DE1073546B - Richtmikrophon mit geringer Erschutterungs- und Windempfind lichkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Richtmikrophone, die als Elongationsempfänger oder nach dem elektromagnetischen Umwandlungsprinzip arbeiten, bei denen die Richtung der größten Empfindlichkeit senkrecht zu der dem Schallfeld direkt ausgesetzten Seite der Membran steht und die Rückseite der Membran eine niedere Luftkammer abschließt, aus der eine Röhre nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt.

Das Wesen der Erfindung soll bei den Elongationsempfängern, insbesondere am Beispiel eines Kondensatormikrophons, aufgezeigt werden. Kondensatorrichtmikrophone können nach ihrer physikalischen Wirkungsweise in zwei Gruppen eingeteilt werden. Die erste Gruppe umfaßt Mikrophone, die in ihrer Wirkung auf der Interferenz der Schallwellen beruhen, z. B. solche mit Reflektoren oder langen Rohrsystemen, deren Abmessungen in die Größenordnung der Wellenlänge der niedersten Übertragungsfrequenz kommen.

Als Beispiel hierfür können die bekannten Mikrophone angesehen werden, deren elektromechanisches Umwandlungssystem (Bändchen u. dgl.) mit einer Seite an mehreren verschieden langen Röhren, mit der anderen Seite an einem gedämpften Hohlraum angekoppelt ist. Diese Art der Interferenzmikrophone erfordert Rohrlängen von etwa der Wellenlänge des zu verarbeitenden Schalles, so daß in der Praxis Längenausdehnungen des Mikrophons bis 2 m und mehr entstanden.

Zur zweiten Gruppe gehören Mikrophone, die auf den Druckunterschied zweier benachbarter Punkte des Schallfeldes ansprechen und als Druckgradientenempfänger bekannt sind. Bei diesem Typ nimmt der Druckgradient mit steigender Frequenz so lange linear zu, bis der Schallumweg von der Vorderseite der Membran um die Mikrophonkapsel herum zur Rückseite der Membran in die Größenordnung der halben Wellenlänge kommt. Bei dieser Wellenlänge erreicht der Druckgradient den doppelten Wert des Schalldruckes. Von da ab durchläuft der Druckgradient mit steigender Frequenz zunächst den Wert Null, wenn der Schallumweg einer ganzen Wellenlänge entspricht, und verläuft dann nach einer Besselfunktion. Um diesem schwankenden Bereich auszuweichen, wurden bisher Kondensatormikrophone in den Abmessungen so klein gehalten, daß der Abstand der benachbarten Punkte, d. h. der Schallumweg von der Vorderseite der Membran um die Mikrophonkapsel herum zur Rückseite der Membran etwa gleich der halben Wellenlänge der höchsten Übertragungsfrequenz entspricht. In der Praxis wird allerdings der Durchmesser der Kapsel etwa mit 3 cm gewählt und für die höchsten Frequenzen ab etwa 8000 bis 15000Hz und darüber die Richtwirkung der nur mehr als Druckempfänger arbeitenden Kapsel ausgenutzt.

Richtmikrophon
mit geringer Erschütterungsund. Windempfindlichkeit

Anmelder:
Dr. Rudolf Görike, Wien

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. W. Paap

und Dipl.-Ing. H. Mitscherlich, Patentanwälte,
München 22, Mariannenplatz 4

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 26. Mai 1955 und 9. Mai 1956

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

Aus vorstehendem geht hervor, daß mit abnehmender Frequenz, d. h. zunehmender Wellenlänge, der Druckgradient linear abnimmt und bei niederen Frequenzen relativ kleine Werte erreicht. Um bei einem solchen Mikrophon im ebenen Schallfeld bei konstantem Schalldruck konstante Wechselspannung im Bereich der zu übertragenden Frequenzen zu erhalten, muß die Eigenschwingung der Membran in die Mitte des Übertragungsfrequenzbereiches gelegt und für genügende Reibungshemmung gesorgt werden. Es hat sich dabei in der Praxis gezeigt, daß solche Mikrophone eine störende Wind- und Erschütterungsempfindlichkeit aufweisen.

Magnetische Mikrophone enthalten im allgemeinen einen Anker aus magnetisch weichem Werkstoff, der in geringem Abstand von einem oder mehreren Polen eines Magnetsystems schwingungsfähig angeordnet und mit einer Membran mechanisch verbunden ist. Es kann aber auch der Anker selbst die Membran bilden. Infolge der anziehenden Kraft zwischen Anker und Pol des mit einem Dauermagneten ausgerüsteten Magnetsystems muß die mechanische Rückstellkraft des Ankers hinreichend groß sein, um einen für die Schwingungsfreiheit notwendigen Abstand vom Pol zu wahren. Dadurch entsteht jedoch eine Eigenschwingung des Ankers von einigen hundert Hertz.
Der auch bei magnetischen Richtmikrophonen als antreibende Kraft wirksame Druckgradient ist jedoch auch hier frequenzabhängig, und zwar fällt er linear mit abnehmender Frequenz. Dieser Abfall müßte zur Erzielung einer horizontalen Frequenzkurve durch Verlegung der Eigenschwingung des Ankers an die

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untere Grenze des Übertragungsbereiches kompensiert werden. Dies ist jedoch bei magnetischen Mikrophonen wegen der anziehenden Kraft zwischen Anker und Pol nicht möglich.

Der bei den genannten Richtmikrophonen., insbesondere bei Kondensatormikrophonen, deren Membran wesentlich fester eingespannt ist, deren Eigenschwingung demnach wesentlich höher liegt als bei den bisher gebauten Mikrophontypen, und bei magnetischen Mikrophonen mit abnehmender Frequenz entstehende Abfall der Frequenzkurve wird erfindungsgemäß durch Vergrößerung des Schallumweges ausgeglichen.

Ein Richtmikrophon nach dem Elongations- oder nach dem magnetischen Umwandlungsprinzip, bei dem die Richtung der größten Empfindlichkeit senkrecht zu der dem Schallfeld direkt ausgesetzten Seite der Membran steht und die Rückseite der Membran eine niedere Luftkammer abschließt, aus der eine Röhre nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt, ist nun erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß diese Röhre um ein Vielfaches länger als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist und längs des Mantels beliebig geformte und verteilte Schalleintrittsöffnungen, z. B. Schlitze, aufweist, die zweckmäßig mit Dämpfungsmaterial versehen sind.

Dabei ist die Anordnung der Öffnungen, insbesondere der Abstand der der Membran am nächsten liegenden öffnung und deren Verteilung oder die Länge der Schlitze von großer Bedeutung. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das Rohr konstanten Querschnitt bzw. gegen das freie Ende zunehmenden Querschnitt aufweisen. Aus raumsparenden Gründen ist es auch möglich, das Rohr spiralig oder schraubenlinienförmig zu winden. Es kann ferner die Membran mit einem kurzen Rohr unmittelbar gekoppelt sein, während ein weiteres langes Rohr von wesentlich größerem Durchmesser mit der Mikrophonkapsel verbunden ist. Bei magnetischen Richtmikrophonen wird dabei die Anordnung so getroffen, daß die Vorderseite der Membran direkt dem Schallfeld ausgesetzt ist, während an der Rückseite der Membran mittels einer starren Platte eine niedere Luftkammer gebildet wird, an die sich eine oder mehrere akustische Impedanzen anschließen, von denen mindestens eine zur Vergrößerung des Druckgradienten in Gestalt einer Röhre mit seitlichen öffnungen dem Schallfeld ausgesetzt ist, wobei die Röhre um ein Vielfaches länger als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist.

Nach den Grundlagen der Erfindung können Kondensatormikrophone mit achtförmiger oder einseitiger (nierenförmiger) Richtcharakteristik gebaut werden. Auch gelingt es damit, Kondensatormikrophone zweiter Ordnung mit der analytischen Funktion e = e₀ (cos φ + cos² φ) zu schaffen, deren Erschütterungsund Windempfindlichkeit nicht größer ist als die der bisher bekannten Kondensatorrichtmikrophone erster Ordnung mit der analytischen Gleichung e = e₀ (1 +cosy).

Weitere Merkmale der Erfindung können der nachstehenden Figurenbeschreibung entnommen werden. In den Zeichnungen ist das Wesen der Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 vergleichsweise den Frequenzgang eines Kondensatorrichtmikrophons nach der Erfindung (b) und eines Richtmikrophons bekannter Bauart, jedoch mit hochabgestimmter Membran,

Fig. 2 das Erfindungsprinzip in schematischer Darstellung, ■

Fig. 3 eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Ausführung,

Fig. 4 bis 6 weitere Ausbildungsmöglichkeiten des an die Membran angekoppelten Rohres,
Fig. 7 bis 9 ein komplettes Kondensatormikrophon mit deii erforderlichen Schaltelementen, bei dem aus Gründen der Raumeinsparung das zylindrische bzw. konische Rohr zu einer Spirale gewunden ist,

Fig. 10 und 11 schematisch die Anordnung eines ίο Mikrophons mit achtförmiger Richtcharakteristik,

Fig. 12 die Anordnung bei einem Mikrophon mit einer Richtcharakteristik zweiter Ordnung,

Fig. 16 die mit einem Mikrophon gemäß Fig. 13 und 14 erzielbare Frequenzkurve,

Fig. 13 eine Mikrophonkapsel mit gekröpft angeschlossenem konischem Rohr und der Anordnung der Schaltelemente des Verstärkers,

Fig. 14 das Mikrophon nach Fig. 13 in Außenansicht,

Fig. 15 einen Schnitt nach der Linie XV-XV der Fig. 14,

Fig. 17 und 18 ein mechanisches Verschlußorgan zur Regelung der Richtcharakteristik,

Fig. 19 ein magnetisches Mikrophon, das die erfindungsgemäßen Merkmale aufweist,

Fig. 20 das elektrische Ersatzschaltbild des Mikrophons nach Fig. 19,

Fig. 21 eine vereinfachte Darstellung des Mikrophons nach Fig. 19 und

Fig. 22 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines magnetischen Richtmikrophons in schematischer Darstellung.

Ein Richtmikrophon, bei dem der Schallumweg um die Mikrophonkapsel nur etwa der halben Wellenlänge der höchsten Übertragungsfrequenz entspricht und dessen Membran hoch abgestimmt ist, zeigt eine Frequenzcharakteristik gemäß der Kurve α der Fig. 1. Durch die erfindungsgemäße Anwendung der länglichen, mit öffnungen versehenen Hohlräume zur Vergrößerung des Druckgradienten ist die Kurve b erreichbar.

In Fig. 2 ist das Erfindungsprinzip in seiner einfachsten Form in schematischer Darstellung wiedergegeben. Die Membran 1 bildet den Abschluß eines Rohres 2, das bei 3 offen oder geschlossen sein kann. Das Rohr 2 weist einen Längsschlitz oder eine Reihe von Schlitzen oder Bohrungen auf, die zweckmäßig mit einem akustischen' Reibungswiderstand, z. B. Textil u. dgl., abgedeckt sind. Dadurch entstehen für den Schall Eintrittsstellen m bis q in das Rohrinnere. Das Rohr in der geschilderten Ausführung übt vier Funktionen aus:

1. Es vergrößert den Schallumweg zwischen Vorder- und Rückseite der Membran, ohne Auftreten von Interferenzeffekten.

2. Es verursacht eine akustische Massebelastung der Membran und erniedrigt damit ihre Eigenschwingung.

3. Es wirkt als akustisches Filter, d. h., während der Schall beim Eintritt praktisch ohne Verluste an die Rückseite der Membran gelangt, erfährt der Schall, der bei q in das Rohr gelangt, eine frequenzabhängige Dämpfung, ehe er auf dieRückseite der Membran trifft, und zwar werden die Verluste mit zunehmender Frequenz immer größer. 4. Die Schlitze bzw. Bohrungen und die Dämpfungsmittel an den öffnungen des Rohres unterdrücken die Ausbildung von stehenden Wellen innerhalb des Rohres.

Da der Abstand von der Vorderseite der Membran zum Schalleintritt m (Fig. 2) relativ klein ist, entsteht nur für die höchsten Tonfrequenzen ein wirksamer Druckgradient. Für die bei q eintretenden Schallwellen hingegen ist der Druckgradient infolge des großen Abstandes von der Membran auch bei niederen Frequenzen groß. Bei hohen Frequenzen ist der Druckgradient jedoch starken Schwankungen unterworfen, da der Abstand ein Vielfaches der Wellenlänge beträgt. Durch die Filterwirkung der Öffnungen mit Dämpfung können jedoch Schallwellen höherer Frequenzen von q im Inneren der Röhre nicht zur Membran gelangen. Zwischen diesen extremen Werten liegen alle anderen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel betrug der Abstand von der Membran-Vorderseite bis zum Schalleintrittm 2cm, während bis zum Schalleintritt q ein Abstand von 30 cm gemessen wurde.

An Stelle eines Rohres kann auch in an sich bekannter Weise ein Bündel offener, in ihrer Länge gestufter Rohre verwendet werden, wie Fig. 3 zeigt. Die Membran 8 ist an der Rückseite mit den Rohren akustisch gekoppelt. Der Schalleintritt erfolgt an den Rohrenden von 9 bis 12.

Durch die öffnungen im Rohr gemäß Fig. 2 und durch die Stufung der Rohre nach Fig. 3 wird vermieden, daß der Druckgradient als antreibende Kraft an der Membran Schwankungen unterliegt.

Es wurde bereits der Versuch unternommen, bei einem Elongationsempfanger durch Vergrößerung des Schallumweges in Form von mechanischen Umbauten zwischen Vorder- und Rückseite des Mikrophons den Druckgradienten zu vergrößern. Dabei war es jedoch unvermeidlich, daß der Druckgradient bereits im Übertragungsbereich den Wert Null erreichte, wenn der Schallumweg gleich der Wellenlänge wurde. Diese Erscheinung rief die Schwankungen in der Frequenzcharakteristik hervor und konnte nur durch Vergrößerung der Membran bzw. des Mikrophongehäuses dadurch gemildert werden, daß man das Mikrophon im höheren Frequenzbereich als Druckempfänger mit Richtwirkung arbeiten ließ.

Beim erfindungsgemäßen Mikrophon können jedoch derartige störende Erscheinungen nicht auftreten, da weder Schwankungen des Druckgradienten noch stehende Wellen im Inneren des mit der Membran gekoppelten Rohres auftreten. Wird der Schlitz oder eine der öffnungen im Rohr bis nahe an die Rückseite der Membran geführt, dann tritt auch bei kleinen Abmessungen der Membran die Richtwirkung ohne Druckstau auf. Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 werden durch die Stufung und die Dämpfung der engen Rohre ebenfalls die störenden Erscheinungen ausgeschaltet.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Membran 13 im Gehäuse 14 eingespannt. In sehr kleinem Abstand von der Membran 13 befindet sich die Elektrode mit Bohrungen 15. Die Einmündung des mit Schlitzen versehenen Rohres von konstantem Querschnitt 16 erfolgt bei 17 in das Gehäuse 14. Eine Scheibe 18 bildet bei 19 einen engen Schlitz, so daß ein akustischer Reibungswiderstand entsteht. Durch Veränderung des Schlitzes, die auch von außen durch mechanische Mittel erfolgen kann, kann der Reibungswiderstand verändert und damit eine optimale Frequenz- und Richtcharakteristik des Mikrophons erzielt werden. Auch die Anordnung der Schlitze20 und des akustischen Reibungswiderstandes 21 sind für die Frequenzcharakteristik maßgebend.' Die Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit einem Rohr, dessen Querschnitt gegen das freie Ende zu stetig zunimmt. Die Membran 22 ist im Gehäuse 23 in geringem Abstand von der perforierten Elektrode 24 angeordnet. In ebenfalls sehr geringem Abstand von dieser ist die Platte 25 angeordnet, so daß ein akustischer Reibungswiderstand 26 entsteht. Das konische Rohr 27 mit Schlitzen 28 und akustischem Reibungswiderstand 29 mündet mit dem kleinen Ende in das Gehäuse 23.

Im Inneren des Rohres kann das Dämpfungsmaterial stellenweise oder gleichmäßig verteilt angeordnet wie auch an der Innenwand selbst vorgesehen sein. Es ist auch möglich, das Rohr selbst aus dämpfendem Werkstoff, z. B. Filz, Gummi u. dgl., herzustellen, der eine Absorption der höheren Tonfrequenzen hervorruft.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben, das eine Mikrophonkapsel enthält, deren Membran 30 mit einem kurzen Rohr 31 akustisch gekoppelt ist. Ein langes Rohr 32 von wesentlich größerem Durchmesser ist mit der Mikrophonkapsel verbunden und mit Schlitzen 33 versehen. Über die Schlitze ist ein akustischer Reibungswiderstand gelagert.

In Fig. 7 ist ein vollständiges Kondensatormikrophon mit einer Mikrophonkapsel, deren Membran 34 in einem Ring 35 eingespannt ist, dargestellt. Durch Spannschrauben 36 kann die Membran über die ringförmige Nase 37 des Halteringes 38 gezogen werden, wodurch eine gleichmäßige Spannung entsteht, die bewirkt, daß die Eigenschwingung der Membran in den Bereich zwischen 8000 und 15 000 Hz gelegt werden kann. In geringem Abstand hinter der Membran befindet sich die perforierte Elektrode 39. Diese bildet den Abschluß eines Hohlraumes 40, in dem sich die Scheibe 41 befindet, so daß sich bei 42 ein enger Luftspalt bildet. Aus dem Hohlraum 40 führt das Rohr 43 in das gekrümmte Rohr 44, das an das zur Spirale gewundene Rohr 45 angeschlossen ist. Das Rohr 45 weist beim Ausführungsbeispiel quadratischen Querschnitt auf und enthält am Umfang Schlitze, über die Dämpfungsmaterial 46 aufgebracht ist. Die Windungen des Rohres 45 bilden einen Hohlraum, in dem die Verstärkerröhre 47 mit Sockel 48 eingesetzt ist. Weiter befinden sich im Mikrophongehäuse die Schaltelemente und der Transformator sowie der Stecker49. Eine weitere Steckerkupplung 50 ermöglicht das Abziehen des Hüllrohres 51 mit dem gewundenen Rohr 45, den Schaltelementen, dem Transformator und dem Stecker, womit ein Austausch der Verstärkerröhre ermöglicht wird. Das Hüllrohr 51 ist bei 52 mit zahlreichen Öffnungen versehen, die Kappe 53 aus Drahtgeflecht oder perforiertem bzw. geschlitztem Blech dient dem Schutz der Mikrophonkapsel.

In Fig. 8 ist der Weg der Schallwellen nach der Konstruktion gemäß Fig. 7 übersichtlich dargestellt. Man erkennt den kürzesten Weg 54 und den längsten Weg 55. Zwischen diesen extremen Werten liegen alle übrigen Wege, deren mittlerer durch 56 gekennzeichnet ist.

In Fig. 9 ist die Membran 56 in geringem Abstand von der perforierten Elektrode 57 angeordnet. An diese schließt sich in geringem Abstand die Scheibe 58 mit kurzem Rohr 59 an, so daß bei 60 ein enger Luftspalt entsteht. An das enge Rohr 59 schließt sich über das 'gekrümmte Rohr 61 das zur Spirale gewundene konische Rohr 62 an. Dieses ist mit Schlitzen 63 versehen, über die der akustische Reibungswiderstand 64 gelagert ist. Im Mikrophon befinden sich die

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Schaltelemente 65, der Transformator 66 sowie der daß bei 0° Schalleinfall die Frequenzkurve im

Stecker 67. Die Steckerkupplung 68 ermöglicht das Ab- wichtigen Tonfrequenzbereich horizontal verläuft. Die

ziehen des Hüllrohres 69 mit dem konischen Rohr 62. Kurve für 90° Schalleinfall liegt etwa 6 db unter der

In Fig. 10 ist ein Kondensatormikrophon darge- O°-Kurve. Bei 180° Schalleinfall ist die Frequenzstellt, das aus zwei Mikrophonkapseln 70 und 71 be- 5 kurve wohl nicht so ausgeglichen, jedoch liegt sie steht, die elektrisch gegeneinandergeschaltet sind, so durchschnittlich 20 db unter der 0°-Kurve, so daß daß sich eine achtförmige Richtcharakteristik ergeben diese Eigenschaft nicht störend in Erscheinung tritt, würde. An einer Mikrophonkapsel ist das Rohr 72 Es ist bei allen Ausführungsformen gemäß der Erin der erfindungsgemäßen Ausführungsform ange- findung möglich, durch Verschließen der Verbindungsschlossen. Während die Kapsel 70 einen normalen io stelle von Mikrophonkapsel zum Rohr aus dem Mikro-Druckempfänger darstellt, besteht die Kapsel 71 aus phon mit nierenförmiger Richtcharakteristik ein den Teilen eines Druckempfängers, jedoch mit einem solches mit Kugelcharakteristik zu machen,
an die Vorderseite der Membran über eine niedere Fig. 17 zeigt in schematischer Darstellung ein ent-Luftkammer angekoppelten Rohr mit öffnungen und sprechendes Ausführungsbeispiel. In der Rohrleitung akustischem Reibungswiderstand gemäß Fig. 4. 15 100 ist ein mechanisches Verschlußorgan 101 ange-

Fig. 11 zeigt schematisch die Anordnung eines bracht, das einen Drehknopf 102 aufweist, auf dem Mikrophons mit achtförmiger Richtcharakteristik. An die einstellbaren Charakteristiken symbolisch dargedie fest eingespannte Membran 73 sind zu beiden stellt sind. Fig. 18 zeigt ein Detail mit dem Drehknopf Seiten Rohre 74, 75 angeschlossen, die zu einer Spi- in Draufsicht. Durch Verdrehen des Verschlusses rale gewunden sind. Die Rohre weisen Schlitze oder 20 kann die Mikrophonkapsel rückseitig vollkommen verBohrungen auf, die mit Dämpfungsmaterial 76 ver- schlossen werden, so daß der Schall nur mehr auf der sehen sind. Vorderseite der Membran auftrifft. Dadurch entsteht

Fig. 12 zeigt die Anordnung eines Kondensator- ein Druckempfänger mit den bekannten Übertragungsmikrophons mit der Richtcharakteristik zweiter Ord- eigenschaften mit kugelförmiger Richtcharakteristik, nung nach der Gleichung e=e₀ (cos φ + cos² φ). Es ^a5 Durch Verengung des Rohrquerschnittes der Mikrosind zwei gleiche Mikrophone um den Abstand d phonkapsel zum konischen Rohr können Richtcharakräumlich versetzt angeordnet. Elektrisch sind die teristiken, die zwischen Kugel und Niere liegen, ein-Mikrophonkapseln dieser Systeme gegeneinander- gestellt werden.

geschaltet. Hinter den Membranen 77 und 67, die auf In Fig. 19 ist die Anwendung der Erfindung auf

etwa 1000 Hz mechanisch vorgespannt sind, befinden 3<> magnetische Mikrophone veranschaulicht. Die Mem-

sich die niederen Luftkammern 79 und 80. Die Elek- bran 111 ist am Rand 112 des Gehäuses 113 befestigt,

troden 81, 82 sind unmittelbar hinter der Membran in Eine starre Platte 114 ist so angebracht, daß eine

den niederen Luftkammern angeordnet. An die nie- niedere Luftkammer 115 entsteht. Aus dieser Kammer

deren Luftkammern schließen sich die akustischen führt eine mit einem akustischen Reibungswiderstand

Reibungswiderstände 83 und 84 an, die in die Luft- 35 H6 versehene öffnung in den Hohlraum des Gehäuses

kammern 85 und 86 münden. Weiter sind an die Luft- 113 und eine Röhre 117 ins Freie,

kammern 79 Und 80 die zu einer Spirale gewundenen Die Röhre 117 ist der Länge nach mit Öffnungen

Rohre 87 und 88 angeschlossen, die Schlitze oder (in der Fig. 19 als Schlitz 118 dargestellt) versehen,

andere Öffnungen aufweisen, über die Reibungswider- die mit einem akustischen Reibungswiderstand 119

stände 89, 90 aufgebracht sind. Bei diesem Mikrophon 40 abgedeckt sein können.

wird trotz der mechanischen Vorspannung der Mem- Durch den akustischen Reibungswiderstand 116,

branen auf etwa 1000 Hz eine geradlinige Frequenz- der z. B. aus Textilgewebe bestehen kann, ist die

kurve bis 30 Hz herab und eine einseitige Rieht- Nadel geführt, welche die Membran 111 mit dem

wirkung nach der Gleichung e = e₀ (cos φ + cos² φ) Anker 120 des magnetischen Systems verbindet. Der

erreicht. 45 Magnet 121 und die Wicklung 122 sind Teile des ma-

An der Mikrophonkapsel kann das konische Rohr gnetischen Systems, das an der mit Öffnungen verauch gekröpft angeschlossen sein, wodurch die Anord- sehenen Halteplatte 123 befestigt.ist. In das Innere nung des Verstärkers mit Schaltelementen und Über- des Gehäuses 113 führt eine Röhre 124, durch die in trager gemäß Fig. 13 erfolgen kann. Das konische an sich bekannter Weise eine Erhöhung der vom Rohr 91 hat am kapselseitigen Ende zwei Schlitze, 50 Schalldrück herrührenden antreibenden Kraft auf die wobei die Schlitzzahl gegen das Ende des sich konisch Membran im Bereich der niederen Frequenzen erfolgt, erweiternden ' Rohres zunimmt. Über das konische In Fig. 20 ist das elektrische Ersatzschaltbild der Rohr ist eine Textilhülle 92, z. B. mit Hilfe eines Anordnung gemäß Fig. 19 dargestellt. Die Membran Bandes, das spiralenförmig umgewickelt ist, aufge- 111 mit der Masse M und der Rückstellkraft des Ranbracht. Das freie Ende des konischen Rohres kann 55 des D bildet mit der Rückstellkraft D₁ der Luftoffen sein oder durch ein schallhartes oder schall- kammer 115 einen Schwingungskreis, der an die obere weiches Material 93 (z. B. Filzstöpsel) abgeschlossen Grenze des Übertragungsbereiches gelegt ist. Die Öffsein. Fig. 14 zeigt das Äußere des Mikrophons gemäß nung 116 mit dem akustischen Reibungswiderstand R Fig. 13. Zum Schutz der Kapsel ist eine Gitterkappe ermöglicht den Luftausgleich aus der Kammer 115 in

94 vorgesehen. Das konische Rohr und die Verstärker- 60 die Kammer 113 mit der Rückstellkraft D₂. In die anordnung werden von einem perforierten Hüllrohr Kammer 113 mündet ferner die Röhre 124 mit der

95 mechanisch geschützt. Der Stecker 96 trägt ein Ge- akustischen Masse M₁. An der Vorderseite der Memlenk 97, an das eine elastische Abstützung, z. B. ein bran 111 sind die auftreffenden Schallwellen als EMK Gummipuffer 98, befestigt ist. Auf der anderen Seite bezeichnet. Die in die Röhre 124 eintretenden Schalldes Gummipuffers befindet sich der Stativanschluß 99 65 wellen sind mit EMK₁ bezeichnet und ergeben eine mit Gewinde. In Fig. 15 ist noch ein Mikrophon im zusätzliche antreibende Kraft an der Membran. An Querschnitt nach der Linie XV-XV der Fig. 14 zu die Luftkammer 115 ist ferner eine Röhre 117 angesehen, schlossen, deren akustische Gesamtmasse M₂ aus Ab-

In Fig. 16 ist die Frequenzkurve eines Mikrophons schnitten entsprechend den seitlichen Öffnungen der

gemäß Fig. 13 und 14 dargestellt. Es ist zu erkennen, 70 Röhre besteht. Die in die Öffnungen eintretenden

Schallwellen sind als antreibende Kräfte mit EMK₂. .. EMK₅ bezeichnet.

Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise sind in Fig. 21 die akustischen Elemente der Fig. 19 ohne konstruktive Einzelheiten dargestellt. Auf die Membran M wirkt von der Vorderseite der Schalldruck direkt ein, während an der Rückseite die durch das geschlitzte Rohr M₂ eintretenden Schallwellen entsprechend gefiltert wirksam werden. Der kürzeste Schallumweg ist mit DG₁, der mittlere mit DG₂ und der längste mit DG₃ bezeichnet. Der Mittelwert der antreibenden Kraft ergibt sich aus dem Schallumweg DG₂, welcher einem Membranradius gleicher Größe entspricht. Die in das Rohr M₁ eintretenden Schallwellen werden infolge der Elastizität der Luftkammer D₂ in der Phase so verschoben, daß sie in der gleichen Richtung wirksam werden wie die auf die Vorderseite der Membran einwirkenden Schallwellen.

In Fig. 22 ist die Anordnung wie in Fig. 21 mit Ausnahme des Rohres M dargestellt. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades im niedrigen Frequenzbereich ist das Rohr M₃ an die niedere Luftkammer hinter der Membran angeschlossen und führt in die Kammer D₃, wodurch eine Resonanzstelle bei etwa 50 Hz entsteht.

Vor der Membran kann ein Trichter T gesetzt werden, der, eine Luftkammer D_i bildend, zur Beeinflussung der Frequenzkurve im hohen Frequenzbereich in an sich bekannter Weise dient.

An Stelle nur einer Röhre können zwei oder mehr Röhren an die Luftkammer hinter der Membran angeschlossen werden. Die Röhren können gleiche oder voneinander verschiedene Schlitzanordnungen aufweisen. Es kann auch beim magnetischen Mikrophon an Stelle des in Fig. 19 gezeichneten zweipoligen Magnetsystems ein vierpoliges System verwendet werden.

Weiter ist die Erfindung auch auf Kristallmikrophone anwendbar, da bekanntlich auch dieser Typ zur Gruppe der Elongationsempfänger gehört, bei denen die elektrische Wechselspannung eine Funktion der Auslenkung des schwingenden Systems aus der Ruhelage ist. Beim Kristallmikrophon wird erfindungsgemäß die Membran mit dem röhrenförmigen Hohlraum gekoppelt, während der Kristall mit der Membran mechanisch in Verbindung steht.

Beim Kondensatormikrophon ermöglicht die mechanische Vorspannung der Membran, den Elektrodenabstand relativ klein (15 μ und darunter) und die Polarisationsspannung hoch (120 V und darüber) zu halten. Damit ist ein hoher Wirkungsgrad des Mikrophons erreichbar. Die Membran kann aus Aluminiumlegierung, Nickel, Berylliumbronze oder einem anderen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff bestehen, dessen Festigkeitseigenschaften die mechanische Spannung der Membran erlauben. Beim nichtmetallischen Werkstoff wird die Oberfläche, z. B. durch Metallzerstäubung im Vakuum, elektrisch leitend gemacht.

Claims (10)

Patentansprüche: 60

1. Richrmikrophon nach dem Elongations- oder nach dem magnetischen Umwandlungsprinzip, bei dem die Richtung der größten Empfindlichkeit senkrecht zu der dem Schallfeld direkt ausgesetzten Seite der Membran steht und die Rückseite der Membran eine niedere Luftkammer abschließt, aus der eine Röhre nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Röhre um ein Vielfaches länger als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist und längs des Mantels beliebig geformte und verteilte Schalleintrittsöffnungen, z. B. Schlitze, aufweist, die zweckmäßig mit Dämpfungsmaterial versehen sind.

2. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr konstanten Querschnitt aufweist.

3. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt gegen das freie Ende des Rohres zunimmt.

4. Richtmikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr vorzugsweise spiralig oder schraubenlinienförmig gewunden ist.

5. Richtmikrophon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit einem kurzen Rohr unmittelbar gekoppelt ist, während ein weiteres langes Rohr von wesentlich größerem Durchmesser mit der Mikrophonkapsel verbunden ist.

6. Richtmikrophon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze mit einer Textilauflage versehen sind.

7. Richtmikrophon nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt des Rohres durch ein vorzugsweise an der Verbindungsstelle des Rohres mit der Mikrophonkapsel angeordnetes mechanisches Verschluß organ regelbar und dadurch die Richtcharakteristik veränderbar ist.

8. Richtmikrophon nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere magnetisches Richtmikrophon, dessen Membran mit dem Anker des Magnetsystems mechanisch verbunden ist oder selbst den Anker darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite der Membran direkt dem Schallfeld ausgesetzt ist, während an der Rückseite der Membran mittels einer starren Platte eine niedere Luftkammer gebildet wird, an die sich eine oder mehrere akustische Impedanzen anschließen, von denen mindestens eine zur Vergrößerung des Druckgradienten in Gestalt einer Röhre mit seitlichen Schalleintrittsöffnungen dem Schallfeld ausgesetzt ist, wobei die Röhre um ein Vielfaches langer als die kürzeste Wellenlänge des Hörbereiches ist.

9. Richtmikrophon nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Vorderseite der Membran in an sich bekannter Weise ein Trichter angeschlossen ist, der die Frequenzcharakteristik im Bereich der hohen Frequenzen beeinflußt.

10. Richtmikrophon nach Anspruch 1, bei dem zwei gleichartig aufgebaute Mikrophone zur Erzielung einer Richtcharakteristik zweiter Ordnung in an sich bekannter Weise in geringem Abstand hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Mikrophon hinter der auf etwa 1000 Hz mechanisch vorgespannten Membran eine niedere Luftkammer angeordnet ist, aus der die Röhre nach rückwärts zum äußeren Schallfeld führt und an die akustische Impedanzen anschließen, die in mindestens eine weitere größere Luftkammer münden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 228 886, 2 299342.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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