DE1074084B - Dynamisches Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein dynamisches Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung.

Bekanntlich entsteht bei Schallempfängern, deren Abmessungen klein gegenüber der Wellenlänge des Schalles sind, dann einseitige Richtwirkung, wenn an der Rückseite der Membran eine phasendrehende akustische Einrichtung vorgesehen ist. Diese Einrichtung besteht bei einer bekannten Ausführungsform aus mindestens einem Luftstöpsel in einem Kanal, der mittels der an der, Rückseite der Membran vorhandenen niederen Luftkammer mit der Membran fest gekoppelt ist, während das andere Ende zum äußeren Schallfeld führt. Dieser Luftstöpsel bildet eine akustische Masse und stellt einen Teil der phasendrehenden Einrichtung dar. Den anderen Teil des phasendrehenden Gliedes bildet ein akustischer Reibungswiderstand, der zwischen die niedrige Luftkammer hinter der Membran und eine größere Luftkammer eingeschaltet ist.

Für die Größe des Druckgradienten als antreibende Kraft an der Membran ist der Schallumweg um das Mikrophon herum maßgebend. Er ist naturgemäß bei dem geschilderten Mikrophon klein und entspricht etwa der Wellenlänge des höchsten zu übertragenden Tones.

Es sind weitere Mikrophone bekannt, deren Richtwirkung die Form einer Keule hat, die durch Interferenz des einfallenden Schalles entsteht. Das wesentliche Element eines solchen Mikrophons ist ein geschlitztes Rohr, das einem normalen Mikrophon vorgeschaltet wird. Dabei ist das Mikrophon ein sogenannter Druckempfänger, bei dem eine Seite der Membran dem äußeren Schallfeld zugewandt ist, während die Rückseite der Membran vom äußeren Schallfeld abgeschlossen ist. Da die Wirkung des geschlitzten Rohres auf dem Interferenzeffekt beruht, muß die Rohrlänge etwa der Wellenlänge des zu verarbeitenden Schalles entsprechen, womit Rohrlängen zwischen 100 und 250 cm üblich sind. Die größte Empfindlichkeit des Mikrophons mit Richtwirkung ist vom Mikrophon ausgehend in Richtung des Rohres. Somit muß das Mikrophon einen Abstand von der Schallquelle haben, der einem Mehrfachen der Rohrlänge entspricht, was auch im Wesen des Mikrophons mit' keulenförmiger Richtwirkung liegt.

Die Erfindung bedient sich wohl auch eines geschlitzten Rohres oder mehrerer solcher Rohre bzw. eines Bündels von in der Länge gestuften Rohren mit geschlossener Mantelfläche. Jedoch sind die Rohre gemäß der Erfindung viel kürzer und erstrecken sich nicht vom Mikrophon weg in Richtung der größten Empfindlichkeit des Mikrophons, sondern weisen in die entgegengesetzte Richtung. Dabei beruht der Richteffekt nicht auf der Interferenz der Schallwellen, Dynamisches Mikrophon
mit einseitiger Richtwirkung

Anmelder:

Akustische u. Kino-Geräte

Gesellschaft m. b. H.,

Wien

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

Beanspruchte Priorität:
Österreich, vom 7. August und 1. Dezember 1954

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

sondern auf anderen im nachstehenden beschriebenen Effekten.

Wie schon eingangs erwähnt, ist bei Richtmikrophonen, deren Abmessungen klein gegenüber der Wellenlänge des Schalles sind, der Druckgradient klein. Gemäß der Erfindung wird der Druckgradient durch die Anwendung des geschlitzten Rohres vergrößert. Das Rohr ist mit der Rückseite der Membran mittels einer niederen Lüftkammer gekoppelt. Das Rohr allein würde jedoch noch nicht die einseitige Richtwirkung ergeben. Erst durch die Anordnung einer größeren Luftkammer, die durch einen akustischen Reibungswiderstand mit der niederen Luftkammer hinter der Membran in Verbindung steht und zu dem äußeren Schallfeld hin abgeschlossen ist, bildet sich die einseitige Richtwirkung aus. Dabei liegt die Richtung der größten Empfindlichkeit des Mikrophons in der Achse des Mikrophons an der Vorderseite der Membran, somit entgegengesetzt der bei Verwendung von Interferenzrohren auftretenden Richtwirkung.

In Fig. 1 ist das bekannte Richtmikrophon der Interferenztype mit der erzielbaren Richtcharakteristik strichliert eingezeichnet. Fig. 2 zeigt die Richtwirkung des Mikrophons gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist die Membran mit 1 bezeichnet, das Membrangehäuse mit 2 und die darin befindliche akustische Impedanz mit 3. Vor die Membran 1 ist

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mittels einer niederen Luftkammer 4 ein geschlitztes stand von ihr hat, der etwa einem Viertel der Wellen-Rohr 5 gesetzt. Die strichliert gezeichnete Richtwir- länge des höchsten Tones entspricht. Vor der Memkung ist für eine Rohrlänge L gleich der Wellenlänge bran kann ferner in an sich bekannter Weise ein Schalles gezeichnet. Rotationskörper 18 angeordnet sein, der zwischen

In Fig. 2 ist bei dem erfindungsgemäßen Mikro- 5 seiner gewölbten Bodenfläche und der Membran eine phon die Membran 6 mit ihrer Vorderseite direkt niedere Luftkammer bildet. Konzentrisch zu diesem dem Schallfeld ausgesetzt; die Rückseite ist durch Rotationskörper befindet sich der kegelförmige Köreine niedere Luftkammer 7 abgeschlossen, aus der per 19, der durch Stützen 20 gehalten wird. Dadurch sowohl eine akustische Impedanz 8 in den größeren entsteht in an sich bekannter Weise ein ringförmiger Hohlraum 9, der vom äußeren Schallfeld abgeschlos- io Trichter, der beliebige Querschnittszunahme aufsen ist, als auch ein geschlitztes Rohr 10 zum äuße- weisen kann. Durch diese Einrichtung wird eine ren. Schaltfeld führt. Die Länge des Rohres ist we- Glättung der Frequenzkurve und eine Verbesserung sentlich kurzer als die vom Mikrophon zu übertra- der Richtcharakteristik im Bereich der höheren Fregende längste Wellenlänge des Schalles, jedoch wesent- quenzen erzielt,
lieh länger als die kürzeste Schallwellenlänge. 15 Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform des zur

Es können auch an die niedere Luftkammer an der Spirale gewundenen Schallkanals. Die Baßresonanz-Rückseite der Membran mehrere Rohre angeschossen kammer 21 weist auf ihrem Zylinderumfang eine sein, deren Länge so gestuft ist und deren Quer- Spiralnut 22 auf, über die ein Rohr 23 geschoben ist, schnitte gleich oder verchieden sein können, so daß das Löcher oder Schlitze 24 aufweist. Über das Rohr sich Spitzen und Täler in der Frequenzkurve, hervor- 20 23 ist ein Zylinder 25 aus Dämpfungsmaterial, z. B. gerufen durch stehende Wellen, in den Rohren korn- Filz, geschoben,
pensieren. Die Fig. 8 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungs-

In den Fig. 3 bis 7 sind Ausführungsbeispiele von formen der Rohre. Fig. 8 weist ein Rohr mit Schlitz

Mikrophonen gemäß der Erfindung dargestellt. Die auf, Fig. 9 eines mit Löchern, Fig. 10 zeigt das Rohr,

Fig. 8 bis 11 zeigen verschiedene Ausgestaltungs- 25 bestehend aus Drahtgeflecht mit darübergezogener

möglichkeiten der Rohre. Fig. 12 stellt ein weiteres Filzhülse, und Fig. 11 stellt einen Hohlzylinder aus

Ausführungsbeispiel dar. Fig. 13 veranschaulicht in Filz dar.

schematischer Darstellung die für die Funktion des In Fig. 12 ist eine andere Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Mikrophons wichtigen akusti- Rohres dargestellt, das einen Zylinder aus Dämp-

schen Größen. Das elektrische Ersatzschaltbild ist in 30 fungsmaterial im Inneren enthält. Bei 26, 27 und 28

Fig. 14 wiedergegeben. sind öffnungen vorgesehen, die durch Dämpfungs-

In Fig. 3 ist ein Mikrophon mit einseitiger Rieht- material abgedeckt sein können.

wirkung dargestellt, das ein Rohr enthält, dessen Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen MikroMantel der Länge nach einen Schlitz S aufweist. Da- phone kann an Hand der schematischen, vereinfachbei entsteht eine ähnliche Wirkung, wie bei Verwen- 35 ten Darstellung der Fig. 13 mit äquivalentem elekdung einer Anzahl parallelliegender Rohre verschie- trischem Ersatzschaltbild Fig. 14 erläutert werden, dener Länge. Die Membran M bildet mit Teilen des Die Membran mit der mechanischen Impedanz Z_M Magnetsystems eine niedere Luftkammer D₁, aus der ist rückseitig mit der Impedanz Z₀ gekoppelt. Letzdie Luft dur,ch den Reibungswiderstand R hindurch tere wird in an sich bekannter Weise durch akustische in die Kammer D_z gelangen kann. An die Luftkam- 40 Reibungswiderstände, akustische Massen und Luftmer D₁ ist das Rohr M₁ angekoppelt, das einen polster, die von der Außenluft abgeschlossen sind, ge-Längsschlitz 6¹ aufweist. Durch geeignete Bemessung bildet. Mit der Rückseite der Membran ist gleichfalls des Schlitzes und Einfügung von Dämpfungsmaterial eine akustische Leitung gekoppelt, die im Ersatzwird eine sehr gleichmäßige Wirkung erzielt. schaltbild durch die zu Z₀ parallelliegenden Impedan-

Versuche haben ergeben, daß eine weitere Verbes- 45 zen Z₁, Z₂ und Z₃ dargestellt ist. Durch öffnungen in serung der Frequenzcharakteristik und der einseiti- der akustischen Leitung mit den Impedanzen Z₁, Z₂ gen Richtwirkung dann entsteht, wenn der kürzeste und Z₃ wird die Membran auch an der Rückseite von Schallumweg von der Vorder- zur Rückseite der den Schallschwingungen beaufschlagt. Die hierdurch Membran verkleinert wird. Man erhält günstigste an der Membran auftretende antreibende Kraft entVerhältnisse, wenn der kürzeste Schallumweg von 50 spricht der Schalldruckdifferenz zwischen der Vorder Vorder- zur Rückseite der Membran um den derseite der Membran und den Schalleintrittsöffnun-MikrophonkÖrper herum bis zum Beginn des Schlitzes gen der akustischen Leitung. Die Parallelschaltung im Rohr bzw. bis zum offenen Ende des kürzesten von Z₀ zu den Impedanzen Z₁, Z₂, Z₃ ermöglicht die Rohres etwa der halben Wellenlänge der höchsten zu Abstimmung in bezug auf den Schalldruck und die übertragenden Frequenz entspricht. 55 Druckgradientenkomponente unabhängig voneinander

In Fig. 4 ist ein Mikrophon dargestellt, bei dem vorzunehmen. Hierdurch gelingt es, einen Schallder kürzeste Schallumweg von der Vorder- zur empfänger zu schaffen, der eine geradlinige Frequenz-Rückseite der Membran verkleinert ist. Der Schlitz charakteristik, frequenzunabhängige einseitige Richtin dem Rohr beginnt bei 11. Das Rohr ist von einem wirkung und hohen Wirkungsgrad aufweist,
den Schlitz abdeckenden Zylinder aus Filz od. dgl. 60 Dabei kann die akustische Leitung in verschiedener umgeben, der gegen das freie Ende des Rohres hin Weise aufgebaut sein.

verjüngt sein kann. Fig. 5 zeigt die Konstruktion Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsge-

nach Fig. 4 im Querschnitt. mäßen Anordnung liegt darin, daß die Grundreso-

In Fig. 6 ist eine Abänderung des Erfindungs- nanz der Membran, die durch die Masse der Mem-

gedankens mit einem zu einer Spirale aufgerollten 65 bran samt Tauchspule und der Rückstellkraft der

Rohr veranschaulicht, das akustisch ähnlich wirkt Halterung gegeben ist, so hoch gelegt werden kann,

wie das gestreckte Rohr. Auch hier beginnt der daß eine genügende Betriebssicherheit und geringe

Schlitz bereits bei 11. An Stelle des Schlitzes können Stoß- und Windempfindlichkeit des Mikrophons ge-

auch nebeneinanderliegende Löcher angeordnet sein, währleistet ist. Diese Grundresonanz liegt zwischen

wobei das der Membran zunächst liegende einen Ab- 70 300 und 600 Hz. Durch die erfindungsgemäßen Ein-

richtungen wird der Druckgradient bei niederen Frequenzen vergrößert, so daß trotz relativ hoher Grundresonanz der Membran eine horizontale Frequenzkurve bis in den Bereich der niederen Frequenzen erzielt wurde.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   \. Dynamisches Mikrophon mit einseitiger Richtwirkung, insbesondere mit nierenförmiger Richtcharakteristik, dessen größte Empfindlichkeit die Vorderseite des Mikrophons kennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Vorderseite ■des Mikrophons befindliche Membranfläche dem Schallfeld direkt ausgesetzt ist, während an die Rückseite der Membran die Schallschwingungen durch ein mit seitlichen öffnungen versehenes Rohr gelangen, das sich nach hinten zu erstreckt und in eine an der Rückseite der Membran gelegene niedere Luftkammer einmündet, an die akustische Impedanzen angeschlossen sind, die in vom äußeren Schallfeld abgeschlossene Hohlräume führen.
2. 2. Mikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr um ein Vielfaches kürzer als die größte Wellenlänge und langer als die kürzeste Wellenlänge des vom Mikrophon zu verarbeitenden Schalles ist.
3. 3. Mikrophon nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Rohres zwei oder mehrere Rohre von gleicher oder verschiedener Länge angeschlossen sind.
4. 4. Mikrophon nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der mit seitlichen öffnungen versehenen Rohre ein Bündel in der Länge gestufter Rohre angeschlossen ist.
5. 5. Mikrophon nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zu einer Spirale gewunden sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Österreichische Patentschrift Nr. 164 220;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 086 834.
   Technische Mitteilungen PTT, 1954, Heft 1, S. 27 bis 31.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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