DE1044170B - Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik fuer bevorzugt einseitige Schallaufnahme - Google Patents
Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik fuer bevorzugt einseitige SchallaufnahmeInfo
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- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
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Description
DEUTSCHES
Die einseitige Richtcharakteristik eines Mikrophons resultiert bekanntlich aus der Superposition einer Richtcharakteristik
der Form einer Acht (Druckgradienten-Mikrophon) und einer kreisförmigen Richtcharakteristik
(Druck-Mikrophon) dergestalt, daß durch die gegebenen Phasenbeziehungen für den einen Halbraum
eine Addition, für den anderen eine Subtraktion der Bestimmungsgrößen der Richtkurven auftritt.
Da der Druckgradient zunächst mit der Frequenz wächst, muß ein kapazitives Schwingungssystem zur
Erzielung einer konstanten Frequenzkurve reibungsgehemmt sein. Die Größe des Druckgradienten und
damit auch die Empfindlichkeit des Druckgradienten-Mikrophons ist durch den mittleren Schallumweg von
der Vorderseite der Membran zu ihrer Rückseite bestimmt. Dieser mittlere Umweg sei mit α bezeichnet.
Bei gegebenen Abmessungen eines kapazitiven Druckgradienten-Mikrophons wächst der Druckgradient bis
zur Frequenz ίχ — γ^ (c=Schallgeschwindigkeit). Mit
weiter zunehmender Frequenz nimmt der Druckgradient ab und erreicht den Wert Null bei der Frequenzsteile/^=—.
Hier erfolgt Phasenumkehr und wieder
Zunahme des Wertes für den Druckgradienten mit weiter steigender Frequenz. Für ein Mikrophon beispielsweise
mit einem Durchmesser von 3 cm ergeben sich für Z1 und Z2 etwa folgende Werte:
Z1 = S1OkHz; Z2=Il1SkHz.
Die obere Grenzfrequenz des Übertragungsbereiches
eines kapazitiven Druckgradienten-Mikrophons ist also durch die Beziehung
f f>
2a
im Beispiel bestimmt. Einer Erweiterung des Übertragungsbereiches
durch Verringerung der Abmessungen des Mikrophons ist durch, die damit verbundene
Einbuße an Empfindlichkeit eine Grenze gesetzt. Für die Kombination des Druckgradienten-Mikrophons
mit einem Druck-Mikrophon, also für die Superposition der genannten Richtcharakteristiken,
verursacht der Einfluß des Druckgradienten-Mikrophons im Frequenzbereich Z1 bis Z2 (Bereich des mit
steigender Frequenz abnehmenden Druckgradienten) von der Frequenzstelle Z1 beginnend eine stark abfallende
Frequenzkurve, wobei der Empfindlichkeitsunterschied der Anordnung für Schalleinfall von der
Vorderseite zu Schalleinfall von der Rückseite im Sinne der beabsichtigten Wirkung immer ungünstiger
wird. Von der Frequenzstelle Z2 an wird durch die
Phasenumkehr des Druckgradienten die Kombination empfindlicher für Schalleinfall von der Rückseite (un-
Mikrophon-Anordnung zur Erzielung
einer Richtcharakteristik für bevorzugt
einseitige Schallaufnahme
Anmelder:
Dr.-Ing. Karl Schoeps,
Karlsruhe-Durlach, Spitalstr. 20
Karlsruhe-Durlach, Spitalstr. 20
Dr.-Ing. Karl Schoeps, Karlsruhe-Durlach,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
beabsichtigte
empfindlicher für Schalleinfall von der Vorderseite) und damit die mit der Kombination
Wirkung umgekehrt.
Wirkung umgekehrt.
Die für den Frequenzbereich Z1 bis f2 aufgezeigten
Verhältnisse werden nun in gewissen Grenzen dadurch gemildert, daß das Druck-Mikrophon nur dort eine
kreisförmige Richtcharakteristik aufweist, wo die Wellenlänge des aufzunehmenden Schalles groß gegen
die Abmessungen des Mikrophons ist. Wo diese Bedingung nicht mehr erfüllt ist, deformiert sich bekanntlich
die Kreischarakteristik und wird mit wachsender Frequenz zur einseitigen Richtcharakteristik.
Die Auswirkungen der Phasenumkehr des Druckgradienten jedoch sind für den Frequenzbereich oberhalb
Z2 uneingeschränkt vorhanden.
Es ist nun bekannt, gemäß dem eingangs Gesagten eine bevorzugt einseitige Richtcharakteristik durch
die Kombination eines Druckgradienten-Mikrophons mit einem Druck-Mikrophon zu erzielen. Es ist weiterhin
bekannt, speziell bei einer derartigen Kombination kapazitiver Mikrophone die Ladespannungen
in ihrem Verhältnis zueinander zu variieren und so beliebige Richtcharakteristiken zu erzeugen; auf diese
Weise kann selbstverständlich auch eine einseitige Richtcharakteristik erzielt werden. Es sind außerdem
auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die einseitige Richtcharakteristik dadurch erzielt wird,
daß in einem einzigen kapazitiven System zwei Membranen angeordnet werden, wobei nur eine der beiden
Membranen elektrisch wirksam ist. Die feststehende Elektrode des Systems ist hierbei zwischen den beiden
Membranen angeordnet und teils mit durchgehenden Bohrungen, teils mit Sacklöchern versehen.
Auf Grund der oben gebenen eingehenden Darstellung ist nun einzusehen, daß es bei den bisher bekannten
kapazitiven Anordnungen zur Erzielung einer
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Richtcharakteristik für bevorzugt einseitige Schallaufnahme nicht möglich ist, eine in den geforderten
engen Toleranzen konstante Frequenzkurve im gesamten Hörbereich, also einem Übertragungsbereich
bis 16 kHz, ebenso wie die geforderte Richtcharakteristik der Anordnung in diesem gesamten Frequenzbereich
zu erzielen.
Es ist nun auch schon vorgeschlagen worden, in einer Kombination eines Druckgradienten-Mikrophons
mit einem Druck-Mikrophon regelbare frequenz- ίο abhängige Kopplungsglieder vorzusehen, wodurch die
wirksamen Anteile der beiden Mikrophone willkürlich beeinflußt werden können. Eine solche Anordnung ist
jedoch bei Verwendung kapazitiver Mikrophone wegen der Hochohmigkeit der Systeme nicht möglich.
Gemäß der Erfindung wird eine Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik für bevorzugt
einseitige Schallaufnahme, bestehend aus der Kombination eines kapazitiven Druckgradienten-Mikrophons
und eines kapazitiven Druck-Mikrophons, derart ausgebildet, daß ein Ohmscher Widerstand
oder Ohmsche Widerstände in elektrischer Reihenschaltung mit der Kapazität des Druck-Mikrophons
vorgesehen sind. Diese Anordnung liegt elektrisch parallel zur Kapazität des Druckgradienten-Mikrophons.
Hierbei sind der Ohmsche Widerstand bzw. die Ohmschen Widerstände derart bemessen, daß mit
steigender Frequenz eine Abnahme des Anteils des Druckgradienten-Mikrophons an der Gesamtausgangsspannung
erfolgt. Diese Anordnung gestattet im Gegensatz zu den bisher bekannten Anordnungen
eine Erweiterung des Übertragungsbereiches bis 16 kHz bei Einhaltung auch aller hinsichtlich der
Richtcharakteristik zu stellenden Forderungen.
In Abb. 1 ist mit A ein kapazitives Druckgradienten-Mikrophon,
mit B ein kapazitives Druck-Mikrophon bezeichnet. Die Membranen beider Mikrophone
sind miteinander direkt, die Gegenelektroden über den Widerstand R elektrisch verbunden. Die weitere
Schaltung stellt eine von den bekannten Möglichkeiten der Anschaltung an einen Mikrophon-Verstärker
dar.
Der zum Druckgradienten-Mikrophon A elektrisch parallel liegende Schaltungszweig mit den Schaltelementen
R (Widerstand) und B (Kapazität des Druck-Mikrophons) stellt ein frequenzabhängiges Glied dar.
Durch richtige Bemessung des Widerstandes R in Relation zur Kapazität des Druck-Mikrophons B wird
nun erreicht, daß der wirksame Anteil des Druckgradienten-Mikrophons oberhalb einer bestimmten, geeignet
gewählten Frequenzstelle verschwindet. Die Frequenzabhängigkeit kann nun beispielsweise so gewählt
werden, daß oberhalb /2 kein wirksamer Anteil
durch das Druckgradienten-Mikrophon mehr vorhanden ist, während dieser beispielsweise nach Maßgabe
der Erfordernisse im Frequenzbereich Z1 bis /2 mit
steigender Frequenz abnimmt. Durch diese Maßnahme sind unter anderem die schädlichen Auswirkungen
des Druckgradienten-Mikrophons eliminiert. Es ist nun nur noch mit an sich bekannten Mitteln dafür
Sorge zu tragen, daß das im oberen Übertragungsbereich allein wirksame Druck-Mikrophon einen bis
beispielsweise 16 kHz erweiterten Übertragungsbereich aufweist und durch richtige Wahl seiner Abmessungen
die Funktion für die einseitig gerichtete Schallaufnahme an der richtigen Frequenzstelle übernimmt.
Ein in gewissen Grenzen im Übertragungsbereich und im Gebiet hoher Frequenzen auftretender
Ernpfindlichkeitsverlust der Kombination wird durch die Wirkung des Staudruckeffektes im freien Schallfeld
bei richtiger Wahl der Verhältnisse kompensiert. Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung
besteht darin, daß auch zugunsten einer größeren Empfindlichkeit des Druckgradienten-Mikrophons
die oben beschriebene Grenzfrequenz f1 niedriger gewählt
werden kann, ohne daß die bisher hierbei aufgetretenen Nachteile in Kauf genommen werden
müssen.
Mit einer geeigneten Bemessung der frequenzabhängigen Kombination (R, B) kann auch bewirkt werden,
daß der bisher durch eine entsprechende Ausbildung des Druckgradienten-Mikrophons erzielte Effekt der
Reibungshemmung teilweise oder ganz elektrisch erzielt wird.
Für einen differenzierten Funktionsverlauf der Frequenzabhängigkeit kann beispielsweise in der Anordnung
noch der Widerstand R' vorgesehen werden (Abb. 2).
In gewissen extremen Fällen kann es erforderlich sein, einen bei der Anordnung gemäß der Erfindung
auftretenden Phasengang für den wirksamen Anteil des Druckgradienten-Mikrophons zu eliminieren.
Dies kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Membranebenen der beiden
Mikrophone in der räumlichen Anordnung um ein bestimmtes Maß parallel zueinander verschoben werden.
Der dadurch auftretende Phasengang ist im Bereich tiefer Frequenzen vernachlässigbar und kompensiert
im Bereich höherer Frequenzen die erwähnte Phasendrehung.
In den Abb. 1 und 2 ist die erforderliche Ladespannung (Zugspannung) für beide Mikrophone über
einen Widerstand am Punkt χ zugeführt. Selbstverständlich kann auch die Ladespannung für jedes der
beiden Mikrophone getrennt über je einen Widerstand zugeführt werden (Punkte y und χ in Abb. 3). In diesem
Falle kann in bekannter Weise durch die Bemessung der einzelnen Ladespannungen die relative Empfindlichkeit
der beiden Mikrophone in der richtigen Weise eingestellt werden. Eine Beeinflussung der relativen
Empfindlichkeit der beiden Mikrophone zueinander kann selbstverständlich auch durch Parallelschaltung
einer geeignet bemessenen Kapazität eines der beiden Mikrophone bewirkt werden.
Claims (4)
1. Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik für bevorzugt einseitige
Schallaufnahme, bestehend aus der Kombination eines kapazitiven Druckgradienten-Mikrophons
und eines kapazitiven Druck-Mikrophons, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ohmscher Widerstand
oder Ohmsche Widerstände in elektrischer Reihenschaltung mit der Kapazität des Druck-Mikrophons
vorgesehen sind und diese Anordnung elektrisch parallel zur Kapazität des Druckgradienten-Mikrophons
liegt und daß der Ohmsehe Widerstand bzw. die Ohmschen Widerstände derart
bemessen sind, daß mit steigender Frequenz eine Abnahme des Anteils des Druekgradienten-Mikrophons
an der Gesamtausgangsspannung erfolgt.
2. Mikrophon-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur frequenzabhängigen
Beeinflussung des Anteils des Druckgradienten-Mikrophons vorgesehenen Schaltelemente so
bemessen sind, daß der Anteil des Druckgradienten-Mikrophons vorzugsweise im Frequenzbereich
seiner Phasenumkehr praktisch unwirksam ist.
3. Mikrophon-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur frequenzabhän-
gigen Beeinflussung des Anteils des Druckgradienten-Mikrophons vorgesehenen Schaltelemente so
bemessen sind, daß die elektrisch den Funktionsverlauf der Reibungshemmung für das Druckgradienten-Mikrophon
bewirken und den Anteil des Druckgradienten-Mikrophons vorzugsweise im Frequenzbereich seiner Phasenumkehr praktisch
unwirksam machen.
4. Mikrophon-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen des
Druckgradienten-Mikrophons und des Druck-Mikrophons räumlich parallel zueinander versetzt
angeordnet sind dergestalt, daß durch das Maß der Versetzung die durch die zur frequenzabhängigen
Beeinflussung vorgesehenen Schaltelemente auftretende frequenzabhängige Phasendrehung
durch diese relative Anordnung der beiden Mikrophone im Schallfeld praktisch kompensiert wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 293 258;
schweizerische Patentschrift Nr. 281 609;
ίο Zeitschrift »Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«, 1935, S. 187 bis 192;
USA.-Patentschrift Nr. 2 293 258;
schweizerische Patentschrift Nr. 281 609;
ίο Zeitschrift »Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«, 1935, S. 187 bis 192;
Zeitschrift »The Journal of the Acoustical Society of America«, Vol. 12, 1941, Nr. 4, S. 481 bis 498.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DESCH10238A DE1044170B (de) | 1952-08-14 | 1952-08-14 | Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik fuer bevorzugt einseitige Schallaufnahme |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DESCH10238A DE1044170B (de) | 1952-08-14 | 1952-08-14 | Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik fuer bevorzugt einseitige Schallaufnahme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1044170B true DE1044170B (de) | 1958-11-20 |
Family
ID=7426233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DESCH10238A Pending DE1044170B (de) | 1952-08-14 | 1952-08-14 | Mikrophon-Anordnung zur Erzielung einer Richtcharakteristik fuer bevorzugt einseitige Schallaufnahme |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1044170B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1121116B (de) * | 1959-03-04 | 1962-01-04 | Akg Akustische Kino Geraete | Kondensatormikrophon |
DE1162415B (de) * | 1961-06-19 | 1964-02-06 | Akg Akustische Kino Geraete | Schallempfaenger mit vorzugsweise einseitiger, gegebenfalls einstellbarer Richtcharakteristik, enthaltend ein oder mehrere nach dem elektrostatischen Prinzip arbeitende Wandlersysteme |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2293258A (en) * | 1939-11-24 | 1942-08-18 | Bell Telephone Labor Inc | Acoustic device |
CH281609A (de) * | 1949-02-22 | 1952-03-15 | Rundfunk Nordwestdeutscher | Verfahren zur Änderung der Richtcharakteristik eines aus mehreren Einzelmikrophonen bestehenden Schallempfängers. |
-
1952
- 1952-08-14 DE DESCH10238A patent/DE1044170B/de active Pending
Patent Citations (2)
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DE1162415B (de) * | 1961-06-19 | 1964-02-06 | Akg Akustische Kino Geraete | Schallempfaenger mit vorzugsweise einseitiger, gegebenfalls einstellbarer Richtcharakteristik, enthaltend ein oder mehrere nach dem elektrostatischen Prinzip arbeitende Wandlersysteme |
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