DE1277346B - Kristallmikrophon - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04r

Deutsche KL: 21 a2 - 8

Nummer: 1277 346

Aktenzeichen: P 12 77 346.5-31 (S 94734)

Anmeldetag: 21. Dezember 1964

Auslegetag: 12. September 1968

Bei Kristallmikrophonen wird der Schallempfänger, also eine Membrane mit einem Kristall oder einem Kristallsystem gekuppelt, welches elastoelekirische Eigenschaften, z. B. Piezoelektrizität oder Piezoresistivität, aufweist. Vielfach sind diese Kristalle Halbleiter. Ein bekanntes Mikrophon dieser Art, das sogenannte Transistormikrophon, verwendet als empfindliches Kristallsystem einen als Zwei- oder Vierpol geschalteten Transistor, an dessen Ausgang ein durch die Wirkung der von der schwingenden Membrane heyrührenden wechselnden mechanischen Belastung des Transistors modulierter Gleich- oder Wechselstrom erscheint.

Die mechanische Belastbarkeit solcher Kristalle ist mitunter nicht allen akustischen Beanspruchungen gewachsen. Es empfiehlt sich deshalb, einen sogenannten Knallschutz vorzusehen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kristallmikrophon mit einem piezoelektrischen oder piezoresistiven Kristall und einer mechanisch mit einem Schallempfänger, ζ. Β. einer Membrane, gekuppelten, gegen den HÄlbleiterkristall gedrückten Spitze, bei dem die Kupplung zwischen Spitze und Schallempfänger der art ausgebildet ist, daß sie sich beim Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Wertes des auf den »5 Schallempfänger einwirkenden Schalldruckes selbsttätig löst und nach dem Aufhören der Überbelastung selbsttätig wieder schließt.

In der deutschen Patentschrift 936 653 werden verschiedene Tonabnehmer beschrieben, bei denen der Piezokristall gegen Druckbeschädigung geschützt ist. Um den Kristall vor Druckbeschädigung zu schützen, die hauptsächlich beim Auswechseln der Nadel auftreten kann, sind Kristall 1 und Grundplatte 3 durch ein elastisches Auflagemittel 2 verbunden. Bei starkern Druck in Längsrichtung der Nadel, werden Nadel, Übertragungsmittel und Kristall, die in Längsrichtung starr miteinander verbunden sind, elastisch gegen die Grundplatte verschoben. Diese Anordnung von Nadel, Übertragungsmittel und Kristall hat eine große Schwingmasse, d. h. der Kristall wird nur bei langsam einsetzendem Druck geschützt. Das gleiche gilt für den Gegenstand der Patentschrift 729 240, so daß auf sie nicht näher eingegangen werden muß.

Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch eine die Halterung der Spitze an den beweglichen Teil des Schallempfängers drückende Vorrichtung in Gestalt einer Feder bzw. eines magnetischen Feldes, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer entsprechend größeren Belastung des Mikrophons nur die Feder bzw. das magnetische Kristallmikrophon

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Kornelius Noss, 8000 München

Feld die Spitze auf den Kristall drückt, unabhängig von der Stärke der Überlastung.

In F i g. 1 ist das Prinzip eines Kristalhnikrophons dargestellt. Eine z. B. am Rande eingespannte kreisförmige Membrane 1 ist an der Stelle ihres größten Ausschwingens mit einem z. B. stift- oder nadeiförmigen Kupplungsorgan 2 versehen. Dieses Kupplungsorgan ist so bemessen, daß einerseits auch kleine Kräfte, also schwache Geräusche, eine Belastung des Mikrophonkristalls 3 hervorrufen können, während andererseits unterschiedliche Schallbeanspruchungen des Empfängers 1 auch zu unterschiedlichen mechanischen Belastungen, die möglichst proportional zu den Amplituden des einwirkenden Schalls sein sollen, führen. Der Mikrophonkristall 3 ist elektrisch, insbesondere kapazitiv oder galvanisch, mit einem elektrischen Stromkreis 3 α gekoppelt, von welchem die im Kristall 3 erzeugte modulierte Gleichspannung oder Wechselspannung abgenommen werden kann

In F i g. 2 ist eine der Lehre der Erfindung entsprechende Konstruktion eines Kristallmikrophons beispielsweise dargestellt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß während Überbeanspruchungen die Kupplung zwischen dem Kristall 3 und der als Schallempfänger dienenden Membrane 1 vollständig gelöst bleibt. Dies geschieht, indem das Kupplungsorgan 2 einerseits mittels einer Feder 4 mit einem Gehäuseteil 5 des Mikrophons fest verbunden ist, während andererseits diese Feder 4 das Kupplungsorgan 2 gleichzeitig gegen den Rand einer Ausnehmung 6 in der Mitte der Membrane 1 als auch gegen den Kristall 3 drückt. Die Kraft der Feder 4 ist dabei so zu bemessen, daß die betriebliche Wirkungsweise des Mikrophons keine nennenswerte Einbuße erleidet und der Kristall keine Beschädigungen erleidet.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem zur Erzielung einer hohen Druckempfindlichkeit das Kupplungsorgan 2 mit einer Spitze auf den Kristall aufgesetzt ist, besteht

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dieses aus zwei Teilen, nämlich einem stiftförmigen vorderen Teil 2 α und einem sich teller- oder napfartig verbreiternden hinteren Teil2&. Der vordere Teil 2 α liefert die Verbindung mit dem Kristall 3, der hintere Teil 2 b die zur Membrane 1. Zu diesem Zweck befindet sich die Membrane 1 zwischen dem Kristall 3 und dem mit der Feder 4 verbundenen Gehäuseteil 5. Außerdem ist im Beispiel nach F i g. 2 der Umfang des Randes des Teiles 2 b mindestens stellenweise etwas weiter von der Achse der Anord- mmgA-A' als der Umfang der Öffnung 6 in dei Membrane 1 entfernt. Aus diesem Grunde drückt die Feder 4 den Rand des Tellers 2 b, der sich zwischen dem Gehäuseteil 5 und der Membrane 1 befindet, gegen den Rand der Öffnung 6 in der Membrane und sorgt bei nicht zu starken Schwingungen derselben für eine einwandfreie Verbindung und ein einwandfreies Funktionieren des Mikrophons.

Wirkt nun auf die Membrane 1 ein zu hoher Schalldruck, dann hebt sich die Membrane 1 vom Teller 2 b des Kupplungsorgans 2 ab, während die Spitze 2 a nur mit der Vorspannung der Feder 4 auf die Oberfläche des Kristalls 3 drückt. Für die Bemessung der Feder 4 ergibt sich aus den vorstehenden Ausführungen die Regel, daß die Vorspannung der Feder größei als die Summe aus dem Vordruck der Spitze 2 α auf dem Kristall und der größten noch zu übertragenden Druckamplitude sein muß. Andererseits ist darauf zu achten, daß durch die Einwirkung der Federkraft der Kristall 2 nicht zerstört wird.

Ein weiteres Kennzeichen des Mikrophons gemäß Fig.2 ist die konzentrische Halterung des Kristalls 3 in einer konzentrisch zur Membrane 1 gelagerten federnden Scheibe 7, die durch Druckschrauben oder Zugschrauben axial vorgespannt werden kann. Im Falle der Anordnung nach Fig. 2 ist eine Zugschraube 8 verwendet, die an der Halterung 9 des Kristalls 3 angreift. Das Gewinde 10 der Zugschraube 8 ist im hinteren Teil 11 des Gehäuses angebracht. Der hintere Teil 11 des Gehäuses ist mit dem vorderen Teil 5, der — um möglichst ungedämpft die Schallwellen zur Membrane 1 gelangen zu lassen — durchlöchert ist, auf irgendeine bekannte Weise verbunden. Die Zugschraube 8 und federnde Scheibe 7 übernehmen zweckmäßig die Rolle von elektrischen Zuleitungen. Die elektrischen Zuleitungen sind natürlich isoliert.

Das vorbeschriebene Beispiel sieht eine vollständige Unterbrechung der Kupplung zwischen Membrane 1 und dem Kristall 3 bei Überbelastung des Mikrophons vor. Statt dessen ist auch eine partielle Unterbrechung möglich. Ein Beispiel hierfür ist in der F i g. 3 dargestellt.

Bei einer Anordnung nach F i g. 3 ist die Membrane 1 über ein elastisches Kupplungsglied mit dem Kristall 3 gekoppelt. Zum Unterschied gegenüber einer Anordnung nach Fig. 2 ist der mit dem Kristall 3 in Kontakt stehende Teil la mit dem mit der Membrane 1 unmittelbar gekoppelten Teil 2 δ nicht starr, sondern über eine Feder 2 c, verbunden, während der Teil 2 b starr an der Membrane befestigt ist. Die Feder 4 sowie die starre Verbindung des Teiles 2 b der Kupplung 2 mit dem Gehäuse entfällt im Gegensatz zu den Anordnungen nach Fig. 2.

Eine vollständige Lösung der Kupplung bei Überbelastung wird wieder im Falle der F i g. 4 erzielt. Das Kupplungsorgan besteht wiederum aus zwei Teilen2α und Ib, wobei der Teil2b magnetisch oder aus einem ferromagnetischen Material besteht. Dasselbe gilt für die Membrane 1 und/oder einem hinter der Membrane angeordneten insbesondere auch zur Führung dienenden Körper 2 d. Die magnetischen Eigenschaften zwischen den Teilen 2 b und c sichern den Zusammenhalt der Kupplung 2, solange nicht eine vorgegebene Belastungsgrenze überschritten wird. Ebenso wie im Falle der Anordnung nach F i g. 2 regeneriert sich die Kupplung zwischen Membrane 1 und Kristall 3 nach dem Aufhören der Überbelastung selbsttätig.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kristallmikrophon mit einem piezoelektrischen oder piezoresistiven Kristall und einer mechanisch mit einem Schalldämpfer, z. B. einer Membrane, gekuppelten gegen den Halbleiterkristall gedrückten Spitze, bei dem die Kupplung zwischen Spitze und Schallempfänger derart ausgebildet ist, daß sie sich beim Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Wertes des auf den Schallempfänger einwirkenden Schalldruckes selbsttätig löst und nach dem Aufhören der Überbelastung selbsttätig wieder schließt, gekennzeichnetdurch eine die Halterung der Spitze an den beweglichen Teil des Schallempfängers drückende Vorrichtung in Gestalt einer Feder, bzw. eines magnetischen Feldes, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer entsprechend größeren Belastung des Mikrophons nur die Feder bzw. das magnetische Feld die Spitze auf den Kristall drückt, unabhängig von der Stärke der Überlastung.

2. Kristallmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan (2) aus einem mit dem Mikrophonkristall (3) in ständiger Berührung gehaltenen, durch eine Ausnehmung (6) im Schallempfänger (1) hindurchgeführten Teil (2 c) und einem mit ihm starr verbundenen und sich demgegenüber tellerartig verbreiternden, durch die federnde Verbindung (4) gegen den Schallempfänger (1) gedrückten Teil (2b) besteht.

3. Kristallmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan (2) aus einem mit dem Mikrophonkristall (3) in ständiger Berührung gehaltenen, durch eine Ausnehmung (6) im Schallempfänger (1) hindurchgeführten Teil (2 a) und einem mit ihm starr verbundenen und sich verbreiternden, durch magnetische Kräfte gegen den Schallempfänger (1) gedrückten Teil(2&) besteht.

4. Kristallmikrophon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallempfänger (1) und/oder sich verbreiternde Teil (2 b) des Kupplungsorgans und/oder dritter, den Teil (2 a) insbesondere ringartig umgebender Teil (2d) Träger der magnetischen Kraft ist.

5. Kristallmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallempfänger

(1) mit dem Mikrophonkristall (3) über ein elastisches Kupplungsorgan (2) in Kontakt steht, während eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Kupplungsorgan und dem Mikrophongehäuse nicht vorgesehen ist.

6. Kristallmikrophon nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsorgan

(2) aus einem mit dem Mikrophonkristall (3) in

ständiger Berührung gehaltenen, durch eine Ausnehmung (6) im Schallempfänger durch diesen hindurchgeführten Teil (2 a), einem sich demgegenüber verbreiternden und mit dem Schallempfänger (1) fest verbundenen Teil (26) und einer, die beiden genannten Teile (2 d und 26) verbindenden Feder (2 c) besteht.

7. Kristallmikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrophonkristall (3) konzentrisch zu einem kreisrunden Schallempfänger (Membrane) (1) und in einer konzentrisch zum Schallempfänger (1) gelagerten federnden Scheibe (7), die durch Druck- oder Zugschrauben axial vorgespannt werden kann, gehaltert ist.

In Betracht gezogene Druckchriften:
Deutsche Patentschriften 728 240, 936 653.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen