflussende Erscheinungen dadurch auftreten, daß die Tauchspule der Membran die niedrige Luftkammer hinter der Membran in zwei flache Luftpolster teilt, die akustisch nur durch den Umweg um die Tauchspule herum miteinander in Verbindung stehen. Bei Bewegung der Membran zufolge des Schalldruckes an der Außenseite muß die Luft aus der ringförmigen, außerhalb der Tauchspule liegenden Luftkammer zunächst um die Tauchspule herum in die hinter dem kuppeiförmigen Mittelteil der Membran gelegene niedere Luftkammer strömen, um dann endlich durch die Bohrungen im Joch des Magnetsystems an der Rückseite der Membran ins Freie zu gelangen.

Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Mikrophons besitzen nun sowohl Kanäle, die aus der hinter dem kuppeiförmigen Mittelteil der Membran liegenden niedrigen Luftkammer durch das Joch führen, als auch Kanäle, die aus der niedrigen Luftkammer hinter der ringförmigen Randzone der Membran ins Freie führen. In einigen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Entlüftung der genannten niedrigen Luftkammer hinter der Membran nicht durch das Joch, sondern allein durch Bohrungen (Kanäle), welche aus der außerhalb der Tauchspule liegenden niedrigen Luftkammer ins Freie münden, vorzunehmen.

In Fig. 17 und 18 ist eine Ausführungsform eines derartigen dynamischen Mikrophons dargestellt. Mit 15 ist die Membran mit kuppeiförmigem Mittelteil mit nachgiebiger Randzone 101 und Tauchspule 16 bezeichnet. Die Einspannung der Membran erfolgt mittels Befestigungsring und Schrauben 49. Das Gehäuse 8 ist topfförmig ausgebildet und durch eine Polplatte 12 abgeschlossen. In der Mitte desselben befindet sich ein Dauermagnet 10, der sich in einem zylindrischen Joch 11 fortsetzt. Dieses Joch weist zwei bis vier Kanäle-21 von 0,8 bis 1,4 mm Durchmesser auf, durch welche Luft aus der ringförmigen, außerhalb der Tauchspule liegenden niedrigen Luftkammer zunächst nur über den Umweg um die Tauchspule 16 herum ins Freie strömen könnte. Erfindungsgemäß wird nun durch Anordnung von zwei bis vier Schrauben 102 mit koaxialen Bohrungen (0,8 bis 1,4 mm Durchmesser) ein zweiter Weg zur Entlüftung der niedrigen Luftkammer außerhalb der Tauchspule geschaffen. Der Topf 30 drückt zur Bildung einer Luftkammer über eine Gummischeibe 31 und eine Ringscheibe 32, welche der Herstellung eines akustischen Reibungswiderstandes dient, gegen die Polplatte 12. Der Luftspalt zwischen Ringscheibe und Polplatte ist mittels der Schraube 105 einstellbar. Das topfförmige Gehäuse 8 wird durch einen Topf 34 abgeschlossen, in welchen ein Rohr 37 eingesetzt ist, das in eine Luftkammer 44 einmündet. In das Joch 11 ist eine Zentralschraube 104 aus nichtmagnetischem Material mit einer Bohrung eingebracht. In diese Schraube ist eine weitere kleine Zentralschraube 105 mit einer Bohrung von etwa 1 mm Durchmesser und 12 mm Länge eingeschraubt, welche eine Scheibe 19 mit Bohrung zur Bildung einer mit Dämpfungsmaterial gefüllten Luftkammer 20 hält. Mit 106 sind die Anschlußdrähte der Tauchspule bezeichnet.

In den Fig. 19 bis 21 sind weitere Ausführungsmöglichkeiten schematisch dargestellt. Fig. 19 zeigt eine Ausführung ohne Kanäle im Joch; Fig. 20 entspricht der Anordnung nach Fig. 19 mit einer zusätzlichen, ringförmigen Membran m, und Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einer zusätzlichen Membran ml, welche ohne Beeinflussung der Frequenzcharakteristik einen Schutz vor Feuchtigkeit und Staub ergibt.

Um die akustischen Vorgänge genauer zu erläutern, sind in Fig. 22 deren wichtigste Elemente dargestellt. Hinter der Membran mit kuppeiförmigem Mittelteil M und ringförmiger Randzone MlRl befinden sich die Luftkammern D bzw. D1. Durch die Tauchspule T wird gegenüber dem Joch / ein Luftspalt mit der akustischen Masse M 2 und dem Reibungswiderstand 2? 2 und gegenüber der Magnetplatte P ein Luftspalt mit der akustischen Masse M 3 und dem Reibungswiderstand R3 gebildet. Im Joch / ist eine Bohrung strichliert eingezeichnet, die eine akustische Masse M4 und einen Reibungswiderstand i?4 enthält. In der Magnetplatte P ist eine strichliert eingezeichnete Hülse mit der akustischen Masse M 5 und dem Reibungswiderstand R 5 vorgesehen. Es können auch mehrere Bohrungen parallel angeordnet sein. Man hat es dabei in der Hand, durch die Anzahl und Dimensionierung der Kanäle die akustischen Vorgänge weitgeheridst zu beeinflussen. Die Kanäle können auch verschieden lang ausgebildet werden, es ist dann nur darauf Bedacht zu nehmen, daß deren Querschnitt entsprechend dimensioniert wird, damit die transformierte Masse gleich bleibt.

In Fig. 23 sind Frequenzcharakteristiken dargestellt, die bei Anwendung der vorstehenden Richtlinien erzielbar sind. Die mit α bezeichnete Frequenzkurve ist für 0° Schalleinfall, b für 90° und c für 180° gültig.

In den Fig. 17 und 18 ist ferner eine besonders zweckmäßige elastische Aufhängung des Mikrophons dargestellt. Der die funktionsmäßig wichtigsten Elemente des Mikrophons tragende Teil, der insbesondere die Membran enthält, ist mittels Federn 111 elastisch gelagert. Zweckmäßig sind am Mikrophongehäuse 8 zwei Leisten 110 befestigt, deren jedes abgewinkelte Ende mit einer Blattfeder 111 verbunden ist. Die anderen Enden der vier Blattfedern 111 sind auf im Schutzgehäuse 112 des Mikrophons angeordneten Konsolen 113 befestigt, so daß das Mikrophon nur von den vier Blattfedern gehalten ist. Auf den Konsolen 113 ist ferner ein federnder Bügel 114 angeordnet, der Dämpfungselemente 115 für das Mikrophongehäuse 8 trägt. Diese Lagerung ist so bemessen, daß die Eigenfrequenz des von den Blattfedern getragenen Mikrophons unterhalb der Grenzen des Übertragungsfrequenzbereiches liegt. Durch diese

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Claims (9)

Il Ausbildung ist eine weitgehende Erschütterungsfreiheit des Mikrophons gewährleistet. Es ist auch möglich, um verschiedene Richtcharakteristiken zu erhalten, zwei oder mehrere Nierenmikrophone in an sich bekannter Weise zusammenzuschalten. Insbesondere bei der Kombination zweier Mikrophone gemäß der Erfindung mit Nierencharakteristik, deren maximale Empfindlichkeit in entgegengesetzter Richtung liegt, können alle Richtcharakteristiken von Kugel-, Nieren- und Achterform mit allen ίο Zwischenstellungen mit Hilfe elektrischer Schaltelemente erhalten werden. Sind die beiden Mikrophone so geschaltet, daß ihre Ausgangsspannungen in Phase liegen, dann entsteht Kugelcharakteristik. Bei Gegenphase durch Umpolen eines Mikrophons ergibt sich die Achtercharakteristik. Wird nur ein Mikrophon elektrisch angeschlossen, dann entsteht die Nierencharakteristik. Durch Schwächung der Ausgangsspannung, stufenweise oder stetig, können alle Zwischenstellungen erhalten werden. Die Regelung kann auch durch Fernsteuerung vorgenommen werden. Patentα.vsPR CcnE:

1. Dynamisches Mikrophon mit beidseitig beaufschlagter Membran, mit bevorzugt einseitiger Richtcharakteristik, mit nur einem Mikrophonsystem, bei dem hinter der Membran eine niedrige Luftkammer angeordnet ist, die mit bei dynamischen Druckempfängern üblichen akustischen Impedanzen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß von der niedrigen Luftkammer an der Rückseite der Membran mindestens ein Rohr zum äußeren Schallfeld führt, dessen Länge und Querschnitt so bemessen sind, daß es eine gegenüber seinem akustischen Reibungswiderstand überwiegende akustische Masse enthält, durch welche die Resonanzfrequenz der Anordnung an die untere Grenze des vom Mikrophon zu übertragenden Frequenzbereiches verschoben ist (Massehemmung) .

2. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohr aus dem hinter der Membran innerhalb der Tauchspule gelegenen Teil der niedrigen Luftkammer zum äußeren Schallfeld führt (Fig. 1, 2).

3. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohr aus dem hinter der Membran außerhalb der Tauchspule gelegenen Teil der niedrigen Luftkammer zum äußeren Schallfeld führt (Fig. 19, 20).

4. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rohr sowohl aus dem hinter der Membran innerhalb der Tauchspule gelegenen Teil der niedrigen Luftkammer als auch aus dem außerhalb der Tauchspule befindlichen Teil der niedrigen Luftkammer zum äußeren Schallfeld führt (Fig. 17, 18, 21, 22).

5. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die zum äußeren Schallfeld führenden Rohre an ihren Austrittsöffnungen von einer akustisch unwirksamen Membran abgedeckt sind.

6. Mikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrquerschnitt mechanisch veränderbar ist.

7. Mikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mit der niedrigen Luftkammer hinter der Membran für den Druckempfängerteil gekoppelten akustischen Impedanzen in an sich bekannter Weise regelbar ist.

8. Mikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zwei oder mehrere Mikrophone gleichzeitig in beliebiger Anordnung verwendet werden, wobei durch elektrische Schalt- bzw. Regelorgane die Richtcharakteristik der Kombination beeinflußt wird.

9. Mikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die an sich bekannte Kombination zweier Mikrophone, deren maximale Empfindlichkeit in entgegengesetzter Richtung liegt, deren Ausgangsspannungen mit Hilfe von elektrischen Schalt- bzw. Regelelementen, sowohl in der Phase als auch in der Amplitude, auch durch Fernsteuerung, regelbar sind, zum Zwecke, kugel-, nieren- und achterförmige Summencharakteristik sowie alle Zwischenstellungen in Stufen oder gleitend einzustellen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
" Deutsche Patentschrift Nr. 861859;

österreichische Patentschriften Nr. 164 220,
967, 163 965;

schweizerische Patentschrift Nr. 164 583;
französische Patentschrift Nr. 1 018 621;
USA.-Patentschrift Nr. 2 549 963;
Electronics, Bd. 15, I, 1942, S. 31 bis 33 und 91
bis 93.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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