DE2031898C - Mikrofon zur Umwandlung akustischer Schwingungen in eine elektrische Impulsfolge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrofone für die Hörer von Fernsprechapparaten und betrifft ein Kodiermikrofon, eins die empfangenen akustischen Tonfrequenzsignalc in eine elektrische impulsfolge umwandelt.

Diese Impulssignale Iiaben folgende Merkmale: Ihre Amplituden sind konstant und unabhängig von Amplitude und Frequenz der akustischen Signale, aus denen sie erzeugt werden;
für eine Halbperiode eines sinusförmigen akustischen Signals hängt die Anzahl der erzeugten Impulse nur von der Amplitude des akustischen Signals ab;

^für ein sinusförmiges akustisches Signal mit fester Amplitude, aber veränderlicher Frequenz, ist die Anzahl der während einer Halbperiode erzeugten Impulse konstant, während der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse um so kleiner ist, je höher die Frequenz ist.
Diese kodierten Signale können von einem logischen Kreis verarbeitet werden, an dessen Ausgang Signale in einem Delta-Kode ausgegeben werden. Diese Verarbeitung kann fern vom Mikrofon, z. B. in einer Multiplcx-Anlage, erfolgen.

Die Delta-Modulation ist in der Technik bekannt. Sie erlaubt die Gewinnung von kodierten Signalen, die zu aufeinanderfolgenden Zeiten der jeweiligen mittleren Steilheit der analogen Tonfrequenzsignale (Steigungsmaß) entsprechen, die vom Mikrofon empfangen werden. Bekanntlich besitzt diese Modulationsart einige Vorteile. So enthält jeder Augenblickswert der Steilheit die Ampliludenänderung eines analogen Signals während eines Zeitelementes (Signalintervalls), und jedes Steilheitselement wird in ein einziges Kodeelement pro Verschachtelungsperiode umgewandelt. Einem Analogsignal mit konstantem Pegel, d. h. mit der Frequenz Null, entspricht eine Folge von Impulsen mit einem gleichmäßigen Wechsel von Null und Eins. Derartige Kode-Impulse können also zur Synchronisierung eines Taktgebers verwendet werden und dies selbst bei Abwesenheit von Tonsignalen.

Es ist bereits bekannt, die den tonfrequenten akustischen Schwingungen entsprechenden elektrischen Impulse mit Hilfe eines Mikrofons, das Bestandteil eines optischen Systems in der Art eines Interferometers ist, zu erzeugen. Bei dem bekannten Mikrofon zur Umwandlung akustischer Schwingungen in eine elektrische Impulsfolge trägt die auf einer Seite dem Schalldruck ausgesetzte Membran auf ihrer Rückseite einen kleinen Planspiegel, der Teil eines optischen Interferometers ist, in welchem das von einer Lichtquelle ausgehende monochromatische Licht über mindestens zwei Lichtwege läuft, von denen der eine eine konstante Länge und der andere eine zeitlich veränderliche und von der Membranstellung abhängige Lage hat und die in einer Interferenzzone zur Interferenz kommen, in der mindestens eine Fotodiode angeordnet ist (deutsche Patentschrift 444 673). In Abhängigkeit von der Helligkeit der in der Interferenzzone entstehenden Bildfolge, die sich mit der Länge des veränderlichen Lichtweges ändert, liefert die Fotodiode ein impulsförmiges elektrisches Signal. Wie später gezeigt werden wird, gestattet die von dieser fotodiode gelieferte Impulsfolge allein noch nicht, die akustischen Signale im Delta-Kode umzuwandeln, weil sie keine Information über die Richtung der momentanen Änderung der Steilheit dieser analogen Signale enthält. Um diesen Nachteil zu beheben, schlaf * die Erfindung vor, noch eine zweite Impulsfolge /u erzeugen, deten zeitliche Verschiebung einer Phasenver-Schiebung von genau 90" gegenüber der ersten Impulsfolge entspricht. Dies erreicht man durch Anordnung einer zweiten Fotodiode in einer zweiten Interferenzzone, wo die Interferenzen gegenüber der ersten Interferenzzone mit der entsprechenden zeit-

liehen Verschiebung auftreten.

Bei einem Mikrofon nach der Erfindung sind daher zwei Fotodioden zwei Paaren von Lichtwegen zugeordnet, die mit einer Phasenverschiebung von 90° interferieren. Durch diese Phasenverschiebung der beiden Paare von Lichlwegen wird nicht nur eine Information über die Amplitude der Membran, ..sondern über auch deren Bewegungsrichtung ge^fwonnen.

Fernsprechapparate, deren Hörer mit einem er-

findungsgeroäßen Mikrofon ausgestattet sind, können auch an heute übliche Fernsprechvermittlungszentralen angeschlossen sein, wenn diese Zentralen Vorrichtungen zur Rückwandlung der Delta-Modulation besitzen Besonders vorteilhaft ist aber die Verwendung in Mul'iplex-Anlagen mit Delta-Modulation ;ünd Zeitvielfach, wie sie 7. B. in den französischen Patentschriften 1583 241, 1596 576 und 2 029 324 ^beschrieben sind.

Gemäß weiterer Erfindung sind die Fotodioden an

zwei Eingänge eines logischen Kreises angeschlossen.

; der unter Steuerung eines Taktgebers an seinem Ausjgang die von den Fotodioden gelieferten Impulse in

Delta-Kode-Modulation ausgibt. Hierdurch kann die ,Delta-Modujation bereits im Fernsprechapparat mit

einfachen Mitteln erzeugt werden.

Vorteilhaft ist an den Ausgang des logischen Kreises ein Inlegrierkreis angeschlossen, dessen Ausgang an einem elektromechanischen Gegenkopplungsorgan liegt, das der Bewegung der Membran entgegenwirkt. Eine solche Gegenkopplung ist bei Mikrofonschaltungen an sich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 297 151). Die erfindungsgemäße Anordnung eines Integrierkreises begünstigt die Delta-Modulation, indem die wehere Bewegung der Membran vom Integral der bereits erfolgten Bewegung abhängig gemacht wird. Außerdem wird hierdurch die Schwingungsamplitude der Membran stark verringert, was zu kleineren Verzerrungen führt. In bekannter Weise ist das Gegenkopplungsorgan zweck-

mäßig eine induktiv mit der aus magnetischem Werkstoff bestehenden Membran gekoppelte Spule. Hierdurch wird eine wirksame Gegenkopplung mit einfachsten technischen Mitteln erzielt.
In einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung enthält das optische Interferometer einen Würfel aus Quarz oder optischem Glas, der aus zwei zusammengefügten gleichschenklig-rechtwinkligen Dreiecksprismen besteht, von denen eines an der Fügungsfläche eine halbdurchlässige Schicht auf-

weist, während an der von der Lichtquelle abgewandten Seite des Würfels eine Spiegelschicht aufgebracht ist. Hierdurch ergibt sich ein leichter und kompakter Aufbau des Mikrofons, so daß es sich leicht im Hörer eines Fernsprechapparates unterbringen läßt.

In einer einfachen Ausfuhrungsform der Erfindung wird die Phasenverschiebung durch einen Spiegel erzeugt, dessen Spiegelschicht zwei Zonen unterschiedlicher Dicke aufweist.

3 4

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung rück, der andere Teil OR wird von der Schicht 10

nn Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser reflektiert und IrJiTt auf die Fotodiode 3,

zeigt in scnematischer Darstellung Die Fotodiode 3 empfängt also zwei Lieh strahlen.

Mg. 5 ein optisches Inlerferometer zur Erzeu- deren optische Wege verschiedene Länge aufweisen.

gung elektrischer Impuissignale, 5 In der Austrittszone des Lichtstrahles OR, wo sich

J-jg._ ein Interferometer zur Erzeugung zweier die Diode 3 befindet, treten daher Interferenzen auf.

Jmpulsreinen, die zeitlich phasenverschoben sind, Daraus ergibt sich, daß je nach der Lage des Spie-

Fig. 3 eine Abwandlungsform der Vorrichtung gels 2 die Fotodiode 3 mehr oder weniger stark be-

nach Fig. 2, _{lichtet wird}

F ι g. 4 einen logischen Kieis zur Umwandlung der 10 Es ist leicht einzusehen, daß die WegdiiTerenz

vom Mikrofon ausgehenden kodierten Signale in zwischen den beiden optischen Wegen gleich dem

Delta-Kode-Sigiiale, doppelten Abstand des Spieeeis 2 von der Räche AB

Fig. 5 eine Ausführungsform des Kodier-Mikro- des Würfels 1 ist, d.h. gleich dem Zweifachen der

fons für den Hörer eines Fernsprechapparates, Lunge TP. Wenn die Größe 277 ein Vielfaches der

Fig. 6 eine Abwandlungsform der Erfindung, bei i₅ Weiienlänge / des von der Lichtquelle 4 ausgesand-

der die Delta-Kodierung mit Hilfe eines elektrome- ten Lichtes ist, dann kommen die beiden Lichtstrah-

chanischen GegenkoppJungskreises vorgenommen Jen an der Fotodiode 3 in Phase an. und die Diode

wird, der auf die Bewegung der Mikrok,nmembran ;>vjrd stark belichiet.

einwirkt. ^ _{Wenn dje} Größe 27T ein ungerades Vielfaches

Das Kodier-Mikrofon wurde nach folgenden 20 der halben Wellenlänge / 2 ist. dann sind die Lichtoptisch-physikalischen Gesichtspunkten entwickelt: strahlen bei UR in Gegenphase, und die Fotodiode 3

In Fig. 1 ist mit I ein Würfel aus optischem Glas wird nur schwach belichtet.

oder Quarz bezeichnet, der mit einem Würfel von Diese Überlegungen zeigen folgendes: Erleidet der Lummer und Brodhun vergleichbar ist, wie er in Spiegel 2 bei seiner Entfernung oder Annäherung an gewisen Fo'cometern benutzt wird. Der Würfel be- 25 ilie Fläche AB Verschiebungen der Größen/, und steht aus zwei Prismen mit dem Querschnitt eines bleibt er dabei parallel zu dieser Fläche, dann vergleichschenkJig-rechtwinkligen Dreiecks, die so zu- ändert sich die Differenz der beiden optischen Wege sammengesetzt sind, daß ihre Hypotenusen DB sich _Lum eine Größe 2 n)., und folglich registriert die Fotoberühren. Die so gebildete Diagonalebene des Wür- ^diode3 In Hell-Dunkel-Wechsel.
fels ist mit einer halbdurchlässigen Metallschicht 10 30 Für eine Lichtquelle 4, die als Beispiel eine Strahbedeckt. Eine Fläche BC des Würfels ist mit einer ijung der Wellenlänge / - 0.633 [im aussendet, ergibt Metallschicht Π bedeckt, die eine reflektierende eine Verschiebung des Spiegels 2 in der Größenord-FJäche mit einem Reflexiooskoeffizienten nahe Eins nung von 0,25 mm an der Fotodiode 3800 Hellbildet. ^Dunkel-Wechsel.

Ein Planspiegel 2 ist im Mittelpunkt der Membran 35.: Bei jedem Hell-Dunkel-Wechsel empfängt man an des Mikrofons angeklebt. Er befindet sich gegenüber der Fotodiode einen elektrischen Impuls. Die Zäheiner Fläche AB des Würfels 1 und liegt parallel zu lung dieser Impulse kann also Auskunft geben über dieser Fläche. Sein Reflexionskoeffizient liegt mög- die Amplituden der Verschiebungen des Spiegels 2 UChSt₁ nahe an Eins. Eine quasi-monochromatische und somit der Schwingungen der Membran, aber Lichtquelle 4 sendet einen Lichtstrahl SO aus, der 40 > nicht über die Richtung dieser Verschiebung,
parallel zu einer Achse des Würfels durch eine Um diese Verschiebungsrichtung zu erfassen, kann Fläche AD eintritt, die der verspiegelten Fläche BC die Anordnung nach Fig. 1 zur Anordnung nach gegenüberliegt. Der Lichtstrahl SO geht durch die ρ i g. 2 abgewandelt werden. Der Spiegel 2 in F i g. 2 Mittelpunkte der Flächen AD und DB. weist zwei verschiedene Zonen auf, die sich in der

Auf einer Seite DC des Würfels, die der dem Spie- 45 Dicke der metallischen Verspiegelungsschicht unter-

gel 2 zugewandten Seite AB gegenüberliegt, ist eine scheiden. Die Dicke der Schicht 2₀ ist gleich der

schnelle Fotodiode 3 angeordnet, die mit ihrer öff- -Schichtdicke auf dem Spiegel 2 in Fig. 1. Die Dicke

nung parallel zur Fläche DC steht. Diese Fotodiode der Schicht 2, ist z. B. größer als die der Schicht 2₀,

empfängt die Lichtstrahlen, die von den verschie- und zwar um einen Betrag

denen Reflexionen herrühren, welche der einfallende 50 3 3

Lichtstrahl SO erleidet. K + . (1)

An dem auf der Diagonalen BD liegenden Punkt O 4 8

zerlegt sich der einfallende Lichtstrahl SO in zwei Hierbei ist

Teile: Der eine Teil OP wird von der halbdurchlässi- ;. wieder die Wellenlänge des von der Lichtquelle 4

gen Schicht 10 reflektiert, der andere Teil OQ durch- 55 _;j ausgesandten Lichtes und

läuft diese Schicht 10, K eine positive oder negative ganze Zahl einschließ-

Nach der Reflexion am Spiegel 2 trifft der Licht- lieh Null.

strahl OP aufs neue auf die halbdurchlässige Schicht Die Herstellung eines derartigen Spiegels macht

1.0 und teilt sich wieder in zwei Teile: Der eine Teil keine technologischen Schwierigkeiten, da derartige

wird zur Lichtquelle 4 zurückgeschickt, der andere 60 Beschichtungsprozesse z. B. bei der Herstellung von

Teil OR durchläuft die Schicht 10 und beleuchtet die Halbleitern heute üblich sind,

öffnung der Fotodiode 3. Mit Hilfe einer Kollimatorlinse wird der von der

Im folgenden wird nur noch von einer Belichtung Lichtquelle 4 ausgehende Lichtstrahl verfeilt. Der

der Fotodiode gesprochen. Teil dieses Lichtstrahles, der an der Zone 2₀ des

Der Lichtstrahl OQ trifft nach der Reflexion an 65 Spiegels reflektiert wird, verhält sich wie tier Licht-

der Spiegelschicht 11 ebenfalls wieder auf die halb- strahl in Fig. I. Der Teii des Lichtstrahles, der an

durchlässige Schicht 10 und teilt sich ebenfalls in der Zone 2, des Spiegels 2 reflektiert wird, verhall

zwei Teile: Der eine Teil läuft zur Lichtquelle 4 zu- sich wie der erste Teil des Lichtstrahls. h.n aber

wegen der durch Gleichung (1) ausgedrückten größeren Dicke de/ reflektierenden Schicht eine gewisse zeitliche Verschiebung.

Die Fotodioden 3, und 3.„ die von diesen Lichtstrahlen belichtet werden, welche aus der Fläche DC des Würfels 1 austreten, sind aiso zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht gleich belichtet. Wenn die Diode 3, von Dunkel nach Hell übergeht, kann die Diode 3_i 7 B *.c-hr stark oder sehr schwach belichtet sein, je nachdem, ob die Verschiebung des Spiegels 2 in der einen oder anderen Richtung erfolgt.

Bevor untersucht wird, wie die von den Fotodioden 3, und I₁ ausgehenden eSektrischen Impulssignale durch einen logischen Kreis verarbeitet werden, um Signale im Delta-Kode zu erhalten, ist zu bemerken, daß die Vorrichtung nach Fig. 2 abgewandelt werden kann, wie z. B in Fig. 3 angegeben. Teile in Fig. 3. welche die gleiche Funktion wie in F i g. 2 haben, sind mit den gleichen Bczugszahlcn bezeichnet. Gegenüber der Anordnung in Fig. 2 ist der Würfel 1 in Fig. 3 nach rechts zum Ounder veilängert und die versiegelte Fläche BC um einen Betrag BB' verscho. -n. wobei

//., BB' = PZ

(2)

mit. Hierin ist

ti, der Brechungsindex des Prismenwerkstoffes, aus

dem der Ouadcr besteht, und
PT der Abstand der Fläche AB zum Spiegel in Ruhestellung.

Ist die Bedingung (2) erfüllt, dann werden die oben betrachteten optischen Wege der beiden unterschiedlich reflektierten Lichtstrahlen gleich, wenn sich der Spiegel in Ruhestellung befindet.

Die Anordnung gemäß F i g. 3 ist von Vorteil, wenn die Lichtquelle 4 nicht genau monochromatisch ist. In diesem Fall sind die Differenzen im Lichtweg. die nur auftreten, wenn der Spiegel 2 sich bewegt, geringer als bei der Anordnung nach F i g. 2. Daher kann die Tolcranzbrcite für das von der Lichtquelle 4 ausgesandte Spektralband größer sein.

Fig. 4 zeigt einen möglichen logischen Kreis 100. der die von den Dioden 3, und 3„ ausgehenden ImpuNc erarbeitet, um sie in Delta-Kode-Signalc umzuwandeln. Ιίιπ Taktgeber 101 arbeitet mit einer Frequenz von 60 kHz und speist folgende Elemente: einen zyklisch arbeitenden Signalvcrlcilcr 102, der zwei Zeiträume I₁ und l., definiert,
einen Flip-Flop 103. der vom Taktgeber auf Null gesetzt wird, und

einen Flip-Flop 104, der vom Taktgeber auf liins gesetzt wird.

Wenn die Fotodioden 3, und 3., keine Impulssignalc liefern, dann arbeitet der Kreis 100 folgendermaßen:

a) ein Und-Tor 105. das an den Signalvcrteiler 102 und den Flip-Flop 103 angeschlossen ist, empfängt folgende Signale:

an seinem einen Eingang ein Signal Eins, das vom Sigiialvertciler 102 7tir Zeit r, abgegeben wird;

an seinem anderen Eingang kein Signal vom Flip-Flop 103.

b) ein Und-Tor 106. das an den Signalvcrteiler 102 und den Flip-Flop 104 angeschlossen ist. empfängt folgende Signr.lc:

an seinem einen Eingang ein Signal Eins, das vom Signalverteiler 102 zur Zeitig abgegeben wird;

an seinem anderen Eingang ein Signal Eins, das vom Flip-Flop 104 ausgeht.

Daraus ergibt sich, daß an dem Ausgang 100., eines Oder-Tores 107, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen der Und-Torc 105· und 106 verbunden sind, zur Zeit t„ Signale Eins empfangen werden, ίο Die Ausgänge der Fotodioden 3, und 3., sind mit Schmitt-Triggern 109 und 110 verbunden, welche die von den Fotodioden 3, und 3., ausgehenden Impulssignale formen.

Der Schmitt-Trigger 110 hinter der Fotodiode 3., gibt folgende Signale weiter:

Signale Eins oder Null an einen Eingang eines Und-Tores 111, dessen Ausgang mit dem Flip-Flop 103 verbunden ist;
Signale Null oder Eins an einen Eingang eines Und-Tores 112. dessen Ausgang mit dem Flip-

Flop 104 verbunden ist.

Der zur Fotodiode 3, gehörende Schmitt-Trigger

109 bringt Signale Eins oder Null auf einen Differenzierkreis 108 auf. Der Ausgang dieses Differen-

zierkreises ist mit den zweiter Eingängen der Und-

Tore 111 und 112 verbunden.

a) Wenn ein vom Schmitt-Trigger 110 gelieferte¹. Signal Eins mit einem vom Differenzierkreis 108 gelieferten Impuls in Koinzidenz steht, dann öffnet sich das Und-Tor ίIi, und der Flip-Fliy

103 wird auf Eins gesetzt, woraufhin zur nächs:- folgcnden Zeit i, ein Impuls am Ausgang lOU. des logischen Kreises 100 auftritt.

b) Wenn ein vom Schmitt-Trigger 110 geliefert·. ·' Signal Null in Koinzidenz mit einem vom Diff< · renzierkreis 108 gelieferten Impuls steht, dann öffnet sich das Und-Tor 112, und der Flip-Fl· ;<

104 wird auf Null gesetzt, woraus sich ergü '.. daß zur nächstfolgenden Zeit f., keine Impui ■-·

am Ausgang Ii)O₁ auftreten.

Fig. 5 zeigt als Beispiel eine mögliche Ausfi:!,· rungsform eines Kodiermikrofons für den Hör.r eines normalen Fernsprechapparates. Zum Eins.tt/ kommt ein optischer Würfel, z. B. aus Quarz, wie ■'

in F i g 2 dargestellt ist.

In die Aussparung 20 des Hörers, die üblich rweise die Kohlemikrofonkapsel aufnimmt, ist ^m Metallboden 21 eingelegt, der kleine gleichmäßig verteilte Öffnungen 21,, 21,,...2I_n besitzt und

außerdem eine rechteckige Öffnung 22, in welche der Sockel 24 eines Rahmens 23. eingeführt ist, velchcr die Bauteile des in Fig. 2 dargestellten Mikrofons umschließt. Der Rahmen 23 umfaßt zwei fest miteinander verbundene Teile.

Ein zylindrischer Teil 23, enthält an seinem einen Ende eine Lampe 4, die in einem Sockel 4, befestigt ist. Bei dieser Lampe kann es sich z. B. um eine Elcktrolumincszenz-Diodc handeln, wie sie in der französischen Patentschrift (Anm. P.V. 120 023) be-

schrieben ist. Diese Diode sendet bei Umgebungstemperatur eine Infrarotstrahlung aus, wenn sie unter einer Spannung von 800 mV einen Strom von 100 mA aufnimmt. Am anderen Ende ist ein optisches Filter 7 eingesetzt, das nur einen Teil der Infra-

rolstrahlung der Elektrolumineszenz-D<ode durchläßt.

Ein quaderförmigcr Teil 23., des Rahmens ist als Gehäuse für den Würfel 1 aus Quarzglas ausgebildet.;

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Dieser Würfel ist, durch eine obere öffnung des Gehäuses eingeschoben. Das Gehäuse besitzt außerdem an seiner Grundfläche eine rechteckige Öffnung 23_r weiche das Licht durchläßt, das aus der Unterseite des Würfels austritt. Die öffnung 23., ist durch ein !Manchen 24 aus dielektrischem Material abgeschlossen. In dem [München befinden sich zwei Aussparungen zur Aufnahme zweier schneller Fotodioden 3,. 3„. wie sie / B in der französischen Patentschrift (Änm. P.V. 1481)65 beschrieben sind).

Die unter den akustischen Schwingungen sich bewegende Membran 25 des Mikrofons ist über dem oberen Teil des Rahmens 23. eingespannt. Der mittlere Teil die>er Membran befindet sich genau über der oberen Flache des Würfels I und trägt den Planspiegel 2

Fig. ft. in der für gleiche feile mit gleicher Funktion dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 gelten, zeigt eine Abwandlung der Windung, bei der eine direkte Delta-Kodierung der von der oder den Fotodioden gelieferten Signale durch einen Hilfskrcis erleichtert wird. Dieser Hilfskrcis bringt auf die Membran des Mikrofons eine elcktromechanischc Gegenkopplung auf. welche die Schwingungsamplitude der Membran /u vermindern sucht.

In Fig. ft sind einige Elemente vereinfacht dargestellt. Die an ihrem äußeren Umfang in einem Mikrofongchäu'e 20 befestigte Membran 25 des Mikrofons trägt an ihrer Unterseite zwei Spiegel 2„ und 2,. Die Lichtquelle 4 ist hier einfach durch einen Punkt dargestellt. Die Lichtquelle und die Spiegel 2_(l und 2, bilden mit dem aus zwei Prismen bestehenden Würfel 1 und den Fotodioden 3,. 3_S ein Interferometer, wie in Fig. "S besprochen.

Bei einer Verschiebung der Membran 25 liefern die Fotodioden an ihrer, Ausgängen Signale veränderlicher Amplitude, die auf den logischen Kreis 100 aufgebracht werden, der in Fig. 4 dargestellt ist und dessen Ausgang 100., einerseits an einen Anschluß 35 der Fernsprcchleitung angeschlossen und und andererseits mit dem Eingang 34 eines Integrierkreises 36 verbunden ist. dessen Ausgang über eine Leitung 38 zu einer Spule 37 führt, die induktiv mit der Membran 25 gekoppelt ist. Es ist hierbei vorausgesetzt, daß die Membran aus magnetischem Werkstoff besteht. Ein zweiter Anschluß 39 der Spule 37 ist mit einem Punkt der Fernsprcchleitung verbunden, der ein festes Potential aufweist. Die Fernsprcchleitung ist in Fig.fi schematisch als einiidrig dargestellt.

Diese Abwandlungsform der Erfindung arbeitet wie folgt: Die elektrischen Impulse, deren Amplitude und Frequenz sich in Abhängigkeit von der Verschiebung der Membran 25 und damit der Spiegel 2₀ und 2, ändert, werden am Ausgang der Fotodioden 3, und 3o empfangen. Diese Signale ändern «ich mit der Differenz der Weglängen der beiden Lichtbündel, von denen das eine direkt über den Würfel 1 und das andere über diesen nach Reflexion on den Spiegeln I_n und 2, läuft. Diese Signale werden auf die Eingänge 100, und 100., des logischen Kreises 100 aufgebracht. Nach ihrer Umwandlung sind die Signale am Ausgang 100., dieses Kreises im Takt der Impulse des in diesem eingebauten Taktgebers zerhackt. Jedoch ist zu bemerken, daß dcrttrtige Signale am Ausgang von 100 nur auftreten, wenn die Fotodioden 3, und \, Signale ausreichender Amplitude abgeben. Nun hängt die Amplitude von der effektiven Bewegung der Membran 25 ab. Diese Bewegung aber hängt nicht mehr einfach vom auf die Oberseite der Membran aufgebrachten Schalldruck ab. sondern in gleicher Weise von der S durch die Gegcnkopplungsspule 37 auf die Membran 25 aufgebrachten Gegenkraft. Die Spule 37 wird vom Ausgang des Integrierkreises 36 mit einer solchen Phasenlage gespeist, daß die Spule der Membranbewegung als Folge des Schalldrucks cntgcgenwirkl. i-(:nter diesen Bedingungen spielt die von der Membran 25 und den zugehörigen optischen und elektrischen Bauteilen gebildete Vorrichtung die Rolle eines Amplitudenkomparaiors, der das Auftreten von Impulsen am Ausgang 36 nur erlaubt. ,· wenn die momentane Bcwcgungsamplitudc der '' Membran hinreichend diejenige Amplitude übersteigt, die von dem an diesem Ausgang auftretenden Strom dargestellt wird, der sich aus der Integration der zuvor gelieferten Impulse ergibt.

Die beschriebene Gegcnkopplungsvorrichtung erzielt also son sich aus durch Rückwirkung auf die Bewegung der Membran 25 einen Vergleich der momentanen Amplitude des vom Kodierer 100 ausgehenden Signals mit der Amplitude eines anderen Signals, das sich aus der zeillichen Integration der schon gelieferten Impulse ergibt. Auf diesem Vergleich beruht aber im wesentlichen das Verfahren der sogenannten Delta-Kodierung einer Impulsfolge. Diese Ausführungen zeigen gleichzeitig, daß dank der Gegenwirkung der Spule 37 auf die Membran 25 die Verschicbungs- oder Auslcnkungsamplitude dieser Membran stark reduziert wird gegenüber einer Ausführungsform, bei der die Spule 37 nicht vorhanden wäre oder nicht mit Strom gespeist würde.

Die so erzielte Verminderung der Amplitude ist ein bedeutender Vorteil, da hierdurch die Ursachen für Verzerrungen vermindert werden, die sich einerseits aus großen Schwingungsampliluden der Membran ergeben und andererseits besonders als nichtlineare Verzerrungen aus mechanischer Resonanz der Membran oder aus Resonanz mit einem hinter der Membran eingeschlossenen Luflvolumen. Selbstverständlich kann bei der in F i g. 6 dargestellten Abwandlungsform der Erfindung die Kopplung zwi-

sehen der Spule 37 und Membran 25 andere Mittel benutzen. Zum Beispiel kann die Spule 37 an die Membran 25 durch einen festen magnetischen Kreis angekoppelt sein, der derart angeordnet ist. daß er für einen gegebenen Spulenstrom die Größe der auf die Membran aufgebrachten Kraft verbessert.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abwandlungsformcn der in Fig. 3 und 6 gezeigten Anordnungen möglich. So können z. B. zwei durch ein Luftkissen voneinander getrennte Membranen vorgesehen sein, von denen die eine einen ersten Spiegel trägt und die andere einen zweiten Spiegel trägt und mechanisch mit der Spule 37 (Fig. 6) gekoppelt ist. während die Anordnung dieser Spiegef glerchuerti« mit der Anordnung eines Spiccels und des. Würfels, I in Fig. 1.2 und 3 is(. Indem zwischen diesen Spiegeln mit Hilfe von halbdurchlässigen Schichten Vieffachrcflcxionen erzeugt werden, läßt sich infolge des vergrößerten Weges der Lichtstrahlen dit iimpündlichkcit des Mikrofons erhöhen. In einer weiteren

Abwandkmgsform kann man Viclfaciirefiexronert zwischen einem oder zwei beweglichen Spiegeln benutzen, die an der Membran befestig! sincf, und einem oder zwei festen Spiegeln oder vorteilhafter

Reflexion zwischen einem beweglichen Spiegel und zwei festen Spiegeln.

im Falle des Ausführungsbeispiels in Fig. 6 kann der logische Kreis 100 als Vorwärts-Rückwärts-Zähler für Impulse ausgebildet sein, der von den Ausgängcn der Tore 105 und 106 (Fig. 4) angesteuert wird und dessen Ausgang der Ausgang 100., ist. Wenn die Amplitude der Membranverschiebungen bei der Ausführungsform nach Fig. 6 hinreichend verringert ist, dann kann dieser Vorwärts-Rückwärts-Zähler durch einen einfachen bistabilen Flip-Flop ersetzt sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mikrofon zur Umwandlung akustischer Schwingungen in eine elektrische Impulsfolge mit einer auf einer Seite dem Schalldruck ausgesetzten Membran, die auf der Rückseite einen kleinen Planspiegel trägt, der Teil eines optischen Interferometers ist, in welchem das von einer Lichtquelle ausgehende monochromatische Licht über mindestens zwei Lichtwege läuft, von denen der eine eine konstante Länge und der andere eine zeitlich veränderliche und von der Membranstellung abhängige Länge hat und die in einer Interferenzzone zur Interferenz kommen, in der mindestens eine Fotodiode angeordnet ist, welche ein impulsförmiges elektrisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fotodioden (3_f. 3.,) zwei Paaren von Lichtwegen , (SOQU, SOPU; 'SO'Q'U', SO'P'U') zugeordnet sind, die mit einer Phasenverschiebung von 90° interferieren.

2. Mikrofon nach Anspruch l' dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodioden (3₍, 3₂) an zwei Eingänge (100,, 10O₁,) eines logischen Kreises (100) angeschlossen "sind, der unter der Steuerung eines Taktgebers (100) an einem Ausgang (103) die von den Fotodioden gelieferten Impulse in Delta-Kode-Modulation ausgibt,

3. Mikrofon nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (103) des logischen Kreises (100) ein Integrierkreis (36) angeschlossen ist, dessen Ausgang an einem elektromechanischen Gcgenkopplungsorgan (37) liegt, das der Bewegung der Membran (25) entgegenwirkt.

4. Mikrofon nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Interferometer einen Würfel (1) aus Quarz oder optischem Glas enthält, der aus zwei zusammengefügten gleichschenklig-rechtwinkligen Dreiecksprismen besteht, von denen eines an der Fügungsfläche eine halbdurchlässige Schicht (10) aufweist, während an der von der Lichtquelle (4) abgewandten Seite des Würfels eine Spiegelschicht (11) aufgebracht ist,

5. Mikrofon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung durch einen Spiegel (2) erzeugt wird, dessen Spiegelschicht zwei Zonen (2₀, 2,) unterschiedlicher Dicke aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen